專利名稱：半導體器件的t形柵加工方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種半導體器件的T形柵加工方法，特別適用于半導體0.1μm的T形柵加工工藝技術(shù)。
0.1μmT形柵是毫米波HEMT、P-HEMT器件及其單片電路的關(guān)鍵工藝之一，國外自八十年代投入大量人力財力，從事微細加工的設備和技術(shù)研究，開發(fā)出多種加工技術(shù)，如電子束直接光刻法；X射線曝光法；聚焦離子束無掩膜法等等。其中用得最為廣泛的是電子束直接光刻法，它利用兩層以上的光刻膠，在膠上曝光顯影得到“T”形的窗口，經(jīng)蒸發(fā)金屬、剝離后制造出細至0.1μm以下的“T”形柵，但是這種方法加工0.1μm的T形柵，設備復雜昂貴，成本高，加工費時，并且外國又對我國禁運電子束曝光機。
中國專利號95101600、《在半導體表面制造T形柵極的方法》中公開了半導體的T形柵加工方法，它是按T形電極頂寬的尺寸在半導體表面的膠層挖槽，再用淀積和定向刻蝕法使槽內(nèi)形成介質(zhì)側(cè)壁，再經(jīng)淀積金屬并剝離柵區(qū)以外的膠層與金屬層，留下最終的T形柵電極，這種方法本質(zhì)上與1989年IEEE MTFS Digest、P1023至1026頁的資料所報道的方法相同。
本發(fā)明的目的在于避免上述背景技術(shù)中的不足之處而提供一種不用昂貴電子束曝光機、采用普通工藝設備制造半導體的T形柵加工方法，并這種方法還具有工藝難度小，容易控制操作，重復性好，成品率高，加工成本低等特點，特別能做出0.1μm的T形柵。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，它包含的制造加工步驟有(1)在砷化鎵(GaAs)1襯底上淀積一層二氧化硅(SiO2)2膜，二氧化硅(SiO2)2膜上涂一層光刻膠3(2)用一塊1微米(1μm)至5微米(5μm)的掩膜版放在光刻膠3上，曝光顯影出近似矩形的光刻膠窗口，露出膠窗口底部的(SiO2)2；(3)對光刻膠上表面及膠窗口內(nèi)以入射角度α＜90°的斜角蒸發(fā)鋁膜4，縮小光刻膠窗口底部裸露SiO2(2)的尺寸l至所需要的T形柵尺寸，在二氧化硅(SiO2)2膜上形成由光刻膠3和鋁膜4構(gòu)成的雙層掩膜；(4)反應離子刻蝕雙層掩膜下裸露的二氧化硅(SiO2)2，在二氧化硅(SiO2)2膜上得到尺寸縮小了的狹窄凹槽；(5)用磷酸(H3PO4)和乙醇去除二氧化硅(SiO2)2上的鋁膜4和光刻膠膜3；(6)重新在砷化鎵(GaAs)1襯底片上涂光刻膠3，把另一塊掩膜版放在(GaAs)1片子上，使掩膜片上的1μm左右的T形柵的頂部圖形與二氧化硅(SiO2)2膜上凹槽套刻，經(jīng)曝光顯影后在膠上得到T形柵頂部圖形；(7)對砷化鎵(GaAs)1控槽后，在砷化鎵(GaAs)1片上垂直蒸發(fā)勢壘金屬膜4，剝離掉(GaAs)1上光刻膠3及光刻膠3上的勢壘金屬4，得到所需的T形柵。
本發(fā)明還包含以下制造加工步驟本發(fā)明砷化鎵(GaAs)1襯底上淀積一層厚度為1000至6000的二氧化硅(SiO2)2膜，在二氧化硅(SiO2)2上涂一層厚度為5000至20000的光刻膠(3)。
本發(fā)明磷酸(H3PO4)去除鋁膜4采用的溫度為40℃至80℃。
本發(fā)明在蒸發(fā)光刻中，由于光的波動性，通常光學光刻的極限為0.5μm左右。利用粒子性強波動性弱的蒸發(fā)束流，控制蒸發(fā)束流的蒸發(fā)方向入射斜角α，就可以調(diào)整光刻膠窗口底部的尺寸，即調(diào)整光刻膠窗口下裸露二氧化硅(SiO2)2的區(qū)域尺寸(既無光刻膠膜3，也無鋁膜4復蓋的區(qū)域)，由于鋁膜4的反應離子刻蝕速率比二氧化硅(SiO2)慢得多，經(jīng)反應離子刻蝕后，在二氧化硅(SiO2)2膜上得到尺寸縮小了的凹槽，凹槽的尺寸l可以小于0.1μm。從理論上講，此窗口的尺寸l大小只與蒸發(fā)束流的入射斜角α和光刻膠3的厚度h有關(guān)，而與光刻膠窗口本身尺寸無關(guān)，即l＝h.tgα。在本發(fā)明加工中，入射斜角α和光刻膠3厚度h是很容易控制的物理量，所以凹槽尺寸l的大小很容易控制，因而操作中有較理想的可控性和重復性。
