專利名稱：一種功率電子開(kāi)關(guān)器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor,即HEMT)器件及制作方法，特別是柵電極材料由導(dǎo)電無(wú)機(jī)材料構(gòu)成，T型柵電極采用涂布一次光刻膠和一次曝光光刻工藝完成的器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
高電子遷移率晶體管(HEMT)具有速度快、耐壓高、截止高頻高、環(huán)境穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。隨著器件尺寸的減小和頻率的提高，T型柵電極結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于HEMT器件。現(xiàn)有技術(shù)的T型柵電極結(jié)構(gòu)制作方法的一種方法是采用涂布三層不同感光特性 光刻膠和電子束曝光方法形成T型柵電極的上半部分12、過(guò)渡部分13和下半部分11，圖I是這種制作方法的柵槽結(jié)構(gòu)示意圖。再沉積金屬柵極，剝離光刻膠和柵電極不需要的部分，形成T型柵電極。現(xiàn)有技術(shù)的另一種方法是先涂布一層光刻膠，采用X射線的方法制作T型柵電極的下半部分11，接著涂布一層光刻膠，采用光學(xué)光刻方法制作T型柵電極的上半部分12，圖2是這種制作方法的柵槽結(jié)構(gòu)示意圖。再沉積柵金屬，剝離光刻膠和柵電極不需要的部分，形成T型柵電極。上述這些方法需要多次涂布光刻膠，增加了工藝步驟，而且剝離技術(shù)采用的液體溶劑和超聲波方法在剝離T型柵電極下半部分光刻膠的過(guò)程中很容易影響到T型柵電極上半部分，還有HEMT器件在高壓、高頻、高溫工作中，柵電極的金屬材料很容易擴(kuò)散到下面的半導(dǎo)體層，影響器件的性能，甚至失效。圖I是現(xiàn)有技術(shù)的第一種制作方法的柵槽結(jié)構(gòu)示意圖，其中I為襯底，11為T型柵電極下半部分，12為T型柵電極上半部分，13為T型柵電極過(guò)渡部分。這三個(gè)部分分別由三層光刻膠形成。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的第二種制作方法的柵槽結(jié)構(gòu)示意圖，其中I為襯底，11為T型柵電極下半部分，12為T型柵電極上半部分。這兩個(gè)部分分別由二層光刻膠形成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制作工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高的HEMT器件及制造方法。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種工作性能穩(wěn)定的HEMT器件及制造方法。為實(shí)現(xiàn)上述一個(gè)或多個(gè)目的，本發(fā)明提供一種高電子遷移率晶體管器件的制作方法，包括下列步驟
(a)在一個(gè)襯底上涂布一層光刻膠；
(b)烘干該層光刻膠；
(C)用一束平行光照射該層光刻膠，其中該束平行光在其橫截面上的分布是其中心部分的光強(qiáng)大于外圍部分的光強(qiáng)；
(d)對(duì)上述光刻膠層予以顯影處理，由此光刻膠層受到所述光束中心部分照射的部位形成一個(gè)深至襯底的深槽，而受到所述光束外圍部分照射部位形成一個(gè)深度小于所述深槽的淺槽；
(e)用化學(xué)氣相沉積工藝向所述光刻膠層沉積多晶硅柵電極材料，由此在所述深槽和淺槽內(nèi)形成一個(gè)“T”形柵電極圖形；
