专利名称：在磷化铟衬底上制备t型栅的方法
技术领域：
本发明涉及化合物半导体技术领域，尤其涉及一种在磷化铟衬底上制备T型栅的方法。
背景技术：
栅的制备是高电子迁移率晶体管(HEMT)器件制作工艺中最关键的工艺。由于栅长大小直接决定了 HEMT器件的频率、噪声等特性，栅长越小，器件的电流截止频率(fT)和功率增益截止频率(fmax)越高，器件的噪声系数也越小，人们通过不断减小高电子迁移率晶体管(HEMT)器件的栅长来得到更好特性的器件。随着栅长缩短，栅电阻增大，当栅长减至0. 5μπι以下时，栅电阻的微波损耗使增益衰减比较严重。因此要在栅金属的顶部构筑大的金属截面，从而形成T形栅的制作方法。目前国际上制作T型栅的方法大体上分为有介质辅助支撑和无介质辅助支撑两类。介质辅助支撑的T型栅机械稳定，T型栅不易倒塌，介质薄膜增大了栅源间的寄生电容， 同时也削弱了高频性能。而且介质辅助支撑的T型栅制作过程相对复杂，对设备的依赖比较大，需要RIE设备在介质上刻蚀小细线条，且要两次电子束曝光，条件复杂。Akira Endoh 等人2001年利用该技术成功制作出50纳米栅长的ΗΕΜΤ，获得了 395GHz的电流增益截止频率，540GHz的最大可获取功率截止频率。同时为解决T型栅栅脚过细的机械稳定性问题， Kang-SungLee等人2007年放弃辅助支撑的介质层，利用折线型T型栅脚，成功制作出35纳米的GaAs基HEMT，获得了 440GHz的电流增益截止频率，520GHz的最大可获取功率截止频率。传统的无介质辅助支撑的T型栅工艺制作工艺相对简单，只需用到湿法腐蚀和电子束工艺。制作T型栅，常用到常规两层MPR/PMMA结构，常规三层PMMA/P (MMA-MAA) /PMMA结构， ZEP/PMGI/ZEP 结构，PMMA/PMGI/PMMA 复合胶结构，ZEP520/PMGI/ZEP520 结构和四层 PMGI/ ZEP520/PMGI/ZEP520结构，分别采取一次电子束曝光、两次电子束曝光和混合曝光的方法来获取细栅线条。
发明内容
本发明的目的之一在于以克服目前高电子迁移率晶体管(HEMT)T型纳米栅制备时存在的不足，提供一种在磷化铟衬底上制备T型栅的方法。根据本发明的一个方面提供一种在磷化铟衬底上制备T型栅的方法按如下步骤A、清洗磷化铟衬底外延片，在真空烘箱内将六甲基二硅氨烷(HMDQ蒸发在清洗后的外延片上；B、在上述外延片上勻第一层电子束胶PMGI，然后前烘；C、在上述第一层电子束胶PMGI上勻第二层电子束胶^P520A，然后前烘；D、在上述第二层电子束胶观 52(^上勻第三层电子束胶PMGI，然后前烘；E、在上述第三层电子束胶上勻第四层电子束胶PMMA，然后前烘；F、将上述勻有四层束胶层的外延片进行电子束曝光；
G、对上述曝光处理后的外延片的各层依次进行显影；H、对上述显影后的外延片进行腐蚀栅槽，蒸发栅金属并剥离，即形成晶体管T型纳米栅。通过本发明提供的制备T型栅的方法可作出极小尺寸的纳米栅线条，且制作过程只需一次电子束曝光，且不需对准，可靠性强，不需要生长和刻蚀介质，大大减小了工艺难度。
图1为本发明实施例提供的PMGIAEP520A/PMGI/PMMA四层电子束胶结构和一次电子束曝光和显影后制备的T型栅形貌图；图2为本发明实施例提供的PMGIAEP520A/PMGI/PMMA四层电子束胶结构制备的 T形状栅形貌；图3为本发明实施例提供的工艺流程图。本发明目的、功能及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。如图3所示，图3为本发明提供的一种在磷化铟衬底上制备T型栅的方法总体技术方案的实现流程图，该方法包括以下步骤步骤301、清洗磷化铟衬底外延片，先用丙酮冲洗，再用乙醇冲洗，然后用去离子水冲洗，如此反复至少7次，最后用氮气吹干，吹干后将其在120度的真空烘箱内将六甲基二硅氨烷(HMDQ蒸发在清洗后的外延片上，待用。步骤302、将上述外延片上勻一层易于实现去胶和剥离的第一层电子束胶PMGI， 然后在180度烘箱中前烘6分钟。前烘后第一层电子束胶PMGI的厚度典型值为400埃。步骤303、在所述第一层电子束胶PMGI上勻第二层电子束胶^P520A，然后在180 度烘箱中前烘30分钟；前烘后的第二层电子束胶ZEP520A厚度典型值为500埃。步骤304、在所述第二层电子束胶ZEP520A上勻第三层电子束胶PMGI，然后在180 度前烘箱中烘6分钟。