半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體器件制造方法
【專利摘要】一種具有包括襯底、形成在襯底的主平面的一部分之上的第一絕緣膜、形成在第一絕緣膜的表面之上的導(dǎo)電部分、以及第二絕緣膜的結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，其中第二絕緣膜覆蓋襯底的主平面、第一絕緣膜和導(dǎo)電部分，并且第二絕緣膜的耐濕性高于第一絕緣膜的耐濕性。第一絕緣膜置于襯底與導(dǎo)電部分之間以防止寄生電容的產(chǎn)生。第一絕緣膜用耐濕性高于第一絕緣膜的耐濕性的第二絕緣膜覆蓋。第二絕緣膜防止第一絕緣膜吸收水分。
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體器件及半導(dǎo)體器件制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文中所討論的實(shí)施方案涉及半導(dǎo)體器件以及半導(dǎo)體器件制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 利用由氧化硅（SiO)、氮化硅（SiN)等制成的絕緣膜來(lái)使半導(dǎo)體器件中的導(dǎo)電部 分彼此絕緣的技術(shù)是已知的。此外，利用相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜(稱為例如低k膜）來(lái)降 低導(dǎo)電部分之間產(chǎn)生的寄生電容的技術(shù)也是已知的。
[0003] 在基礎(chǔ)襯底或?qū)又闲纬山^緣膜，通過(guò)光刻和蝕刻在絕緣膜中形成確定的開口部 分，以及在所形成的開口部分中形成導(dǎo)電部分(例如配線）的方法廣泛地用在半導(dǎo)體器件制 造領(lǐng)域中。另外，利用經(jīng)曝光和顯影之后的光敏組合物作為絕緣膜（圖案膜）的技術(shù)也是已 知的。
[0004] 日本公開特許公報(bào)第2010-056156號(hào)。
[0005] 日本公開特許公報(bào)第2006-278506號(hào)。
[0006] 日本公開特許公報(bào)第2012-053243號(hào)。
[0007] 與較高介電常數(shù)的絕緣膜相比，相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜具有低的膜密度和低的 耐濕性。因此，這樣的絕緣膜傾向于吸收水分。即使為了降低寄生電容使用低介電常數(shù)的 絕緣膜，這樣的水分吸收也可導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的性能或可靠性的劣化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 根據(jù)一個(gè)方面，提供了一種包括襯底、形成在襯底的第一平面的一部分之上的第 一絕緣膜、形成在第一絕緣膜的表面之上的第一導(dǎo)電部分，以及覆蓋第一平面、第一絕緣膜 和第一導(dǎo)電部分并且其耐濕性高于第一絕緣膜的耐濕性的第二絕緣膜的半導(dǎo)體器件。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009] 圖1為半導(dǎo)體器件的第一實(shí)施例的局部示意性截面圖；
[0010] 圖2為半導(dǎo)體器件的第二實(shí)施例的局部示意性截面圖；
[0011] 圖3為半導(dǎo)體器件的第三實(shí)施例的局部示意性截面圖；
[0012] 圖4示出了 T柵電極的實(shí)施例；
[0013] 圖5示出了 HEMT形成方法的實(shí)施例(部分1);
[0014] 圖6示出了 HEMT形成方法的實(shí)施例(部分2);
[0015] 圖7示出了 HEMT形成方法的實(shí)施例(部分3);
[0016] 圖8示出了 HEMT形成方法的實(shí)施例(部分4);
[0017] 圖9示出了柵電極形成方法的第一實(shí)施例(部分1);
[0018] 圖10示出了柵電極形成方法的第一實(shí)施例(部分2);
[0019] 圖11示出了柵電極形成方法的第一實(shí)施例(部分3);
[0020] 圖12示出了柵電極形成方法的第一實(shí)施例(部分4);
[0021] 圖13示出了柵電極形成方法的第一實(shí)施例(部分5);
[0022] 圖14示出了柵電極形成方法的第一實(shí)施例(部分6);
[0023] 圖15示出了柵電極形成方法的第一實(shí)施例(部分7);
[0024] 圖16為柵電極形成方法的第二實(shí)施例(部分1);
[0025] 圖17為柵電極形成方法的第二實(shí)施例(部分2);
[0026] 圖18為柵電極形成方法的第二實(shí)施例(部分3);
[0027] 圖19為柵電極形成方法的第二實(shí)施例(部分4);
[0028] 圖20為柵電極形成方法的第二實(shí)施例(部分5);
[0029] 圖21為柵電極形成方法的第二實(shí)施例(部分6);
[0030] 圖22為柵電極形成方法的第二實(shí)施例(部分7);
[0031] 圖23示出了根據(jù)實(shí)施方案的柵電極形成方法(部分1);
[0032] 圖24示出了根據(jù)實(shí)施方案的柵電極形成方法(部分2);
[0033] 圖25示出了根據(jù)實(shí)施方案的柵電極形成方法(部分3);
[0034] 圖26示出了根據(jù)實(shí)施方案的柵電極形成方法(部分4);
[0035] 圖27示出了根據(jù)實(shí)施方案的柵電極形成方法(部分5);
[0036] 圖28示出了根據(jù)實(shí)施方案的柵電極形成方法(部分6);
