一种双T型栅及制作方法和应用技术

技术编号:19937205 阅读:27 留言:0更新日期:2018-12-29 05:44
本发明专利技术公开了一种双T型栅及制作方法和应用,双T型栅包括栅足、栅根和栅帽,栅足和栅根形成第一级T型栅,栅根和栅帽形成第二级T型栅,栅帽悬空,栅足穿过介质钝化层生长在衬底上。本发明专利技术能降低栅极电阻,其制作方法不仅可以有效实现小线宽栅极,降低栅极寄生电容,也可以提高栅极制作的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种双T型栅及制作方法和应用
本专利技术属于微电子器件制造领域,尤其涉及一种双T型栅及制作方法和应用。
技术介绍
在砷化镓/氮化镓射频毫米波单片集成电路上,栅长是影响微波器件性能的一个重要参数,在一定条件下,栅长与器件频率直接相关,减小栅长能够大幅提高器件的频率和增益性能。T型栅是为了减小栅电阻而普遍采用的一种栅形状,如中国专利CN201611237056.4中揭示的T型栅,从其附图可以看出,T型栅包括栅足和栅帽,栅足生长在AlGaN/GaN外延层上,栅帽直接覆盖在介质钝化层上。又如中国专利CN201410005454中揭示的T型栅,从其附图中可以看出,T型栅包括栅足和栅帽,栅足穿过介质钝化层,栅足生长在AlGaN/GaN外延层上,栅帽悬空,不与介质钝化层接触。缩小栅长是提升性能的最直接办法,但是随着栅长尺寸的不断减小,栅极金属易脱落,T型栅的成品质量不断下降,因此,采用何种工艺方法制作T型栅是十分重要的。在T型栅制备的工艺上,常用的方法是:采用复合胶工艺以及电子束直写曝光方式,采用多次曝光的方法,并利用不同显影液对胶的显影速度的差别,形成T型栅。为了获得更高的截止频率,器件的栅长通常在200nm以下。常用的复合胶工艺包括:PMMA/PMAA/PMMA复合胶工艺;PMMA/UVIII复合胶工艺等,利用了PMMA电子束光刻胶的高分辨率和高对比度的性能形成细的栅脚,然后利用上层光刻胶形成宽栅帽。电子束光刻作为目前制作纳米级栅极的重要方法,因其电子束斑大小可以控制在2nm以下,可以曝光出小于50nm的图形;但是,电子束光刻的重大缺点在于产率很低。因此,本专利技术人对此做进一步研究,研发出一种双T型栅及其制作方法和应用,本案由此产生。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种双T型栅,降低栅极电阻。本专利技术的目的之二在于提供一种双T型栅的制作方法,可改善目前电子束光刻制作T栅工艺中低效率、栅极金属易脱落两个问题。本专利技术的目的之三在于提供一种双T型栅的应用,能够大幅提高HEMT器件的频率和增益性能。为解决上述技术问题,本专利技术的技术解决方案是:一种双T型栅,生长在具有介质钝化层的衬底上,包括栅足、栅根和栅帽,栅足和栅根形成第一级T型栅,栅根和栅帽形成第二级T型栅,栅帽悬空,栅足穿过介质钝化层生长在衬底上。进一步,栅足的线宽为70~150nm。进一步,栅帽与介质钝化层的距离为100~350nm。进一步,栅帽为等腰梯形,栅根和栅足为方形。进一步,介质钝化层的厚度为50~100nm。进一步,第二级T型栅为Γ形。一种双T型栅的制作方法,包括以下步骤:1)提供一衬底,于衬底上沉积一介质钝化层;2)于介质钝化层上涂布PMMA电子束光刻胶并烘烤,在PMMA电子束光刻胶上涂布I-Line负型光刻胶或DUV光刻胶并烘烤;3)I-Line负型光刻胶或DUV光刻胶曝光与显影,用氧气等离子体处理,去除PMMA电子束光刻胶与I-Line负型光刻胶之间的互溶层或与DUV光刻胶之间的互溶层,形成栅帽的图形;4)电子束曝光及PMMA电子束光刻胶的显影,形成栅根的图形;5)介质钝化层的干法蚀刻层,形成栅足的图形,以露出衬底;6)氧气等离子体处理,扩展栅根的图形;7)湿法处理衬底后,再进行栅极金属蒸镀;8)蒸镀后将光刻胶剥离,最终形成双T型栅。进一步,在步骤1)中,衬底为砷化镓/氮化镓外延片。进一步,在步骤1)中,介质钝化层为氮化硅,沉积的氮化硅厚度为50~100nm。进一步,在步骤2)中,PMMA电子束光刻胶厚度为100~350nm,I-Line或DUV光刻胶厚度为600~1200nm。进一步,在步骤3)中,I-Line负型光刻胶或DUV光刻胶曝光使用的是步进式光学曝光机,使用的显影液为2.38%四甲基其氧化铵水溶液。进一步,在步骤4)中,PMMA电子束光刻胶使用的显影液为邻二甲苯。进一步,在步骤5)中,栅足的图形宽度为70~150nm。进一步,在步骤7)中,蒸镀金属的组成为Ti/Pt/Au,总高度为400nm-700nm。一种双T型栅应用在HEMT器件上。采用上述方案后,由于本专利技术将T型栅不同线宽部位进行区别曝光,对线宽较大(>0.35um)部分使用光学曝光,对线宽较小(<0.25um)部分使用电子束曝光,使得本专利技术具有以下优点:1.在制作小线宽栅极同时大幅改善了电子束曝光低效率的问题,可在保证栅极线宽的同时,大幅提高产能;2.通过形成双T型栅,栅帽悬空,由于栅帽不直接和介质钝化层(氮化硅)接触,降低栅极电阻的同时,减少介质钝化层(氮化硅)与T型栅金属接触面积,从而抑制了的寄生电容;3.介质钝化层(氮化硅)蚀刻后经处理直接做栅极金属蒸镀,实现了第一级T型栅的自对准,可大幅降低介质钝化层(氮化硅)与T型栅金属接触面积要求;4.由于采用双T型栅结构,降低了器件的栅极电阻,明显提高了器件的频率特性;5.由于表面被完全钝化,抑制了电流崩塌效应,明显提高了器件的功率特性,器件可应用于毫米波频段。附图说明图1是本专利技术的结构示意图;图2是本专利技术制作方法的流程图;图3是本专利技术应用在HEMT器件上的示意图一;图4是本专利技术应用在HEMT器件上的示意图二。标号说明衬底1介质钝化层2双T型栅3栅帽31栅根32栅足33PMMA电子束光刻胶4栅根的图形41I-Line负型光刻胶5栅帽的图形51栅足的图形21源极6漏极7。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详述。本专利技术的各附图仅为示意以更容易了解本专利技术,其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系,在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言。本专利技术所揭示的是一种双T型栅,如图1所示,为本专利技术的较佳实施例,双T型栅3生长在衬底1上,衬底1上沉积介质钝化层2,双T型栅3包括栅足33、栅根32和栅帽31,栅足33、栅根32和栅帽31依次层叠,栅足33和栅根32形成第一级T型栅,栅根32和栅帽31形成第二级T型栅,栅帽31悬空,栅足33穿过介质钝化层2,生长在衬底1上。栅足33的线宽为70~150nm,即最终形成最小线宽为70~150nm的双T型栅3,降低了器件的栅极电阻,明显提高了器件的频率特性。进一步,栅帽31与介质钝化层2的距离为100~350nm。栅帽31悬空,栅帽31不直接和介质钝化层2接触,即栅帽31与介质钝化层2之间的距离增大,寄生电容降低。进一步,栅帽31为等腰梯形,栅根32和栅足33为方形。进一步,在本实施例中,介质钝化层2为氮化硅,氮化硅厚度优选值为50~100nm。根据栅足33线宽选择氮化硅厚度,厚度越小,能做到的线宽也越小,寄生电容也越大。实施例1:在本实施例中,衬底1优选为氮化镓(GaN)外延片。参考图2中a-f的制作方法流程图,包括以下步骤:如图2中a所示,1)清洁GaN衬底1,于GaN外延片上沉积氮化硅,在本实施例中,沉积氮化硅的厚度为50nm。如图2中b所示,2)于氮化硅上旋涂上350nm厚的PMMA电子束光刻胶4并180℃2min热板烘烤,冷却至室温后,继续旋涂800nm厚的Nloff5510I-Line负型光刻胶5并100℃2min热板烘烤。如图2中c所示,3)Nloff5510I-Line负型光刻胶5曝光,优选后的能量本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种双T型栅,生长在具有介质钝化层的衬底上,其特征在于:包括栅足、栅根和栅帽,栅足和栅根形成第一级T型栅,栅根和栅帽形成第二级T型栅,栅帽悬空,栅足穿过介质钝化层生长在衬底上。