(f)利用等離子體氧氣灰化工藝去除上述光刻膠層以及沉積在所述“T”形柵電極圖形之外的柵電極材料。本發(fā)明的具有如下有益效果在本發(fā)明所述的器件中，柵電極材料由導(dǎo)電無(wú)機(jī)材料構(gòu)成，避免了現(xiàn)有工藝中構(gòu)成柵電極的金屬材料很容易擴(kuò)散到下面的半導(dǎo)體導(dǎo)電層的缺點(diǎn)，提高了器件工作的穩(wěn)定性、可靠性。在本發(fā)明所述的制作方法中，T型柵電極采用涂布一次光刻膠和一次曝光光刻工藝完成，制作工藝簡(jiǎn)單，能有效地減少器件制備的單位時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。 在本發(fā)明所述的制作方法中，采用氧氣灰化(O2 Ashing)的方法去除光刻膠和柵電極圖形不需要的部分，可以避免現(xiàn)有工藝的剝離技術(shù)采用的液體溶劑和超聲波方法在剝離T型柵電極下半部分光刻膠的過(guò)程中容易影響到T型柵電極上半部分的缺點(diǎn)。同時(shí)，如果氧氣灰化(O2 Ashing)在制作柵電極材料的CVD或者PVD腔體內(nèi)進(jìn)行，能有效地減少器件制備的單位時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)的第一種制作方法的柵槽結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的第二種制作方法的柵槽結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的第一種實(shí)施方式的柵槽結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的第二種實(shí)施方式的制作方法示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。實(shí)施方式一襯底I的制作工藝包括采用金屬氧化物化學(xué)氣相沉積的方法在藍(lán)寶石基片的
(0001)面上生長(zhǎng)氮化鎵鋁和氮化鎵的異質(zhì)結(jié)，異質(zhì)結(jié)具體結(jié)構(gòu)由下而上依次為2微米未摻雜氮化鎵外延層，5納米未摻雜氮化鎵鋁隔離層，12納米硅摻雜氮化鎵鋁層，5納米未摻雜氮化鎵鋁帽層。圖3為根據(jù)本實(shí)施例的一種實(shí)施方式的HEMT器件的制作工藝結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施例的HEMT的制作過(guò)程(101)在襯底I上涂布一層光刻膠AZ1500 (用于形成下半部分11和上半部分12)，厚度為3微米,在熱板上烘烤50秒(即烘干)。采用半透過(guò)率光刻版(Half tone mask)的半透光部分21，通過(guò)曝光和顯影，制作T型柵電極光刻膠圖形的上半部分12，同時(shí)通過(guò)以上光刻版的全透光部分22制作T型柵電極光刻膠圖形的下半部分11，顯影液為濃度2. 38%的氫氧化四甲銨溶液，顯影時(shí)間30秒，見(jiàn)圖3(1)。(102)圖3(2)為柵槽結(jié)構(gòu)示意圖，包括襯底1，T型柵電極下半部分11，T型柵電極上半部分12。(103)通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝制作重?fù)诫s的多晶娃柵電極材料21,由于T型柵電極光刻膠圖形的上半部分12為倒梯形結(jié)構(gòu)，重?fù)诫s多晶硅柵電極材料在這個(gè)倒梯形結(jié)構(gòu)的邊緣呈不連續(xù)，如圖3(3)所示。(104)在不破壞化學(xué)氣相沉積設(shè)備真空的情況下，通入氧氣(O2)，利用等離子體進(jìn)行氧氣灰化(O2 ashing)工藝，去除光刻膠和柵電極圖形不需要的部分，如圖3(4)所示。實(shí)施方式二襯底的制作工藝同實(shí)施例一。
(201)在襯底上涂布一層光刻膠AZ1500(用于形成下半部分11和上半部分12)，厚度為3微米,在熱板上烘烤50秒。采用半透過(guò)率光刻版(Half tone mask)的半透光部分21，通過(guò)曝光和顯影的方法制作T型柵電極光刻膠圖形的上半部分12，上半部分12為倒梯形結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過(guò)以上光刻版的全透光部分22制作T型柵電極光刻膠圖形的下半部分11，顯影液為濃度2. 38%的氫氧化四甲銨溶液，顯影時(shí)間30秒，見(jiàn)圖3 (I)。(202)圖3(2)為柵槽結(jié)構(gòu)示意圖，包括襯底1，T型柵電極下半部分11，T型柵電極上半部分12。