另外本發(fā)明中由于在二氧化硅(SiO2)2膜上得到了凹槽尺寸l與光刻膠窗口本身尺寸大小無關(guān)，因而可以用較粗的掩膜版，如1μm以上掩膜版，獲得很細的柵條，粗條掩膜版比較容易得到高質(zhì)量的圖形，而且容易制造，大大地降低了對制版精度的要求，光刻難度也降低。
本發(fā)明用光刻膠3和鋁膜4構(gòu)成的雙層掩膜，反應離子刻蝕二氧化硅(SiO2)2，既縮小了其本身窗口，同時又得到了極大的二氧化硅(SiO2)2與鋁膜4的刻蝕比，避開了二氧化硅(SiO2)2與光刻膠3的刻蝕比不很大的困難，大大減小了工藝難度。
本發(fā)明相比背景技術(shù)有如下優(yōu)點1.本發(fā)明沒有用昂貴的電子束曝光機，而是采用蒸發(fā)入射斜角、反應離子刻蝕雙層掩膜方法、用普通的工藝設備制造出了半導體的T形柵，大大降低了加工成本。
2.本發(fā)明利用控制蒸發(fā)入射斜角α和光刻膠3的厚度h來制造出T形柵，因此制造加工具有可控性和重復性，能大大提高制造的成品率，而且容易控制操作。
3.本發(fā)明可以用較粗的掩膜版，獲得很細的柵條，容易獲得高質(zhì)量的圖形，大大地降低了制版精度和光刻難度。并且采用了光刻膠和鋁膜構(gòu)成的雙層掩膜，得到了鋁膜與SiO2的極大刻蝕比，又避開了光刻膠與SiO2刻蝕比小的困難，因而大大減小了工藝難度，能較方便的制造出不同尺寸甚至小于0.1μm的T形柵，具有推廣實用價值。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。


圖1是本發(fā)明斜角蒸發(fā)鋁膜4的工藝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明反應離子刻蝕二氧化硅(SiO2)2的工藝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明套刻二氧化硅(SiO2)2窗口的工藝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明T形柵結(jié)構(gòu)示意圖。
參照圖1至圖4，本發(fā)明采取以下加工步驟(1)利用市場上通用的PECV型淀積爐在砷化鎵(GaAs)1襯底上淀積一層二氧化硅(SiO2)2膜，膜厚度為1000至6000，實施例淀積的SiO2膜厚度為3500，然后采用常規(guī)方法處理GaAs片子的正面，并在SiO2膜上涂一層光刻膠3，厚度為5000至20000，實施例采用AZ1450型光刻膠，涂光刻膠3的厚度h為1μm左右，并用烘箱前烘溫度為100℃、時間為15分鐘。
(2)用一塊1微米(1μm)至5微米(5μm)的掩膜版放在光刻膠3上，曝光顯影出近似矩形的光刻膠窗口，露出膠窗口底部的(SiO2)2。實施例采用1μm左右的掩膜版，在常規(guī)曝光機上曝光15秒鐘，再放在四甲基氫氧化銨比水等于1∶3的顯影液中進行顯影1分鐘，再后用烘箱后烘，溫度為100℃、時間為15分鐘進行堅膜，得到近似1μm光刻膠窗口，同時露出膠窗口底部的SiO2(2)。
(3)對光刻膠窗口內(nèi)及光刻膠上表面以蒸發(fā)方向角度α＜90°的斜角蒸發(fā)鋁膜4，縮小光刻膠窗口底部裸露SiO2的尺寸至l，在二氧化硅(SiO2)2膜上形成由光刻膠3和鋁膜4構(gòu)成的雙層掩膜。實施例采用市售的電子束蒸發(fā)臺進行斜角蒸發(fā)鋁膜4，蒸發(fā)鋁膜4的厚度為600左右，斜角蒸發(fā)角度α取決于所需T形柵的尺寸l，斜角蒸發(fā)角度α的角度越小，則制造加工的T形柵的尺寸l越小。
