依靠光刻膠輔助形成y型柵金屬介質空洞的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及到的是一種有助于提高亞微米、深亞微米柵長二代三代半導體場效應器件的高頻性能、噪聲性能的依靠光刻膠輔助形成Y型柵金屬介質空洞的方法，屬于半導體技術領域。
【背景技術】
[0002]對于微波毫米波場效應管，提升其頻率特性的主要手段之一是減小器件柵長以減小溝道電子渡越時間；國內外小柵長GaAs、InP HMET/PHEMT器件的開發(fā)已經(jīng)達到小于10nm的水平。對于如此小的柵長，大大增加的柵電阻又成為制約器件性能的重要因素；為了解決小柵長器件柵電阻大的問題，小柵長器件普遍采用T型柵、Y型柵或者蘑菇柵的方案。
[0003]T型柵、Y型柵、蘑菇柵雖然克服了小柵長器件柵電阻大的問題，但仍稱不上是一種完美的小柵長柵方案，因為其大尺寸的柵帽引入的寄生電容帶來器件頻率特性的下降；尤其是對于小柵長器件來說，其本征電容小、寄生電容相對較大，寄生電容成為影響器件頻率特性的顯著因素。
[0004]在柵帽金屬下形成介質空洞是減小柵寄生電容的主要手段之一，因為相對于SiN介質電容，同樣尺寸的真空(空氣)介質電容值約為前者的1/7。傳統(tǒng)的柵介質空洞形成方法利用介質淀積氣體在柵金屬下不同位置質量輸運速率不同，因而產(chǎn)生不同的生長速率從而形成封堵空洞，如圖1所示，通過此途徑獲得的介質空洞通常尺寸很小，因而對柵寄生電容的減小也是有限的。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明提出的是一種依靠光刻膠輔助形成Y型柵金屬介質空洞的方法，增大Y型柵柵介質空洞、甚至是完全空洞的工藝方法，提高器件尤其是小柵長的頻率特性。
[0006]本發(fā)明的技術解決方案:依靠光刻膠輔助形成Y型柵金屬介質空洞的方法，包括如下步驟:
1)通過光刻工藝形成光刻膠對柵金屬條的覆蓋；
2)低溫生長SiN介質；
3)通過光刻、介質刻蝕工藝對柵金屬條兩端頭進行介質開孔；
4)去犧牲層光刻膠形成Y型柵的介質空洞；
5)生長SiN介質封堵柵金屬條兩端頭的介質開孔。
[0007]依靠易腐蝕S1N介質輔助的柵介質空洞形成方法，相對于傳統(tǒng)的依賴于介質淀積氣體質量輸運特性形成小尺寸柵介質空洞，本專利提出的方法能夠實現(xiàn)完全的柵介質空洞。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點:本方法形成的柵金屬下介質空洞更大，柵寄生電容減小更顯著，對于毫米波應用的亞微米、深亞微米柵長二代、三代半導體場效應器件，采用本方法以減小器件柵寄生電容具有積極意義。
【附圖說明】
[0009]圖Ι-a是采用傳統(tǒng)方法對Y型柵進行SiN介質鈍化時介質生長特點的示意圖形。
[0010]圖Ι-b是采用傳統(tǒng)方法對Y型柵進行SiN介質鈍化形成的小介質空洞的示意圖。
[0011]圖2- a是通過光刻工藝形成光刻膠對柵條形成覆蓋的示意圖形(橫斷面)。
[0012]圖2_b是圖通過光刻工藝形成光刻膠對柵條形成覆蓋的示意圖形(俯視)。
[0013]圖3- a是生長200nm低溫介質后的示意圖形(橫斷面)。
[0014]圖3-b是生長200nm低溫介質后的示意圖形(俯視)。
[0015]圖4- a是通過光刻工藝形成介質刻蝕掩膜的示意圖(橫斷面)。
[0016]圖4-b是通過光刻工藝形成介質刻蝕掩膜的示意圖形(俯視)。
[0017]圖5- a是去膠完成后的示意圖(橫斷面)，柵介質空洞形成。
[0018]圖5- b是去膠完成后的示意圖(俯視)，柵介質空洞形成。
[0019]圖6是通過光刻工藝形成去膠輔助孔的示意圖形(俯視)。
[0020]圖7是光刻膠輔助形成柵介質空洞方法中薄SiN介質預鈍化的示意圖形(橫斷面)。