【技术特征摘要】
1.一种双T型栅,生长在具有介质钝化层的衬底上,其特征在于:包括栅足、栅根和栅帽,栅足和栅根形成第一级T型栅,栅根和栅帽形成第二级T型栅,栅帽悬空,栅足穿过介质钝化层生长在衬底上。2.根据权利要求1所述的一种双T型栅,其特征在于:栅足的线宽为70~150nm。3.根据权利要求1所述的一种双T型栅,其特征在于:栅帽与介质钝化层的距离为100~350nm。4.根据权利要求1所述的一种双T型栅,其特征在于:栅帽为等腰梯形,栅根和栅足为方形。5.根据权利要求1所述的一种双T型栅,其特征在于:介质钝化层的厚度为50~100nm。6.根据权利要求1所述的一种双T型栅,其特征在于:第二级T型栅为Γ形。7.一种双T型栅的制作方法,其特征在于:包括以下步骤:1)提供一衬底,于衬底上沉积一介质钝化层;2)于介质钝化层上涂布PMMA电子束光刻胶并烘烤,在PMMA电子束光刻胶上涂布I-Line负型光刻胶或DUV光刻胶并烘烤;3)I-Line负型光刻胶或DUV光刻胶曝光与显影,用氧气等离子体处理,去除PMMA电子束光刻胶与I-Line负型光刻胶之间的互溶层或与DUV光刻胶之间的互溶层,形成栅帽的图形;4)电子束曝光及PMMA电子束光刻胶的显影,形成栅根的图形;5)介质钝化层的干法蚀刻层,形成栅足的图形,以露出衬底;6)氧气等离子体处理,扩展栅根...

【专利技术属性】
技术研发人员:何先良卢青蔡文必王文平
申请(专利权)人:厦门市三安集成电路有限公司
类型:发明
国别省市:福建,35

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1