(203)通過(guò)派射(Sputter)工藝制作氧化鋅(ZnO)柵電極材料21,由于T型柵電極光刻膠圖形的上半部分12為倒梯形結(jié)構(gòu)，氧化鋅柵電極材料在這個(gè)倒梯形結(jié)構(gòu)的邊緣呈不連續(xù)，如圖3(3)所示。(204)在不破壞Sputter設(shè)備真空的情況下,通入氧氣(O2),利用等離子體進(jìn)行氧氣灰化(O2 ashing)工藝，去除光刻膠和柵電極圖形不需要的部分，如圖3(4)所示。實(shí)施方式三襯底的制作工藝同實(shí)施例一。(301)在襯底上涂布一層光刻膠AZ1500 (用于形成下半部分11和上半部分12),厚度為3微米,在熱板上烘烤50秒。采用干涉條紋灰度光刻版(Gray tone mask)的干涉條紋灰度部分21，通過(guò)光刻和顯影的方法制作T型柵電極光刻膠圖形的上半部分12，上半部分12為倒梯形結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過(guò)以上光刻版的全透光部分22制作T型柵電極光刻膠圖形的下半部分11，顯影液為濃度2. 38%的氫氧化四甲銨溶液，顯影時(shí)間30秒，見(jiàn)圖4(1)。(302)圖4(2)為柵槽結(jié)構(gòu)示意圖，包括襯底1，T型柵電極下半部分11，T型柵電極上半部分12。(303)通過(guò)派射(Sputter)藝制作氧化鋅(ZnO)柵電極材料21,由于T型柵電極光刻膠圖形的上半部分12為倒梯形結(jié)構(gòu)，氧化鋅柵電極材料在這個(gè)倒梯形結(jié)構(gòu)的邊緣呈不連續(xù)，如圖4(3)所示。(304)在不破壞Sputter設(shè)備真空的情況下,通入氧氣(O2),利用等離子體進(jìn)行氧氣灰化(O2 ashing)工藝，去除光刻膠和柵電極圖形不需要的部分，如圖4(4)所示。實(shí)施例四襯底的制作工藝同實(shí)施例一。(401)在襯底上涂布一層光刻膠AZ1500(用于形成下半部分11和上半部分12)，厚度為3微米,在熱板上烘烤50秒。采用干涉條紋灰度光刻版(Gray tone mask)的干涉條紋灰度部分21，通過(guò)光刻和顯影的方法制作T型柵電極光刻膠圖形的上半部分12，同時(shí)通過(guò)以上光刻版的全透光部分22制作T型柵電極光刻膠圖形的下半部分11，顯影液為濃度
2.38%的氫氧化四甲銨溶液，顯影時(shí)間30秒，見(jiàn)圖4(1)。(402)圖4(2)為柵槽結(jié)構(gòu)示意圖，包括襯底1，T型柵電極下半部分11，T型柵電極上半部分12。(403)通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝制作重?fù)诫s的多晶硅柵電極材料21，由于T型柵電極光刻膠圖形的上半部分12為倒梯形結(jié)構(gòu)，重?fù)诫s多晶硅柵電極材料在這個(gè)倒梯形結(jié)構(gòu)的邊緣呈不連續(xù)。(404)將沉積完?yáng)烹姌O材料的器件浸泡在剝離液中，去除不需要的金屬以及所有的光刻膠，剝離液為N-甲基吡咯烷酮，之后采用丙酮和乙醇清洗。實(shí)施例五
襯底的制作工藝同實(shí)施例一。(501)在襯底上涂布一層光刻膠AZ1500(用于形成下半部分11和上半部分12)，厚度為3微米,在熱板上烘烤50秒。采用干涉條紋灰度光刻版(Gray tone mask)的干涉條紋灰度部分21，通過(guò)光刻和顯影的方法制作T型柵電極光刻膠圖形的上半部分12，同時(shí)通過(guò)以上光刻版的全透光部分22制作T型柵電極光刻膠圖形的下半部分11，顯影液為濃度