[0021]圖8是介質輔助形成柵介質空洞方法中薄SiN介質預鈍化示意圖形(橫斷面)。
[0022]圖9是易腐蝕S1N介質形成后的示意圖形(橫斷面)。
[0023]圖10- a是采用光刻工藝形成S1N介質腐蝕掩膜的示意圖型(橫斷面)。
[0024]圖ΙΟ-b是采用光刻工藝形成S1N介質腐蝕掩膜的示意圖形(俯視)。
[0025]圖11是腐蝕掉部分S1N介質后的示意圖形(橫斷面)。
[0026]圖12是去除S1N介質腐蝕掩膜光刻膠后的示意圖形(橫斷面)。
[0027]圖13是SiN (或BCB)介質形成后的示意圖形(橫斷面)。
[0028]圖14- a是用于刻蝕SiN (或BCB)介質的光刻膠掩膜示意圖形(橫斷面)。
[0029]圖14-b是用于刻蝕SiN (或BCB)介質的光刻膠掩膜示意圖形(俯視)。
[0030]圖15是腐蝕掉S1N介質的示意圖形(橫斷面)，柵介質空洞形成。
[0031]圖16是通過光刻工藝形成腐蝕S1N輔助孔的示意圖形(俯視圖)。
【具體實施方式】
[0032]依靠光刻膠輔助形成Y型柵金屬介質空洞的方法，包括以下五個步驟:
I)柵金屬化之后，涂覆光刻膠，進行圖形光刻和顯影，形成如圖2- a、圖2-b所示的輔助光刻膠圖形、形成對柵金屬條的覆蓋201。
[0033]2)低溫生長SiN介質200nm，如圖3_ a、圖3_b所示；介質生長溫度要低(采用ICP — PECVD，60°C)，否則光刻膠受熱變形甚至流淌；介質厚度不能太小，否則很容易在后續(xù)去膠工藝中破碎。
[0034]3)光刻形成如圖4- a、4_b所示的光刻膠掩膜圖形(用于介質刻蝕)(401、402);進行SiN介質刻蝕，經(jīng)過介質刻蝕以后，下層輔助光刻膠在柵金屬條的兩端頭暴露出來。
[0035]4) 二甲基甲酰胺(DMF)浸泡去膠；去膠過程中可以適當對DMF加熱升溫以促進去膠但不可超聲否則介質易破裂。去膠后圖形如圖5- a、圖5- b所示，此時介質空洞501形成。
[0036]5)生長SiN介質對柵金屬條兩端頭的介質開口進行封堵。
[0037]所述步驟4)中的去膠會比較困難，尤其是對于較長柵金屬條的情況，因為溶劑的交換只能通過柵金屬條兩端頭的介質開口進行，針對這個問題，本專利提出a、b兩種輔助去膠措施；其中
a在第3步的光刻膠掩膜圖形中加入圖6所示的輔助孔601 ;在后續(xù)的介質刻蝕工藝中這些輔助孔被復制到介質上、形成輔助介質孔，這將有利于溶劑交換促進去膠。輔助孔尺寸不宜過大，否則給第5步的介質開口封堵造成困難；
b:采用氧等離子體灰化去膠；為了減小氧等離子體處理過程對器件表面的影響，可以在第I步之前生長一層薄(10-20nm) SiN介質進行表面鈍化、保護，如圖7所示。
[0038]依靠易腐蝕S1N介質輔助的柵介質空洞形成方法，包括如下步驟:
1)柵金屬化后生長一層薄SiN介質(801)進行器件表面的鈍化、保護；
2)生長厚(厚度大于柵高度)S1N易腐蝕介質(901);調整介質生長的工藝條件使得此步驟生長的S1N介質易被氫氟酸溶液溶解掉；生長完S1N介質后圖形如圖9所示；
3)通過光刻工藝形成如圖10-a、10-b所示的光刻膠掩膜圖形(1001、1002)。
[0039]4)用氫氟酸溶液腐蝕S1N介質，腐蝕完成后形貌如圖11所示；然后去光刻膠有機溶劑(丙酮)浸泡或者氧等離子灰化皆可，去膠后形貌如圖12所示，1201為S1N介質。
[0040]5)生長SiN介質或者旋涂BCB、烘烤固化；如圖13所示，1301為SiN或BCB介質。
[0041]6)通過光刻工藝形成圖14- a、14_b所示的光刻膠掩膜(1401);進行SiN或BCB介質刻蝕，經(jīng)過介質刻蝕以后，下層輔助介質S1N在柵金屬條的兩端頭暴露出來。
[0042]7)用氫氟酸溶液對S1N介質進行腐蝕溶解；覆蓋柵金屬條的S1N介質全部溶解的圖形如圖15所示，此時介質空洞(1501)形成。
[0043]8)生長SiN介質對柵金屬條兩端頭的介質開口進行封堵。