(4)采用市售通用的反應離子刻蝕機反應離子刻蝕雙層掩膜下裸露的二氧化硅(SiO2)2，在二氧化硅(SiO2)2膜上得到縮小了的凹槽，凹槽的尺寸l即是T形柵所需的尺寸。實施例反應離子刻蝕采用的功率為50W、氣壓為1帕、時間為8分鐘。
(5)用磷酸(H3PO4)和乙醇去除二氧化硅(SiO2)2上的鋁膜4和光刻膠膜3，磷酸(H3PO4)的溫度為40℃至80℃，實施例采用溫度為40℃的磷酸(H3PO4)及用乙醇分別去除鋁膜4和光刻膠膜3。
(6)重新在GaAs1襯底片上涂光刻膠3，實施例用市售AZ1450膠，厚度為1μm，把另一塊掩膜版放在GaAs 1片子上，使掩膜版上1μm左右的T形柵頂部圖形與SiO2膜上縮小的凹槽套刻，曝光顯影后在光刻膠3上得到T形柵頂部圖形，實施例套刻的方法也是采用1μm左右的掩膜版，在常規(guī)曝光機上曝光15秒鐘，放在四甲基氫氧化銨比水等于1∶3的顯影液中進行顯影1分鐘，再后用烘箱后烘溫度為100℃、時間為15分鐘進行堅膜，在光刻膠3上得到近似1μmT形柵頂部圖形。
(7)對砷化鎵(GaAs)1控槽，然后用市售電子束蒸發(fā)臺在砷化鎵(GaAs)1片上垂直蒸發(fā)勢壘金屬膜4，再剝離掉GaAs 1上光刻膠3和光刻膠3上的勢壘金屬4，最終得到所需的T形柵。實施例勢壘金屬4可以采用鋁金屬，也可采用其它金屬作勢壘金屬4。
權(quán)利要求
1.一種半導體器件的T形柵加工方法，其特征在于它包含的加工步驟有(1)在砷化鎵(GaAs)(1)襯底上淀積一層二氧化硅(SiO2)(2)膜，二氧化硅(SiO2)(2)膜上涂一層光刻膠(3)；(2)用一塊1微米(1μm)至5微米(5μm)的掩膜版放在光刻膠(3)上，曝光顯影出近似矩形的光刻膠窗口，露出膠窗口底部的SiO2(2)；(3)對光刻膠上表面及膠窗口內(nèi)以入射角度α＜90°的斜角蒸發(fā)鋁膜(4)，縮小光刻膠窗口底部裸露SiO2(2)的尺寸l至所需要的T形柵尺寸，在二氧化硅(SiO2)(2)膜上形成由光刻膠(3)和鋁膜(4)構(gòu)成的雙層掩膜；(4)反應離子刻蝕雙層掩膜下裸露的二氧化硅(SiO2)(2)，在二氧化硅(SiO2)(2)膜上得到尺寸縮小了的狹窄凹槽；(5)用磷酸(H3PO4)和乙醇去除二氧化硅(SiO2)(2)上的鋁膜(4)和光刻膠膜(3)；(6)重新在砷化鎵(GaAs)襯底片上涂光刻膠(3)，把另一塊掩膜版放在GaAs(1)片子上，使掩膜版上的1μm左右的T形柵的頂部圖形與二氧化硅(SiO2)(2)膜上凹槽套刻，經(jīng)曝光顯影后在光刻膠(3)上得到T形柵頂部圖形；(7)對砷化鎵(GaAs)(1)控槽后，在砷化鎵(GaAs)(1)片上垂直蒸發(fā)勢壘金屬膜(4)，剝離掉GaAs(1)上光刻膠(3)及光刻膠(3)上的勢壘金屬(4)，得到所需的T形柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體器件的T形柵加工方法，其特征在于砷化鎵(GaAs)(1)襯底上淀積一層厚度為1000至6000的二氧化硅(SiO2)(2)膜，在二氧化硅(SiO2)(2)上涂一層厚度為5000至20000的光刻膠(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導體器件的T形柵加工方法，其特征在于磷酸(H3PO4)去除鋁膜(4)采用的溫度為40℃至80℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導體器件的T形柵加工方法，它用普通工藝設備、采取斜角蒸發(fā)金屬膜，縮小光刻膠窗口，形成膠與金屬膜構(gòu)成的雙層掩膜、反應離子刻蝕在SiO
文檔編號H01L21/70GK1164760SQ9610446
公開日1997年11月12日 申請日期1996年5月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月3日
發(fā)明者丁奎章, 董素芳, 吳阿惠, 于玲莉, 何慶國, 張廣顯, 陳紅莉, 馬榮花, 王文喜, 閻小莉, 王強 申請人:電子工業(yè)部第十三研究所