2.38%的氫氧化四甲銨溶液，顯影時(shí)間30秒，見(jiàn)圖4(1)。(502)圖4(2)為柵槽結(jié)構(gòu)示意圖，包括襯底1，T型柵電極下半部分11，T型柵電極上半部分12。(503)通過(guò)化學(xué)氣相沉積工藝制作重?fù)诫s的鎳和金雙層金屬(厚度分別為30納米和200納米)的柵電極材料21，如圖4 (3)所示。(504)將沉積完?yáng)烹姌O材料的器件浸泡在剝離液中，去除不需要的金屬以及所有的光刻膠，剝離液為N-甲基吡咯烷酮，之后采用丙酮和乙醇清洗，如圖4(3)所示。通過(guò)所述實(shí)施例和附圖，總而言之，本發(fā)明提供一種高電子遷移率晶體管器件的制作方法，包括下列步驟(a)在一個(gè)襯底上涂布一層光刻膠(例如，光刻膠AZ1500)；(b)烘干該層光刻膠(例如通過(guò)烘烤50秒的時(shí)間)；(C)用一束平行光照射該層光刻膠，其中該束平行光在其橫截面上的分布是其中心部分的光強(qiáng)大于外圍部分的光強(qiáng)；(d)對(duì)上述光刻膠層予以顯影處理(例如，顯影液為濃度2. 38%的氫氧化四甲銨溶液，顯影時(shí)間30秒)，由此光刻膠層受到所述光束中心部分照射的部位形成一個(gè)深至襯底的深槽，而受到所述光束外圍部分照射部位形成一個(gè)深度小于所述深槽的淺槽；(e)用化學(xué)氣相沉積工藝向所述光刻膠層沉積多晶硅柵電極材料，如氧化錫(In2O3),氧化銻(SbO)、氧化鋅(ZnO)，氧化稼(GaO)等，以及上述合金的氧化物如氧化銦錫(ITO)、氧化銦稼鋅(IGZO)等，重?fù)诫s多晶硅、鍺等無(wú)機(jī)導(dǎo)電材料。由此在所述深槽和淺槽內(nèi)形成一個(gè)“T”形柵電極圖形；和(f)利用等離子體氧氣灰化工藝去除上述光刻膠層以及沉積在所述“T”形柵電極圖形之外的柵電極材料。最好，所述平行光束的強(qiáng)度分布是通過(guò)半透光率光刻板或干涉條紋灰度光刻版實(shí)現(xiàn)的。
以上針對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的精神和權(quán)利要求書的范圍基礎(chǔ)上可以進(jìn)行 各種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種高電子遷移率晶體管器件的制作方法，包括下列步驟 (a)在ー個(gè)襯底上涂布ー層光刻膠； (b)烘干該層光刻膠； (C)用一束平行光照射該層光刻膠，其中該束平行光在其橫截面上的分布是其中心部分的光強(qiáng)大于外圍部分的光強(qiáng)； (d)對(duì)上述光刻膠層予以顯影處理，由此光刻膠層受到所述光束中心部分照射的部位形成ー個(gè)深至襯底的深槽，而受到所述光束外圍部分照射部位形成ー個(gè)深度小于所述深槽的淺槽； (e)用化學(xué)氣相沉積エ藝向所述光刻膠層沉積多晶硅柵電極材料，由此在所述深槽和淺槽內(nèi)形成ー個(gè)“T”形柵電極圖形；(f)利用等離子體氧氣灰化工藝去除上述光刻膠層以及沉積在所述“T”形柵電極圖形之外的柵電極材料。
2.如權(quán)利要求I的方法，其特征在于，所述柵電極材料包括導(dǎo)電金屬氧化物，如氧化錫(In2O3),氧化銻(SbO)、氧化鋅(ZnO)，氧化稼(GaO)等，以及上述合金的氧化物如氧化銦錫(ITO)、氧化銦稼鋅(IGZO)等，重?fù)诫s多晶硅、鍺等無(wú)機(jī)導(dǎo)電材料。
3.如權(quán)利要求I或2的方法，其特征在于，所述平行光束的強(qiáng)度分布是通過(guò)半透光率光刻版或干涉條紋灰度光刻版實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高電子遷移率晶體管器件的制作方法，包括下列步驟(a)在一個(gè)襯底上涂布一層光刻膠；(b)烘干該層光刻膠；(c)用一束平行光照射該層光刻膠，其中該束平行光在其橫截面上的分布是其中心部分的光強(qiáng)大于外圍部分的光強(qiáng)；(d)對(duì)上述光刻膠層予以顯影處理，由此光刻膠層受到所述光束中心部分照射的部位形成一個(gè)深至襯底的深槽，而受到所述光束外圍部分照射部位形成一個(gè)深度小于所述深槽的淺槽；(e)用化學(xué)氣相沉積工藝向所述光刻膠層沉積多晶硅柵電極材料，由此在所述深槽和淺槽內(nèi)形成一個(gè)“T”形柵電極圖形；(f)利用等離子體氧氣灰化工藝去除上述光刻膠層以及沉積在所述“T”形柵電極圖形之外的柵電極材料。
文檔編號(hào)H01L21/28GK102832123SQ20111015847
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者孫潤(rùn)光, 劉宏宇 申請(qǐng)人:孫潤(rùn)光