[0037] 圖29示出了根據(jù)實(shí)施方案的柵電極形成方法(部分7);
[0038] 圖30示意性地示出了抗蝕劑組合物的實(shí)施例；
[0039] 圖31示意性地示出了抗蝕劑組合物涂覆過(guò)程的實(shí)施例；
[0040] 圖32示意性地示出了熱處理過(guò)程的實(shí)施例；
[0041] 圖33示意性地示出了能量束輻照過(guò)程的實(shí)施例；以及
[0042] 圖34示意性地示出了顯影過(guò)程的實(shí)施例。

【具體實(shí)施方式】
[0043] 圖1為半導(dǎo)體器件的第一實(shí)施例的局部示意性截面圖。
[0044] 半導(dǎo)體器件包括襯底10、形成在襯底10的一個(gè)主平面11的一部分之上的絕緣膜 20以及形成在絕緣膜20之上的導(dǎo)電部分30,并且具有其中主平面11、絕緣膜20和導(dǎo)電部 分30用絕緣膜40覆蓋的結(jié)構(gòu)1A。
[0045] 襯底10為例如半導(dǎo)體襯底、化合物半導(dǎo)體襯底、或其上形成有半導(dǎo)體層或化合物 半導(dǎo)體層作為表面層的襯底。絕緣膜20為介電常數(shù)和耐濕性與絕緣膜40相比較低的絕緣 膜(低k膜)。絕緣膜20為例如多孔絕緣膜。導(dǎo)電部分30通過(guò)使用各種導(dǎo)電材料形成。例 如，導(dǎo)電部分30通過(guò)使用摻雜有確定導(dǎo)電類型的雜質(zhì)的多晶硅、硅化物、或者例如銅（Cu) 或鋁（A1)的金屬來(lái)形成。絕緣膜40為介電常數(shù)和耐濕性與絕緣膜20相比較高的絕緣膜。 絕緣膜40為例如通過(guò)CVD (化學(xué)氣相沉積）法形成的氧化硅膜或氮化硅膜。
[0046] 利用結(jié)構(gòu)1A，在襯底10和導(dǎo)電部分30之間形成相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜20。因 此，與使用較高介電常數(shù)的絕緣膜代替絕緣膜20的情況相比，抑制了襯底10和導(dǎo)電部分30 之間寄生電容的產(chǎn)生。
[0047] 低介電常數(shù)的絕緣膜20具有相對(duì)低的膜密度和相對(duì)低的耐濕性。然而，利用結(jié)構(gòu) 1A，絕緣膜20用具有更高的膜密度和更高的耐濕性的高介電常數(shù)的絕緣膜40覆蓋。通過(guò) 這樣做，與導(dǎo)電部分30用低介電常數(shù)的絕緣膜覆蓋的情況相比，抑制了導(dǎo)電部分30周圍的 通過(guò)絕緣膜的水分吸收。
[0048] 通過(guò)采用以上結(jié)構(gòu)1A，抑制了寄生電容的產(chǎn)生。另外，可以通過(guò)具有高耐濕性的絕 緣膜40抑制相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜20 (通過(guò)所述相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜20抑制了寄 生電容的產(chǎn)生）的水分吸收。
[0049] 圖2為半導(dǎo)體器件的第二實(shí)施例的局部示意性截面圖。圖3為半導(dǎo)體器件的第三 實(shí)施例的局部示意性截面圖。
[0050] 圖2示出了作為第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)1B，其中絕緣膜20形成在預(yù)先嵌入襯底10a的 主平面11a中的導(dǎo)電部分50a之上，并且其中導(dǎo)電部分50b形成在絕緣膜20之上。在結(jié)構(gòu) 1B中，主平面11a、絕緣膜20、以及導(dǎo)電部分50b用絕緣膜40覆蓋。
[0051] 襯底10a為例如絕緣膜（中間層絕緣膜)。導(dǎo)電部分50a為例如通過(guò)使用Cu、Al等 而形成的配線（下層配線）。類似地，導(dǎo)電部分50b為例如通過(guò)使用Cu、A1等而形成的配線 (上層配線）。
[0052] 通過(guò)結(jié)構(gòu)1B，相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜20形成在分別為例如下層配線和上層配 線的導(dǎo)電部分50a與導(dǎo)電部分50b之間。因此，與使用較高介電常數(shù)的絕緣膜代替絕緣膜 20的情況相比，抑制了導(dǎo)電部分50a與導(dǎo)電部分50b之間的寄生電容的產(chǎn)生。
[0053] 另外，低介電常數(shù)的絕緣膜20用具有更高耐濕性的高介電常數(shù)的絕緣膜40覆蓋。 通過(guò)這樣做，與導(dǎo)電部分50b用低介電常數(shù)的絕緣膜覆蓋的情況相比，抑制了導(dǎo)電部分50b 周圍的通過(guò)絕緣膜的水分吸收。
[0054] 通過(guò)采用以上結(jié)構(gòu)1B，抑制了寄生電容的產(chǎn)生。另外，可以通過(guò)具有高耐濕性的絕 緣膜40抑制相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜20 (通過(guò)所述相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜20抑制了寄 生電容的產(chǎn)生）的水分吸收。
[0055] 另外，圖3示出了作為第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)1C，其中絕緣膜20形成在襯底10a的主 平面11a之上并且其中導(dǎo)電部分50a和導(dǎo)電部分50b形成在絕緣膜20的兩側(cè)上。在結(jié)構(gòu) 1C中，主平面11a、絕緣膜20以及導(dǎo)電部分50a和導(dǎo)電部分50b用絕緣膜40覆蓋。導(dǎo)電部 分50a和導(dǎo)電部分50b為例如平行地形成在襯底10a (例如中間層絕緣膜）之上的配線。