[0044]類似于光刻膠輔助的介質空洞形成方法步驟4)，介質輔助的介質空洞形成方法步驟7)中的介質腐蝕會比較困難，尤其是對于較長柵金屬條的情況，因為溶劑的交換只能通過柵金屬條兩端頭的介質開口進行，針對這個問題，可以在第6步的光刻膠掩膜圖形中加入圖16所示的輔助孔(1601);在后續(xù)的介質刻蝕工藝中這些輔助孔被復制到介質上，形成輔助介質孔，這將有利于氫氟酸溶液交換促進其對輔助介質的溶解；輔助孔尺寸不宜過大，否則給第8步的介質開口封堵造成困難。
[0045]形成Y型柵金屬介質空洞以減小柵寄生電容的工藝方法，對于提高亞微米、深亞微米柵長二代三代半導體場效應器件的高頻性能、噪聲性能很有幫助。在微波毫米波應用中，不斷減小器件柵長以減小柵電容是提高其高頻性能、噪聲性能的重要手段；而對于亞微米、深亞微米柵長器件，其柵寄生電容對柵電容的貢獻變得十分顯著，通過合適的工藝手段形成柵金屬介質空洞以減小柵寄生電容對于提高器件性能的有效手段。本發(fā)明提出的柵介質空洞形成方法具有介質空洞尺寸更大、柵寄生電容減小更顯著的優(yōu)點，對于提高微波毫米波器件相關性能頗具應用價值。
【主權項】
1.依靠光刻膠輔助形成Y型柵金屬介質空洞的方法，其特征是包括以下步驟: 1)柵金屬化之后，涂覆光刻膠，進行圖形光刻和顯影； 2)低溫生長SiN介質； 3)光刻膠掩膜圖形； 4)有機溶劑浸泡去膠； 5)生長SiN介質對柵金屬條兩端頭的介質開口進行封堵。
2.如權利要求1所述的依靠光刻膠輔助形成Y型柵金屬介質空洞的方法，其特征是所述步驟4)去膠有a、b兩種輔助措施，其中: a在第3步的光刻膠掩膜圖形中加入圖6所示的輔助孔(601);在后續(xù)的介質刻蝕工藝中這些輔助孔被復制到介質上、形成輔助介質孔，這將有利于溶劑交換促進去膠； b采用氧等離子體灰化去膠，為了減小氧等離子體處理過程對器件表面的影響，可在步驟I)之前生長一層厚度10-20nm的SiN介質進行表面鈍化、保護，如圖7所示。
3.依靠易腐蝕S1N介質輔助的柵介質空洞形成方法，其特征包括如下步驟: 1)柵金屬化后生長一層SiN介質(801)進行器件表面的鈍化、保護； 2)生長厚度大于柵高度S1N易腐蝕介質(901);調整介質生長的工藝條件使得此步驟生長的S1N介質易被氫氟酸溶液溶解掉； 3)通過光刻工藝形成光刻膠掩膜圖形； 4)用氫氟酸溶液腐蝕S1N介質； 5)生長SiN介質或者旋涂BCB、烘烤固化； 6)通過光刻工藝形成光刻膠掩膜；進行SiN或BCB介質刻蝕，經(jīng)過介質刻蝕以后，下層輔助介質S1N在柵金屬條的兩端頭暴露出來； 7)用氫氟酸溶液對S1N介質進行腐蝕溶解； 8)生長SiN介質對柵金屬條兩端頭的介質開口進行封堵。
4.根據(jù)權利要求3所述的依靠易腐蝕S1N介質輔助的柵介質空洞形成方法，其特征是所述的步驟6)的光刻膠掩膜圖形中加入輔助孔；在后續(xù)的介質刻蝕工藝中這些輔助孔被復制到介質上，形成輔助介質孔。
【專利摘要】本發(fā)明是依靠光刻膠輔助形成Y型柵金屬介質空洞的方法，包括如下步驟：1）通過光刻工藝形成光刻膠對Y型柵金屬條的覆蓋；2）低溫生長SiN介質；3）通過光刻、介質刻蝕工藝對柵金屬條兩端頭進行介質開孔；4）去犧牲層光刻膠形成Y型柵的介質空洞；5）生長SiN介質封堵柵金屬條兩端頭的介質開孔。優(yōu)點：本方法形成的柵金屬下介質空洞更大，柵寄生電容減小更顯著，對于毫米波應用的亞微米、深亞微米柵長二代、三代半導體場效應器件，采用本方法以減小器件柵寄生電容具有積極意義。
【IPC分類】H01L21-28
【公開號】CN104867825
【申請?zhí)枴緾N201510161529
【發(fā)明人】韓克鋒
【申請人】中國電子科技集團公司第五十五研究所
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月8日