前烘后第三层电子束胶PMGI的厚度典型值为5500埃。步骤305、在所述第三层电子束胶上勻第四层电子束胶PMMA，然后在180度烘箱中前烘30分钟。前烘后第四层电子束胶PMMA的厚度典型值为2500埃。步骤306、将上述勻有四层束胶层的外延片进行一次电子束曝光；所述电子束曝光的条件为曝光剂量ΙΟΟΟμ C/cm2，电子束加速电压100kV。步骤307、依次显影上述曝光处理后的外延片上的四层束胶层(如图1所示)，即第四层电子束胶PMMA，第三层电子束胶PMGI，第二层电子束胶ZEP520A和易于实现去胶和剥离的第一层电子束胶PMGI ；将第四层PMMA在四甲基乙戊酮MIBK和异丙醇IPA混合的显影液中显影20分钟， 在IPA中定影30秒，而后在60度烘箱中后烘6分钟；显影液按体积比四甲基乙戊酮MIBK 异丙醇IPA = 3 1 ；
将第三层PMGI在体积百分比体积比为10%的四甲基氢氧化氨和H2O混合的显影液中显影1分钟，在H2O中定影30秒，而后在60度烘箱中后烘6分钟；显影液按体积比为 TAHM H2O = 1 4 ；将第二层ZEP520A在乙酸丁脂ZED-N50显影液中显影5秒钟，在MIBK中定影15 秒，而后在60度烘箱中后烘6分钟；将第一层PMGI在体积比为10%的四甲基氢氧化氨和H2O混合的显影液中显影20 秒，在H2O中定影30秒，而后在60度烘箱中后烘6分钟；显影液按体积比为TAHM H2O = 1 4。步骤308、对上述显影后外延片进行腐蚀栅槽，蒸发栅金属并剥离，形成晶体管T 型纳米栅(参见图2)；显影后的轮廓图见图2所示，第一层PMGI显影平均展宽400纳米，第二层^P520A 显影平均展宽150纳米，第三层PMGI显影平均展宽1120纳米，第四层PMMA显影平均展宽 350纳米。腐蚀栅槽包括对于帽层/腐蚀截止层为铟镓砷(InGaAs) /磷化铟(InP)的材料， 采用柠檬酸和双氧水的混合液进行腐蚀15秒；柠檬酸和双氧水的混合液按体积比1 1混合。所述蒸发的栅金属由外延片表面向上依次为钛(Ti)/钼(Pt)/金(Au)，其厚度的典型值分别为 250 A /250 A /3000 A。本发明实施例提供的一种在磷化铟衬底上制备T型栅的方法具有以下有益效果1、本发明与采用电子束胶结构制备高电子迁移率晶体管(HEMT)T型栅的传统方法相比，具有容易制作更小尺寸的栅线条，容易去胶，工艺简单，可靠性强等特点。2、采用PMMA/PMGI/PMMA电子束结构制备高电子迁移率晶体管(HEMT)T型纳米栅的传统方法，由于PMMA电子束胶对显影液非常敏感，显影出的线条尺寸容易变大，这种方法显影时间不好控制，不易作出极小尺寸的纳米栅线条。本发明采用的PMGIAEP520A/ PMGI/PMMA四层电子束胶结构中使用了 ^P520A电子束胶，ZEP520A电子束胶对显影液敏感度较低，显影出的线条尺寸随时间变化很小，显影时间容易控制，容易制作出极小尺寸的栅线条，可靠性强。3、采用^P520A/PMGIAEP520A电子束胶结构制备高电子迁移率晶体管(HEMT)T 型纳米栅的传统方法，这种传统方法在栅帽版曝光完成后，需将外延片取出电子束光刻机进行显影，之后再重新放入电子束光刻机进行栅脚的曝光，这样多次移动外延片将会人为的增加栅帽和栅脚的对准误差。由于底层^P520A电子束胶与外延片粘附性不好，需要在外延片上先淀积一层介质(通常为氮化硅或二氧化硅)，在显影后再将栅槽处的介质刻蚀掉，但纳米尺寸的细线条刻蚀很难控制，工艺难度较大；且由于底层电子束胶较难去除，容易影响器件的特性。本发明采用PMGIAEP520A/PMGI/PMMA四层电子束胶结构， 在外延片上先勻一层PMGI电子束胶，以增加^P520A电子束胶与外延片的粘附性，不需要生长和刻蚀介质，大大减小了工艺难度，且由于PMGI胶去胶很容易，不存在去胶问题。此夕卜，本发明只需一次电子束曝光，不存在对准问题，工艺简单可靠。4、采用本发明方法可以制作出120nm的栅线条，整个制作过程只需一次电子束曝光，且不需对准，可靠性强，不需要生长和刻蚀介质，大大减小了工艺难度。