[0056] 利用結(jié)構(gòu)1C，相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜20形成在例如為配線的導(dǎo)電部分50a與導(dǎo) 電部分50b之間。因此，與使用較高介電常數(shù)的絕緣膜代替絕緣膜20的情況相比，抑制了 導(dǎo)電部分50a與導(dǎo)電部分50b之間的寄生電容的產(chǎn)生。
[0057] 另外，低介電常數(shù)的絕緣膜20用具有更高耐濕性的高介電常數(shù)的絕緣膜40覆蓋。 通過(guò)這樣做，抑制了導(dǎo)電部分50a和導(dǎo)電部分50b周圍通過(guò)絕緣膜的水分吸收。
[0058] 通過(guò)采用以上的結(jié)構(gòu)1C，抑制了寄生電容的產(chǎn)生。另外，可以通過(guò)具有高耐濕性的 絕緣膜40抑制相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜20 (通過(guò)相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜20抑制了寄生 電容的產(chǎn)生）的水分吸收。
[0059] 通過(guò)將以上結(jié)構(gòu)1A、1B或1C應(yīng)用到半導(dǎo)體器件，實(shí)現(xiàn)了具有高可靠性的高性能半 導(dǎo)體器件。
[0060] 現(xiàn)在將描述將以上結(jié)構(gòu)1A、1B或1C應(yīng)用到半導(dǎo)體器件的實(shí)施例。
[0061] 包括具有T柵電極的晶體管的半導(dǎo)體器件是已知的。現(xiàn)在將用包括具有T柵電極 的HEMT (高電子遷移率晶體管）的半導(dǎo)體器件作為實(shí)施例來(lái)給出描述。
[0062] 圖4示出T柵電極的實(shí)施例。圖4為具有T柵電極的HEMT的實(shí)施例的局部示意 性截面圖。
[0063] 在圖4的實(shí)施例中，截面具有字母"T"的形狀并且包括窄的下部110a和寬的上部 110b的柵電極110形成在由氮化鎵（GaN)制成的HEMT的化合物半導(dǎo)體層100之上。T柵 電極110的形成使其可以縮短?hào)艠O長(zhǎng)度并且降低柵極電阻。因此，可以提高HEMT的高頻特 性。
[0064] HEMT以以下方式形成。
[0065] 圖5至圖8示出HEMT形成方法的實(shí)施例。圖5至圖8中的每一個(gè)圖均為HEMT形 成過(guò)程的局部示意性截面圖。
[0066] 如圖5所示，首先，在半絕緣碳化硅（SiC)襯底120之上形成化合物半導(dǎo)體區(qū)域 130,并且形成隔離區(qū)域140。
[0067] 化合物半導(dǎo)體區(qū)域130通過(guò)依次外延生長(zhǎng)氮化鋁（A1N)層131、GaN層132、鋁鎵氮 (AlGaN)層133以及GaN層134來(lái)形成。A1N層131為緩沖層，GaN層132為電子渡越層， AlGaN層133為電子供給層，并且GaN層134為表面層。外延生長(zhǎng)通過(guò)M0VPE (金屬有機(jī)氣 相外延）法進(jìn)行。
[0068] 在形成化合物半導(dǎo)體區(qū)域130之后，將氬（Ar)選擇性地注入到化合物半導(dǎo)體區(qū)域 130中。通過(guò)這樣做，形成用于劃分有源區(qū)的隔離區(qū)域140。隔離區(qū)域140形成為使得隔離 區(qū)域140穿透化合物半導(dǎo)體區(qū)域130并且使得隔離區(qū)域140可到達(dá)SiC襯底120。
[0069] 接下來(lái)，如圖6所示，在化合物半導(dǎo)體區(qū)域130和隔離區(qū)域140之上形成在待形成 源電極和漏電極的區(qū)域中具有開口部分150a的抗蝕劑150。如圖7中所示，然后用作為掩 模的抗蝕劑150對(duì)暴露在開口部分150a中的GaN層134進(jìn)行蝕刻。圖7示出蝕刻GaN層 134并且露出GaN層134下方的AlGaN層133的狀態(tài)。然而，在AlGaN層133之上可保留 GaN層134的一部分或者可蝕刻AlGaN層133的一部分。
[0070] 在蝕刻GaN層134之后，在如圖8中所示在蝕刻的區(qū)域中形成源電極160a和漏電 極160b。此時(shí)源電極160a和漏電極160b例如以如下方式形成。首先，通過(guò)沉積法依次形 成具有確定厚度的鈦（Ti)層和具有確定厚度的A1層。此后，移除抗蝕劑150。形成在抗蝕 齊U 150之上的Ti層和A1層與抗蝕劑150-起被移除(剝離)。在移除抗蝕劑150之后，在 確定溫度下進(jìn)行退火。通過(guò)這樣做，形成通過(guò)歐姆接觸連接到AlGaN層133的源電極160a 和漏電極160b。
[0071] 然后在源電極160a與漏電極160b之間的GaN層134之上形成例如圖4中所示的 T柵電極110。結(jié)果，形成HEMT。
[0072] 順便提一下，圖4中所示的T柵電極110的結(jié)構(gòu)可以在例如寬的上部110b與化 合物半導(dǎo)體層1〇〇 (化合物半導(dǎo)體區(qū)域130)之間產(chǎn)生寄生電容C。如果柵電極110變得更 微小，則寄生電容C對(duì)高頻率高功率HEMT的影響不能忽略。就是說(shuō)，寄生電容C可能阻礙 HEMT的高頻率特性的改善。
