一种浮空T型栅及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种浮空T型栅及其制备方法，浮空T型栅包括，晶圆片、刻蚀牺牲层、栅脚、微型栅场板和栅帽。刻蚀牺牲层位于晶圆片上；刻蚀牺牲层中设置有栅脚凹槽，栅脚位于栅脚凹槽中。微型栅场板位于刻蚀牺牲层和栅脚上；栅帽位于微型栅场板上。本发明专利技术结合了电子束光刻与步进式光刻工艺，解决了多层光刻胶之间的互溶问题，提高了器件制备效率；采用蓝膜剥离工艺，有效解决留在金属蒸镀后，剥离过程中，由金属粘连造成的栅条坍塌问题，提高目前主流浮空T型栅技术的成品率；采用微型栅场板结构，明显提升了目前主流浮空T型栅结构在器件等比例缩小后导致的栅脚局部电场峰值剧增，击穿电压下降的问题。降的问题。降的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种浮空T型栅及其制备方法


[0001]本专利技术属于微电子
，具体涉及一种浮空T型栅及其制备方法。

技术介绍

[0002]GaN HEMT作为第三代宽禁带化合物半导体器件，因具有更大禁带宽度、更高的击穿电压、更大的输出功率和电子饱和速度，使其在毫米波领域较Si和GaAs基器件拥有更显著的性能优势。尤其是当通信系统的应用频段向W波段(75
‑
100GHz)等更高频率范围移动时，器件需要拥有更高的本征截止频率以满足更高频段的应用需求。
[0003]为了实现器件的更高应用频率，一种最直接的方法是减小HEMT器件的栅长，降低载流子在栅下的渡越时间，从而提升器件频率特性。为了平衡栅长降低带来的较大的栅电阻效益，T型栅技术已经成为目前国际上高频超高频器件制备的主流技术，“T型”栅帽结构的引入可以明显降低栅电阻，但同时也带来了新的寄生电容，对器件频率特性的进一步提升造成阻碍。为了最大可能减少寄生电容的影响，浮空T型栅结构已经被成功制备并应用。
[0004]对于GaN HEMT器件而言，常通过对器件等比例缩小来提升固有频率(f
T
/f
max
)，然而，随着器件尺寸的不断缩小和栅长的逐渐降低，在相同偏置电压范围内，等比例缩小的超高频器件在栅脚靠近漏端局部呈现更明显的非均匀电场分布，其电场峰值急剧增加，造成器件击穿电压降低，严重抑制器件工作电压范围，导致器件饱和输出功率降低，难以满足再更高频率应用下的大功率需求。
[0005]目前，解决超高频器件击穿电压低的主要栅型技术是引入Y型栅结构，通过渐变的Y型栅帽结构，在一定程度上降低栅下电场，提升击穿特性。其常用的方法是采用电子束直写多层胶工艺进行栅脚曝光，并且采用等离子体刻蚀工艺对栅脚区域的电子束胶进行刻蚀，达到“Y”型结构，然而，该种方法由于使用等离子体刻蚀，造成栅脚区域外扩，且一般Y形栅的电子束光刻制备方法中，下层光刻胶为低灵敏度，需要高剂量的电子束流；上层光刻胶为高灵敏度，采用低剂量的电子束流，而高灵敏度和低灵敏度的光刻胶互溶，使曝光过程中上层与下层不能明确的区分开，即栅脚与栅帽之间不能形成明确界线，金属蒸镀后不易剥离。并且，由于超高频器件的非均匀电场往往分布在与势垒相互接触的栅脚处，而Y型栅只能调制栅帽区域的峰值电场，只能在一定程度上抑制电场的不均匀分布，但效果不明显。
[0006]同时，电子束光刻作为纳米电子器件制作的重要技术手段，其在高分辨率图像制作技术具有明显的优势，但同时，采用电子束曝光多层胶的工艺常需要消耗大量时间，造成器件制备效率低下，产能降低，难以满足更大的高品质因数器件的应用需求。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种浮空T型栅的制备方法。
[0008]本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0009]在本专利技术的一个实施例中，一种浮空T型栅，包括，晶圆片、刻蚀牺牲层、栅脚、微型栅场板和栅帽。
[0010]其中，所述刻蚀牺牲层位于所述晶圆片上。
[0011]所述刻蚀牺牲层中设置有栅脚凹槽，所述栅脚位于所述栅脚凹槽中。
[0012]所述微型栅场板位于所述刻蚀牺牲层和所述栅脚上。
[0013]所述栅帽位于所述微型栅场板上。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述刻蚀牺牲层材料为氮化硅、二氧化硅或三氧化二铝，所述刻蚀牺牲层厚度为20～50nm。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述栅脚的长度为20～100nm，小于所述微型栅场板的长度。
[0016]本专利技术还提供了一种浮空T型栅的制备方法，该方法适用于上述任一项实施例所述的浮空T型栅，包括，