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种在磷化铟衬底上制备T型栅的方法，其特征在于，包括步骤如下A、清洗磷化铟衬底外延片，在真空烘箱内将六甲基二硅氨烷HMDS蒸发在清洗后的外延片上；B、在上述外延片上勻第一层电子束胶PMGI，然后前烘；C、在上述第一层电子束胶PMGI上勻第二层电子束胶^P520A，然后前烘；D、在上述第二层电子束胶ZEP520A上勻第三层电子束胶PMGI，然后前烘；E、在上述第三层电子束胶上勻第四层电子束胶PMMA，然后前烘；F、将上述勻有四层束胶层的外延片进行电子束曝光；G、对上述曝光处理后的外延片的各层依次进行显影；H、对上述显影后的外延片进行腐蚀栅槽，蒸发栅金属并剥离，即形成晶体管T型纳米栅。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述清洗外延片的步骤包括先用丙酮冲洗，再用乙醇冲洗，然后用去离子水冲洗，如此反复至少7次，最后用氮气吹干。
3.根据权利要求1所述的在磷化铟衬底上制备T型栅的方法，其特征在于 所述步骤A清洗后的外延片在120度的真空烘箱处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤B中所述第一层电子束胶PMGI前烘条件为在180度烘箱中烘6分钟，前烘后厚度为400埃。
5.根据权利要求1所述的在磷化铟衬底上制备T型栅的方法，其特征在于步骤C中所述第二层电子束胶^P520A前烘条件为在180度烘箱中烘30分钟，前烘后的典型厚度为500埃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤D中所述第三层电子束胶PMGI前烘条件为在180度烘箱中烘6分钟，前烘后的厚度典型值为5500埃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤E中所述第四层电子束胶PMMA前烘条件为在180度烘箱中烘30分钟，前烘的厚度典型值为2500埃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤F中所述电子束曝光的条件为曝光剂量ΙΟΟΟμ C/cm2，电子束加速电压100kV。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤G中各层依次进行显影条件为 所述第四层PMMA在体积比为3 1的四甲基乙戊酮MIBK和异丙醇显影液中显影20分钟，在IPA中定影30秒，在60度烘箱中后烘6分钟；所述第三层PMGI在体积比为1 41的体积比为10 %的四甲基氢氧化氨TAHM和H2O 显影液中显影1分钟，在H2O中定影30秒，在60度烘箱中后烘6分钟；所述第二层ZEP520A在乙酸丁脂ZED-N50显影液中显影5秒钟，在四甲基乙戊酮MIBK 中定影15秒，在60度烘箱中后烘6分钟；所述第一层PMGI在在体积比为1 41的体积比为10 %的四甲基氢氧化氨TAHM和H2O 显影液中显影20秒，在H2O中定影30秒，在60度烘箱中后烘6分钟。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤H中所述腐蚀栅槽包括对于帽层/腐蚀截止层为铟镓砷InGaAs/磷化铟InP 的材料，采用体积比为1 1的柠檬酸和双氧水的溶液进行腐蚀。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤H中蒸发的栅金属由外延片表面向上依次为钛Ti/钼Pt/金Au，其厚度的典型值分别为 250 A / 250 A / 3000 A。
全文摘要
公开了在磷化铟衬底上制备T型栅的方法包括A、清洗磷化铟衬底外延片，在真空烘箱内将六甲基二硅氨烷(HMDS)蒸发在清洗后的外延片上；B、在上述外延片上匀第一层电子束胶PMGI，前烘；C、在上述第一层电子束胶PMGI上匀第二层电子束胶ZEP520A，前烘；D、在上述第二层电子束胶ZEP520A上匀第三层电子束胶PMGI，前烘；E、在上述第三层电子束胶上匀第四层电子束胶PMMA，然后前烘；F、将上述匀有四层束胶层的外延片进行电子束曝光；G、对上述曝光处理后的外延片的各层依次进行显影；H、对显影后的外延片进行腐蚀栅槽，蒸发栅金属并剥离，形成晶体管T型纳米栅。采用本发明可以制作出120nm的栅线条。
文档编号H01L21/28GK102569046SQ201010577818
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者张海英, 杨浩, 郭天义, 黄杰 申请人:中国科学院微电子研究所