[0073] 僅通過(guò)下部110a連接到化合物半導(dǎo)體層100的T柵電極110是不穩(wěn)定的并且可 能倒塌。另外，從保護(hù)柵電極110的角度來(lái)看，柵電極110最后用某種絕緣膜覆蓋。如果使 用相對(duì)高介電常數(shù)的絕緣膜作為覆蓋柵電極110的絕緣膜，則在上部110b與化合物半導(dǎo)體 層100之間可以產(chǎn)生相對(duì)高的寄生電容C。通過(guò)利用相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜作為覆蓋柵 電極110的絕緣膜,可以抑制上部110b與化合物半導(dǎo)體層100之間的寄生電容c。
[0074] 現(xiàn)在將描述用于形成覆蓋有絕緣膜的T柵電極的方法的實(shí)施例。
[0075] 將參照?qǐng)D9至圖15描述柵電極形成方法的第一實(shí)施例。圖9為第一抗蝕劑形成 過(guò)程的局部示意性截面圖。圖10為第一曝光和顯影過(guò)程的局部示意性截面圖。圖11為第 二抗蝕劑形成過(guò)程的局部示意性截面圖。圖12為第二曝光和顯影過(guò)程的局部示意性截面 圖。圖13為電極材料沉積過(guò)程的局部示意性截面圖。圖14為抗蝕劑移除過(guò)程的局部示意 性截面圖。圖15為絕緣膜形成過(guò)程的局部示意性截面圖。
[0076] 如圖9中所示，首先通過(guò)旋涂法在已經(jīng)經(jīng)歷圖5至圖8中所示的以上過(guò)程的化合 物半導(dǎo)體區(qū)域130 (化合物半導(dǎo)體層100)之上形成光敏抗蝕劑210。如圖10所示，然后在 抗蝕劑210上進(jìn)行曝光和顯影以在待形成T柵電極110的下部110a的區(qū)域中形成開口部 分210a。如圖11所示，然后通過(guò)旋涂法在化合物半導(dǎo)體區(qū)域130和抗蝕劑210之上形成 在光敏性上與抗蝕劑210不同的抗蝕劑220?？刮g劑210和抗蝕劑220中的每一種不溶于 另一種。如圖12所示，然后在抗蝕劑220上進(jìn)行曝光和顯影以在待形成T柵電極110的上 部110b的區(qū)域中形成開口部分220a。因此，形成用于形成柵電極的掩模圖案231 (抗蝕劑 210和抗蝕劑220)。
[0077] 在形成掩模圖案231之后，如圖13所示，通過(guò)濺射法在化合物半導(dǎo)體區(qū)域130和 掩模圖案231之上沉積電極材料111。進(jìn)入掩模231中的開口（開口部分210a和220a)中 的電極材料111沉積在抗蝕劑210中的開口部分210a中和抗蝕劑210上的抗蝕劑220中 的開口部分220a中。因此，形成T柵電極110。就是說(shuō)，沉積在抗蝕劑210中的開口部分 210a中的部分對(duì)應(yīng)于T柵電極110的下部110a，并且沉積在抗蝕劑210上的抗蝕劑220中 的開口部分220a中的部分對(duì)應(yīng)于T柵電極110的上部110b。電極材料111也沉積在掩模 圖案231之上。
[0078] 在沉積電極材料111之后，如圖14所示，通過(guò)使用溶劑通過(guò)剝離來(lái)移除抗蝕劑210 和抗蝕劑220以及多余的電極材料111 (沉積在抗蝕劑220之上的)。剝離之后的T柵電極 110處于其通過(guò)下部ll〇a連接到化合物半導(dǎo)體區(qū)域130的狀態(tài)中。因此，由于在圖10中所 示的以上過(guò)程中抗蝕劑210的開口部分210a的寬度做得較小，就是說(shuō)，由于下部110a的寬 度做得較小，所以T柵電極110在剝離時(shí)或剝離之后倒塌的可能性增加。
[0079] 如圖15中所示，以直立在化合物半導(dǎo)體區(qū)域130之上的狀態(tài)形成的T柵電極110 用稱為低k膜的相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜240覆蓋。例如，將預(yù)先與模板(例如熱分解的有 機(jī)樹脂）混合的樹脂材料(例如硅氧烷基樹脂）施用在化合物半導(dǎo)體區(qū)域130之上。樹脂材 料進(jìn)行聚合并且模板通過(guò)加熱被分解并移除。通過(guò)這樣做，形成多孔絕緣膜240。
[0080] 利用第一實(shí)施例中的方法，形成在化合物半導(dǎo)體區(qū)域130之上的整個(gè)T柵電極110 用絕緣膜240覆蓋。這防止了 T柵電極110倒塌，并且抑制了上部110b與化合物半導(dǎo)體區(qū) 域130之間的寄生電容。
[0081] 然而，相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜240具有孔隙并且具有相對(duì)低的膜密度。因此，其 耐濕性和機(jī)械強(qiáng)度低。因此，水分吸收或裂紋的出現(xiàn)可能使HEMT的可靠性劣化。另外，在 形成絕緣膜240時(shí)在300°C至400°C的相對(duì)高的溫度下的熱處理可能導(dǎo)致對(duì)T柵電極110 與化合物半導(dǎo)體區(qū)域130之間的肖特基結(jié)的損傷。
[0082] 接下來(lái)，將參照?qǐng)D16至圖22描述柵電極形成方法的第二實(shí)施例。圖16為絕緣膜 和抗蝕劑形成過(guò)程的局部示意性截面圖。圖17為曝光、顯影以及蝕刻過(guò)程的局部示意性截 面圖。圖18為抗蝕劑形成過(guò)程的局部示意性截面圖。圖19為曝光和顯影過(guò)程的局部示意 性截面圖。圖20為電極材料沉積過(guò)程的局部示意性截面圖。圖21為抗蝕劑移除過(guò)程的局 部示意性截面圖。圖22為絕緣膜形成過(guò)程的局部示意性截面圖。
[0083] 如圖16所示，首先在已經(jīng)經(jīng)歷圖5至圖8中所示的以上過(guò)程的化合物半導(dǎo)體區(qū)域 130 (化合物半導(dǎo)體層100)之上形成作為低k膜的相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜240。在絕緣 膜240之上形成抗蝕劑211。第二實(shí)施例中的絕緣膜240以在以上第一實(shí)施例的圖15中所 描述的用于形成絕緣膜240的相同方式形成。抗蝕劑211通過(guò)旋涂法在以上述方式形成在 化合物半導(dǎo)體區(qū)域130之上的絕緣膜240之上形成。