[0017]S1：选取晶圆片，在晶圆片上淀积刻蚀牺牲层。
[0018]S2:在刻蚀牺牲层上涂覆电子束抗蚀胶，通过对电子束抗蚀胶进行曝光和显影，制作得到栅脚区域。
[0019]S3：刻蚀栅脚区域的刻蚀牺牲层形成栅脚凹槽，并去除电子束抗蚀胶。
[0020]S4：在具有凹槽的刻蚀牺牲层上涂覆第一层电子束光刻胶，通过对第一层电子束光刻胶进行曝光和显影，制作得到第二层栅脚区域。
[0021]S5：在器件上淀积栅脚金属层，采用蓝膜剥离工艺对第一层电子束光刻胶上的栅脚金属进行剥离，形成栅脚和微型栅场板。
[0022]S6：在第一层电子束光刻胶上依次涂覆第二层光刻胶和第三层光刻胶，通过对第二层光刻胶和第三层光刻胶进行曝光和显影，形成undercut结构。
[0023]S7：在器件上沉积栅帽金属层后对第三层光刻胶上的栅帽金属以及第一层电子束光刻胶、第二层光刻胶和第三层光刻胶进行剥离，形成浮空T型栅。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，所述栅脚金属层的厚度低于第一层电子束光刻胶的厚度。
[0025]在本专利技术的一个实施例中，所述栅脚金属层为Ni/Au叠层金属，所述栅脚为Ni结构，所述微型栅场板和栅帽为单层Au结构。
[0026]在本专利技术的一个实施例中，所述第二层光刻胶的厚度大于第三层光刻胶的厚度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0027]本专利技术的浮空T型栅及其制备方法，结合了电子束光刻与步进式光刻工艺，解决了多层光刻胶之间的互溶问题，提高了器件制备效率；
[0028]创造性地采用蓝膜剥离工艺，有效解决在金属蒸镀后，剥离过程中，由金属粘连造成的栅条坍塌问题，提高目前主流浮空T型栅技术的成品率；
[0029]采用微型栅场板结构，明显提升了目前主流浮空T型栅结构在器件等比例缩小后导致的栅脚局部电场峰值剧增，击穿电压下降的问题，在保证较大固有频率的前提下实现高击穿电压，有利于提升器件的功率输出密度；
[0030]同时可以通过优化微型栅场板的长度、栅场板的高度、栅场板与栅脚的相对位置等关键参数，对器件的栅下寄生电容、电流崩塌、短沟道效应等均能产生一定程度的正向调制作用。
[0031]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，
而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
[0032]图1是本专利技术实施例提供的一种浮空T型栅的结构示意图；
[0033]图2是本专利技术实施例提供的一种浮空T型栅的栅下峰值电场曲线图；
[0034]图3是本专利技术实施例提供的一种浮空T型栅的非对称微型栅场板结构示意图；
[0035]图4是本专利技术实施例提供的一种浮空T型栅的击穿电压和频率特性曲线图；
[0036]图5是本专利技术实施例提供的一种浮空T型栅的制备关键工艺流程框图；
[0037]图6a
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图6j是本专利技术实施例提供的一种浮空T型栅的制备步骤示意图。
具体实施方式
[0038]为了进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浮空T型栅，其特征在于，包括，晶圆片、刻蚀牺牲层、栅脚、微型栅场板和栅帽；其中，所述刻蚀牺牲层位于所述晶圆片上；所述刻蚀牺牲层中设置有栅脚凹槽，所述栅脚位于所述栅脚凹槽中；所述微型栅场板位于所述刻蚀牺牲层和所述栅脚上；所述栅帽位于所述微型栅场板上。2.根据权利要求1所述的浮空T型栅，其特征在于，所述刻蚀牺牲层材料为氮化硅、二氧化硅或三氧化二铝，所述刻蚀牺牲层厚度为20～50nm。3.根据权利要求1所述的浮空T型栅，其特征在于，所述栅脚的长度为20～100nm，小于所述微型栅场板的长度。4.一种浮空T型栅的制备方法，适用于上述权利要求1
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3任一项所述的浮空T型栅，其特征在于，包括，S1：选取晶圆片，在晶圆片上淀积刻蚀牺牲层；S2:在刻蚀牺牲层上涂覆电子束抗蚀胶，通过对电子束抗蚀胶进行曝光和显影，制作得到栅脚区域；S3：刻蚀栅脚区域的刻蚀牺牲层形成栅脚凹槽，并去除电子束抗蚀胶；S4：在具有凹槽的刻蚀牺牲...

【专利技术属性】
技术研发人员：宓珉瀚，马晓华，王鹏飞，陈治宏，周雨威，安思瑞，龚灿，张濛，杜翔，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：