[0084] 然而，在形成絕緣膜240時(shí)在相對(duì)高的溫度下的熱處理可能導(dǎo)致對(duì)作為T柵電極 110與化合物半導(dǎo)體區(qū)域130之間的肖特基結(jié)的化合物半導(dǎo)體區(qū)域130的表面的損傷。這 與以上第一實(shí)施例相同。
[0085] 在形成絕緣膜240和抗蝕劑211之后，如圖17所示，在抗蝕劑211上進(jìn)行曝光和 顯影以在待形成T柵電極110的下部110a的區(qū)域中形成開口部分211a。然后利用形成有 開口部分211a的抗蝕劑211作為掩模進(jìn)行干法刻蝕以將抗蝕劑211的圖案轉(zhuǎn)移到絕緣膜 240上。因此，在絕緣膜240中形成待形成T柵電極110的下部110a的開口部分240a。
[0086] 然而，絕緣膜240的干法刻蝕可能導(dǎo)致對(duì)基礎(chǔ)化合物半導(dǎo)體區(qū)域130的蝕刻損傷 并且導(dǎo)致對(duì)作為T柵電極110與化合物半導(dǎo)體區(qū)域130之間的肖特基結(jié)的化合物半導(dǎo)體區(qū) 域130的表面的損傷。此外，當(dāng)對(duì)絕緣膜240進(jìn)行干法刻蝕時(shí)，開口部分240a的尺寸可能 增大或改變。這使其不可能形成期望的開口部分240a。
[0087] 在對(duì)絕緣膜240進(jìn)行干法刻蝕之后，移除抗蝕劑211。如圖18所示，然后通過(guò)旋涂 法在化合物半導(dǎo)體區(qū)域130和絕緣膜240之上形成抗蝕劑221。此后，如圖19所示，在抗 蝕劑221上進(jìn)行曝光和顯影以在待形成T柵電極110的上部110b的區(qū)域中形成開口部分 221a。因此，形成用于形成柵電極的掩模圖案232 (包括絕緣膜240和抗蝕劑221)。
[0088] 在形成掩模圖案232之后，如圖20所示，通過(guò)濺射法在化合物半導(dǎo)體區(qū)域130和 掩模圖案232之上沉積電極材料111。進(jìn)入掩模圖案232中的開口（開口部分240a和22la) 中的電極材料111沉積在絕緣膜240中的開口部分240a中和絕緣膜240上的抗蝕劑221 中的開口部分221a中。因此，形成T柵電極110。就是說(shuō)，沉積在絕緣膜240中的開口部分 240a中的部分對(duì)應(yīng)于T柵電極110的下部110a，并且沉積在絕緣膜240上的抗蝕劑221中 的開口部分221a中的部分對(duì)應(yīng)于T柵電極110的上部110b。電極材料111也沉積在掩模 圖案232之上。
[0089] 在沉積電極材料111之后，如圖21所示，通過(guò)使用溶劑通過(guò)剝離移除抗蝕劑221 以及多余的電極材料111 (沉積在抗蝕劑221之上的)。剝離之后的T柵電極110的下部 110a和上部110b通過(guò)絕緣膜240支承。這防止了 T柵電極110倒塌。
[0090] 如圖22所示，T柵電極110用膜密度和耐濕性高于絕緣膜240的膜密度和耐濕性 的相對(duì)高介電常數(shù)的絕緣膜250覆蓋。例如，使用CVD法用于通過(guò)沉積氧化硅等來(lái)形成絕 緣膜250。
[0091] 利用第二實(shí)施例中的方法，在T柵電極110的上部110b與化合物半導(dǎo)體區(qū)域130 之間形成相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜240,因而抑制了 T柵電極110的上部110b與化合物半 導(dǎo)體區(qū)域130之間的寄生電容。然而，如果相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜240延伸到HEMT的側(cè) 面并且絕緣膜240的邊緣暴露至外部，則絕緣膜240的邊緣吸收水分。因此，即使HEMT的 頂部用耐濕性更高的絕緣膜250覆蓋，HEMT的可靠性也可劣化。
[0092] 考慮第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中的方法，現(xiàn)在將使用以下方法以實(shí)現(xiàn)使包括在 HEMT中的T柵電極用絕緣膜覆蓋的結(jié)構(gòu)。
[0093] 圖23至圖29示出根據(jù)實(shí)施方案的柵電極形成方法。圖23為抗蝕劑組合物形成 過(guò)程的局部示意性截面圖。圖24為第一曝光和第一顯影過(guò)程的局部示意性截面圖。圖25 為抗蝕劑形成過(guò)程的局部示意性截面圖。圖26為第二曝光和第二顯影過(guò)程的局部示意性 截面圖。圖27為電極材料沉積過(guò)程的局部示意性截面圖。圖28為抗蝕劑移除過(guò)程的局部 示意性截面圖。圖29為絕緣膜形成過(guò)程的局部示意性截面圖。
[0094] 以下柵電極形成方法包括用于通過(guò)使用負(fù)性抗蝕劑組合物（negative resist composition)形成相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜。負(fù)性抗蝕劑組合物的使用能量束(例如電子 束）輻照的部分不溶于顯影劑。利用該特性形成相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜。
[0095] 如圖23所示，首先通過(guò)旋涂法在已經(jīng)經(jīng)歷圖5至圖8中所示的以上過(guò)程的化合物 半導(dǎo)體區(qū)域130 (化合物半導(dǎo)體層100)之上形成負(fù)性抗蝕劑組合物300。在形成的抗蝕劑 組合物300上進(jìn)行熱處理。該熱處理在使包含在抗蝕劑組合物300中的溶劑組分干燥的相 對(duì)低的溫度下進(jìn)行。
[0096] 如圖24所示，利用確定的能量束400輻照抗蝕劑組合物300的對(duì)應(yīng)于待形成T柵 電極110的下部ll〇a的側(cè)壁的區(qū)域(抗蝕劑組合物300的從下面支承上部110b的區(qū)域)。 抗蝕劑組合物300的使用能量束400輻照的區(qū)域固化并且不溶于顯影劑。在抗蝕劑組合物 300的該區(qū)域使用能量束400輻照之后，抗蝕劑組合物300的未使用能量束400輻照的部分 通過(guò)使用顯影劑移除。通過(guò)這樣做，形成圖24中所示的具有凹部300bb的絕緣膜圖案(抗 蝕劑圖案）300b。
[0097] 如果使用負(fù)性抗蝕劑組合物300,則通過(guò)使用能量束400對(duì)形成在化合物半導(dǎo)體 區(qū)域130之上的抗蝕劑組合物300進(jìn)行輻照并且進(jìn)行隨后的顯影過(guò)程來(lái)在確定的區(qū)域中以 該方式形成絕緣膜圖案300b。從形成抗蝕劑組合物300到形成絕緣膜圖案300b，在使包含 在抗蝕劑組合物300中的溶劑組分干燥的相對(duì)低的溫度下進(jìn)行熱處理。
[0098] 用于形成圖23和圖24中所示的絕緣膜圖案300b的方法不要求在以上第一實(shí)施 例或第二實(shí)施例中所描述的在相對(duì)高的溫度下的熱處理或在以上第二實(shí)施例中所描述的 干法刻蝕。因此，抑制了可能通過(guò)在相對(duì)高的溫度下的熱處理或干法刻蝕而導(dǎo)致的對(duì)肖特 基結(jié)的損傷、可能通過(guò)干法刻蝕而導(dǎo)致的絕緣膜圖案300b的尺寸上的變化等。
[0099] 稍后將進(jìn)一步描述抗蝕劑組合物300以及用于通過(guò)使用抗蝕劑組合物300形成絕 緣膜圖案300b的方法的細(xì)節(jié)。
[0100] 在形成絕緣膜圖案300b之后，如圖25所示，通過(guò)旋涂法在化合物半導(dǎo)體區(qū)域130 和絕緣膜圖案300b之上形成抗蝕劑221。如圖26所示，然后在抗蝕劑221上進(jìn)行曝光和顯 影以在待形成T柵電極110的上部110b的區(qū)域中形成開口部分221a。因此，形成用于形 成柵電極的掩模圖案233 (包括絕緣膜圖案300b和抗蝕劑221)。在該情況下，具有一層的 抗蝕劑221用于形成用于形成柵電極的掩模圖案233。然而，具有兩層或更多層的抗蝕劑 221，就是說(shuō)，具有層狀結(jié)構(gòu)的抗蝕劑221可以用于形成掩模圖案233。
[0101] 在形成掩模圖案233之后，如圖27所示，通過(guò)濺射法在化合物半導(dǎo)體區(qū)域130和 掩模圖案233之上沉積電極材料111。進(jìn)入掩模圖案233中的開口（凹部300bb和開口部分 221a)中的電極材料111沉積在絕緣膜圖案300b中的凹部300bb中和絕緣膜圖案300b上 的抗蝕劑221中的開口部分221a中。因此，形成T柵電極110。就是說(shuō)，沉積在絕緣膜圖 案300b中的凹部300bb中的部分對(duì)應(yīng)于T柵電極110的下部110a并且沉積在絕緣膜圖案 300b上的抗蝕劑221中的開口部分221a中的部分對(duì)應(yīng)于T柵電極110的上部110b。電極 材料111也沉積在掩模圖案233之上。
[0102] 在沉積電極材料111之后，如圖28所示，通過(guò)使用溶劑通過(guò)剝離來(lái)移除抗蝕劑221 以及多余的電極材料111 (沉積在抗蝕劑221之上的)。剝離之后的T柵電極110的下部 110a和上部110b通過(guò)絕緣膜圖案300b支承。這防止了 T柵電極110倒塌。
[0103] 如圖29所示，T柵電極110用膜密度和耐濕性高于絕緣膜圖案300b的膜密度和 耐濕性的相對(duì)高介電常數(shù)的絕緣膜250覆蓋。例如，使用CVD法來(lái)通過(guò)沉積氧化硅等來(lái)形 成絕緣膜250。
[0104] 利用該方法，相對(duì)低介電常數(shù)的絕緣膜圖案300b形成在T柵電極110的上部110b 與化合物半導(dǎo)體區(qū)域130之間，所以抑制了 T柵電極110的上部110b與化合物半導(dǎo)體區(qū)域 130之間的寄生電容。另外，膜密度相對(duì)低并且耐濕性低的絕緣膜圖案300b用膜密度和耐 濕性較高的絕緣膜250覆蓋。這防止了絕緣膜圖案300b吸收水分，并且防止了裂紋的出 現(xiàn)。就是說(shuō)，抑制了寄生電容、水分吸收以及裂紋的出現(xiàn)的影響并且實(shí)現(xiàn)了具有高可靠性的 高性能HHMT。
[0105] 例如，利用其中在相對(duì)介電常數(shù)為2. 5的絕緣膜圖案300b之上形成有T柵電極 110并且形成有寬度為80nm的凹部300bb的HEMT，與通過(guò)在以上第一實(shí)施例中所述的方法 制造的HEMT相比，電流增益的截止頻率提高了約百分之二十。
[0106] 現(xiàn)在將進(jìn)一步描述在以上方法中所使用的抗蝕劑組合物300的實(shí)施例和用于通 過(guò)使用抗蝕劑組合物300形成絕緣膜圖案300b的方法的實(shí)施例。
[0107] 抗蝕劑組合物300包含含有通過(guò)在酸或堿的存在下含烷氧基的化合物水解和縮 合而得到的樹脂的溶劑，所述含烷氧基的化合物的硅原子或鍺原子鍵合到烷氧基?？刮g劑 組合物300為負(fù)性抗蝕劑組合物并且抗蝕劑組合物300的使用能量束400輻照的部分不溶 于顯影劑。
[0108] 含烷氧基的化合物通過(guò)下列通式（1)表示。
[0109] RVnM(0R2)n (1)
[0110] 其中Μ為娃（Si)原子或鍺（Ge)原子，η為1至4的整數(shù)，R1為氫原子、氟原子、具 有一個(gè)至八個(gè)碳原子的烷基、乙烯基、脂環(huán)基或芳基或者其衍生物，在η小于或等于2的情 況下，R 1可以彼此相同或不同，R2為氫原子或具有一個(gè)至八個(gè)碳原子的烷基、烯丙基、乙烯 基或脂環(huán)基，并且在η大于或等于2的情況下，R 2可以彼此相同或不同。
[0111] 使用由式（1)表示的一種或更多種含烷氧基的化合物并且在酸或堿的存在下水解 并縮合。通過(guò)這樣做，制造了包含在抗蝕劑組合物300中的樹脂。
[0112] 例如，由式（1)表示的Μ為硅原子的含烷氧基的化合物(硅烷化合物）包括四烷氧 基娃燒、二燒氧基娃燒、甲基二燒氧基娃燒、乙基二燒氧基娃燒、丙基二燒氧基娃燒、苯基二 燒氧基娃燒、乙稀基二燒氧基娃燒、稀丙基二燒氧基娃燒、縮水甘油基二燒氧基娃燒、-燒 氧基娃燒、-甲基-燒氧基娃燒、-乙基-燒氧基娃燒、-丙基-燒氧基娃燒、-苯基-燒 氧基硅烷、二乙烯基二烷氧基硅烷、二烯丙基二烷氧基硅烷、二縮水甘油基二烷氧基硅烷、 苯基甲基-燒氧基娃燒、苯基乙基-燒氧基娃燒、苯基丙基二燒氧基娃燒、苯基乙稀基-燒 氧基硅烷、苯基烯丙基二烷氧基硅烷、苯基縮水甘油基二烷氧基硅烷、甲基乙烯基二烷氧基 娃燒、乙基乙稀基-燒氧基娃燒、丙基乙稀基-燒氧基娃燒等。此外，可以使用例如通過(guò)在 以上的硅烷化合物中用氟原子取代包含在對(duì)應(yīng)于式（1)中的R 1的基團(tuán)中的氫原子而得到的 硅烷化合物。另外，可以使用例如通過(guò)在以上硅烷化合物中用其他基團(tuán)（芳基、包含酯鍵或 釀鍵的基團(tuán)等）取代包含在對(duì)應(yīng)于式（1)中的R 1的燒基、乙稀基、脂環(huán)基或芳基中的確定氧 原子而得到的硅烷化合物。
[0113] 此外，由式（1)表示的Μ為鍺原子的含烷氧基化合物(鍺烷化合物)，就是說(shuō)，通過(guò) 用鍺原子取代包含在以上硅烷化合物中的硅原子而得到的化合物包括四烷氧基鍺烷、三烷 氧基錯(cuò)燒、甲基二燒氧基錯(cuò)燒、乙基二燒氧基錯(cuò)燒、丙基二燒氧基錯(cuò)燒、苯基二燒氧基錯(cuò)燒、 乙烯基三烷氧基鍺烷、烯丙基三烷氧基鍺烷、縮水甘油基三烷氧基鍺烷、二烷氧基鍺烷、二 甲基-燒氧基錯(cuò)燒、-乙基-燒氧基錯(cuò)燒、-丙基-燒氧基錯(cuò)燒、-苯基-燒氧基錯(cuò)燒、- 乙稀基-燒氧基錯(cuò)燒、-稀丙基-燒氧基錯(cuò)燒、-縮水甘油基-燒氧基錯(cuò)燒、苯基甲基-.燒 氧基錯(cuò)燒、苯基乙基-燒氧基錯(cuò)燒、苯基丙基二燒氧基錯(cuò)燒、苯基乙稀基-燒氧基錯(cuò)燒、苯 基烯丙基二烷氧基鍺烷、苯基縮水甘油基二烷氧基鍺烷、甲基乙烯基二烷氧基鍺烷、乙基乙 烯基二烷氧基鍺烷、丙基乙烯基二烷氧基鍺烷等。此外，可以使用例如通過(guò)在以上的鍺烷化 合物中用氟原子取代包含在對(duì)應(yīng)于式（1)中的R 1的基團(tuán)中的氫原子而得到的鍺烷化合物。 另外，可以使用例如通過(guò)在以上鍺烷化合物中用其他基團(tuán)（芳基、包含酯鍵或醚鍵等的基團(tuán) 等）取代包含在對(duì)應(yīng)于式（1)中的R 1的烷基、乙烯基、脂環(huán)基、或芳基中的確定氫原子而得 到的鍺烷化合物。
[0114] 包含在抗蝕劑組合物300中的樹脂(通過(guò)使用以上的含烷氧基的化合物制造)的重 均分子量（Mw)優(yōu)選地為500至50000000并且更優(yōu)選地為7000至48000000。如果樹脂的 重均分子量小于500,則樹脂的沸點(diǎn)低。因此，當(dāng)進(jìn)行以上和稍后所述的主要用于干燥溶劑 的熱處理時(shí)，樹脂骨架可能裂解或者經(jīng)裂解的組分可蒸發(fā)。此外，如果樹脂的重均分子量大 于50000000,則可降低溶劑溶解性(或溶劑可稀釋性)。
[0115] 抗蝕劑組合物300中的以上樹脂的含量?jī)?yōu)選地為10至70質(zhì)量百分比并且更優(yōu)選 地為20至60質(zhì)量百分比。
[0116] 如果以上樹脂可溶于包含在抗蝕劑組合物300中的溶劑，則對(duì)溶劑沒(méi)有具體限 制。使用環(huán)己酮、甲基異丁酮、甲基乙基酮、甲基溶纖劑、乙基溶纖劑、辛烷、癸烷、丙二醇、丙 二醇單甲醚、丙二醇單甲醚醋酸酯、二甘醇、丙二醇單乙醚、丙二醇單丙醚等作為溶劑。
[0117] 為了增加對(duì)化學(xué)品（例如酸和堿）的耐受性以及耐濕性，可以將在其骨架中包含烴 的硅酮化合物添加到包含以上樹脂和溶劑的抗蝕劑組合物300中。這樣的添加的化合物 為聚二甲基碳硅烷、聚羥甲基碳硅烷、聚二乙基碳硅烷、聚羥乙基碳硅烷、聚碳硅烷苯乙烯、 聚苯基甲基碳硅烷、聚二苯基碳硅烷、聚二甲基硅亞苯基硅氧烷、聚甲基硅亞苯基硅氧烷、 聚二乙基硅亞苯基硅氧烷、聚乙基硅亞苯基硅氧烷、聚二丙基硅亞苯基硅氧烷、聚丙基硅亞 苯基硅氧烷、聚苯基硅亞苯基硅氧烷、聚二苯基硅亞苯基硅氧烷、聚苯基甲基硅亞苯基硅氧 烷、聚苯基乙基硅亞苯基硅氧烷、聚苯基丙基硅亞苯基硅氧烷、聚乙基甲基硅亞苯基硅氧 燒、聚甲基丙基娃亞苯基娃氧燒、聚乙基丙基娃亞苯基娃氧燒等。
[0118] 優(yōu)選的是，將按重量計(jì)0. 1份至200份的添加的化合物添加到按重量計(jì)100份的 包含在抗蝕劑組合物300中的以上樹脂。如果將按重量計(jì)小于0. 1份的添加的化合物添加 到按重量計(jì)100份的包含在抗蝕劑組合物300中的以上樹脂，則不能得到對(duì)化合藥品的耐 受性或耐濕性的效果。如果將按重量計(jì)大于200份的添加的化合物添加到按重量計(jì)100份 的包含在抗蝕劑組合物300中的以上樹脂，則通過(guò)使用抗蝕劑組合物300形成的絕緣膜圖 案300b的機(jī)械強(qiáng)度可能下降。
[0119] 對(duì)用于形成抗蝕劑組合物300的方法未作特別限制。例如，在以上硅烷化合物或 鍺烷化合物溶解于溶劑（以上溶劑)之后，進(jìn)行通過(guò)下列化學(xué)式（1A )表示的水解以及通過(guò)下 列化學(xué)式（2A)和（2B)表示的縮合。通過(guò)這樣做，形成抗蝕劑組合物300。
[0120]

【權(quán)利要求】
1. 一種半導(dǎo)體器件，包括： 襯底； 第一絕緣膜，所述第一絕緣膜形成在所述襯底的第一平面的一部分之上； 第一導(dǎo)電部分，所述第一導(dǎo)電部分形成在所述第一絕緣膜的表面之上；以及 第二絕緣膜，所述第二絕緣膜覆蓋所述第一平面、所述第一絕緣膜和所述第一導(dǎo)電部 分，并且所述第二絕緣膜的耐濕性高于所述第一絕緣膜的耐濕性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中： 所述第一絕緣膜具有到達(dá)所述第一平面的開口部分；以及 所述第一導(dǎo)電部分形成在所述第一絕緣膜的頂部之上和形成在所述開口部分中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括埋入所述襯底的所述一部分中的第二導(dǎo) 電部分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包括形成在所述襯底之上的第三導(dǎo)電部分， 其中： 所述第一導(dǎo)電部分形成在所述第一絕緣膜的側(cè)面上使得所述第一絕緣膜在所述第一 導(dǎo)電部分與所述第三導(dǎo)電部分之間；以及 所述第二絕緣膜覆蓋所述第一平面、所述第一絕緣膜、所述第一導(dǎo)電部分和所述第三 導(dǎo)電部分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一絕緣膜為多孔絕緣 膜。
6. -種半導(dǎo)體器件制造方法，包括： 在襯底的第一平面的一部分之上形成第一絕緣膜； 在所述第一絕緣膜的表面之上形成第一導(dǎo)電部分；以及 形成第二絕緣膜，所述第二絕緣膜覆蓋所述第一平面、所述第一絕緣膜和所述第一導(dǎo) 電部分，并且所述第二絕緣膜的耐濕性高于所述第一絕緣膜的耐濕性。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其中： 形成所述第一絕緣膜包括在所述第一絕緣膜中形成到達(dá)所述第一平面的開口部分；以 及 形成所述第一導(dǎo)電部分包括在所述第一絕緣膜的頂部之上和在所述開口部分中形成 所述第一導(dǎo)電部分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件制造方法，還包括在形成所述第一絕緣膜之前在 所述襯底的所述一部分中嵌入第二導(dǎo)電部分。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件制造方法，還包括在所述襯底之上形成第三導(dǎo)電 部分，其中： 形成所述第一導(dǎo)電部分包括在所述第一絕緣膜的側(cè)面上形成所述第一導(dǎo)電部分以將 所述第一絕緣膜布置在所述第一導(dǎo)電部分與所述第三導(dǎo)電部分之間；以及 形成所述第二絕緣膜包括用所述第二絕緣膜覆蓋所述第一平面、所述第一絕緣膜、所 述第一導(dǎo)電部分和所述第三導(dǎo)電部分。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其中形成所述第一絕緣 膜包括： 制備抗蝕劑組合物，所述抗蝕劑組合物包含含有樹脂的溶劑，所述樹脂通過(guò)在酸或堿 的存在下使含烷氧基的化合物水解和縮合而得到，所述含烷氧基的化合物具有鍵合到硅原 子或鍺原子的烷氧基，并且所述抗蝕劑組合物的用能量束輻照的部分不溶于顯影劑； 將所制備的抗蝕劑組合物形成在所述襯底的所述第一平面之上； 用所述能量束輻照所形成的抗蝕劑組合物的與所述一部分對(duì)應(yīng)的區(qū)域；以及 通過(guò)使用所述顯影劑將所述抗蝕劑組合物的未使用能量束輻照的部分從所述襯底之 上移除。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其中： 所述含烷氧基的化合物通過(guò)下式表示 lOKORl (1) 其中Μ為硅原子或鍺原子，η為1至4的整數(shù)，R1為氫原子或氟原子、或具有一個(gè)至八 個(gè)碳原子的烷基、乙烯基、脂環(huán)基或芳基或者其衍生物，在η小于或等于2時(shí)，R1可以彼此相 同或不同，R 2為氫原子、或具有一個(gè)至八個(gè)碳原子的烷基、芳基、乙烯基或脂環(huán)基，并且在η 大于或等于2時(shí)，R2可以彼此相同或不同；以及 所述樹脂通過(guò)所述含烷氧基的化合物中的至少一種化合物水解和縮合得到。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其中所述衍生物包含芳基。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件制造方法，其中所述衍生物具有酯鍵或醚鍵。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件制造方法，包含在所制備的抗蝕劑組合物中的 所述溶劑包含酸性化合物或堿性化合物。
【文檔編號(hào)】H01L29/423GK104064590SQ201410066965
【公開日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月18日
【發(fā)明者】今純一, 中田義弘, 牧山剛?cè)? 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社