一种含自支撑结构的亚百纳米t型栅的制备方法
【专利摘要】一种含自支撑结构的亚百纳米T型栅的制备方法，首先在器件外延层上淀积SiNx薄膜；在SiNx表面涂覆电子束光刻胶；在形成所述细栅线条的区域，所述SiNx表面露出；对所述露出SiNx进行刻蚀；在所述电子束光刻胶层表面和被栅金属填满的细栅线条区域表面一体形成栅金属层；栅金属层表面涂覆光学光刻胶；光学光刻胶层光刻出栅帽；栅金属层进行刻蚀，除去被所述栅帽覆盖的区域之外的栅金属；将残留的电子束光刻胶和光学光刻胶剥离，即在所述外延层上形成了T型栅。本发明提供的T型栅的制备方法不仅能够有效降低T型栅的尺寸、提高T型栅制作的效率，由于有SiNx对细栅脚的支撑作用，还能提高T型栅的机械强度，同时空气隙的存在尽可能降低了SiNx引入的寄生电容。
【专利说明】一种含自支撑结构的亚百纳米T型栅的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微电子元器件【技术领域】，特别涉及一种含自支撑结构的亚百纳米T型 栅的制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着场效应晶体管（FET)的工作频率增加，器件的截止频率也要求随之增加。截 止频率是衡量晶体管高速性能的重要因子，而栅长是决定器件截止频率最关键的因素。为 了获得高速的FET器件，关键要求是缩小栅长，然而器件栅长的缩小又增大了栅电阻，影响 器件高频性能的改善，因此必需在缩小器件栅长的同时获得比较低的栅电阻。T型栅制备已 成为用于高频器件中的主流技术。T型栅的窄小栅脚提供了晶体管的高频特性，并且使其在 毫米波频率范围内低噪声操作，而宽大的栅帽则减小了栅电阻。
[0003] 在T型栅制备工艺上，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l〇〇nm以下，部分器件甚至需要小于50nm。
[0004] 常用的复合胶工艺有：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。
[0005] 但是，采用复合胶得到T型栅的工艺存在以下缺点：
[0006] 1)多层胶工艺是利用上层胶形成宽的栅帽，再通过栅帽作为窗口对下层胶进行显 影，存在的很大一个问题就是实验过程的难以重复性：窗口的大小决定了下层胶的显影速 度，也就决定了细栅的宽度，因此细栅的尺寸无法精确控制，难以稳定制作50nm以下栅条；
[0007] 2)制作50nm以下栅条时，栅条的机械稳定性十分重要，采用电子束胶光刻剥离形 成的无支撑栅脚，机械稳定性差，容易变形。
[0008] 3)采用剥离工艺实现金属栅帽时，需要形成倒台型光刻胶形貌，对光刻胶曝光显 影的时间要求精确控制，增加了工艺难度。
[0009] 另外，如果单纯采用介质辅助增强栅脚的稳定性，又会引入寄生电容，影响器件的 高频特性。
【发明内容】
[0010] 为了解决上述问题，本发明提出了一种能够有效地降低T型栅的尺寸、提高T型栅 的制作效率、增强T型栅机械强度、同时降低介质膜引入的寄生电容的制备方法。
[0011] 本发明提供的含自支撑结构T型栅的制备方法包括以下步骤：
[0012] S1在器件外延层上淀积SiNx薄膜，厚度小于所需栅脚高度；
[0013] S2在51队表面涂覆电子束光刻胶，考虑到刻蚀损耗后的电子束光刻胶的厚度加上 SiN x的厚度等于栅脚的高度；
[0014] S3对所述电子束光刻胶进行曝光、显影和定影，使所述电子束光刻胶层形成细栅 线条，在形成所述细栅线条的区域，所述SiNx表面露出；
[0015] S4对所述露出SiNx进行刻蚀，露出外延表面；
[0016] S5此时不去除电子束光刻胶，直接向所述电子束光刻胶表面和露出的外延层表面 蒸发栅金属，使所述栅金属填满所述细栅线条区域，并且在所述电子束光刻胶层表面和被 栅金属填满的细栅线条区域表面一体形成栅金属层；
[0017] S6在所述栅金属层表面涂覆光学光刻胶，形成光学光刻胶层；
[0018] S7应用光刻版，在所述光学光刻胶层光刻出栅帽；
[0019] S8利用光学光刻胶进行保护，对所述栅金属层进行刻蚀，除去被所述栅帽覆盖的 区域之外的栅金属；
[0020] S9将残留的电子束光刻胶和光学光刻胶剥离，即在所述外延层上形成了 T型栅。
[0021] 与现有技术相比，本发明提供的T型栅的制备方法具有如下有益效果。
[0022] 本发明提供的T型栅的制备方法不仅能够有效降低T型栅的尺寸、提高T型栅制 作的效率，由于有SiN x对细栅脚的支撑作用，还能提高T型栅的机械强度，同时空气隙的存 在尽可能降低了 SiNx引入的寄生电容。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为本发明实施例提供的T型栅的制备方法在器件表面形成SiNx层后的截面 示意图；
[0024] 图2为本发明实施例提供的T型栅的制备方法在器件SiNx层表面形成电子束光 刻胶后的截面示意图；
[0025] 图3为本发明实施例提供的T型栅的制备方法在电子束光刻胶层形成细栅线条后 的截面示意图；
[0026] 图4为本发明实施例提供的T型栅的制备方法在对前所述SiNx层进行刻蚀形成 细栅线条后的截面示意图；
[0027] 图5为本发明实施例提供的T型栅的制备方法在所述电子束光刻胶表面和细栅处 形成一体栅金属层后的截面示意图；
[0028] 图6为本发明实施例提供的T型栅的制备方法在栅金属层上涂覆光学光刻胶后的 截面示意图；
[0029] 图7为本发明实施例提供的T型栅的制备方法在对光学光刻胶曝光显影后的截面 示意图；
[0030] 图8为本发明实施例提供的T型栅的制备方法在对栅金属层刻蚀后的截面示意 图；
[0031] 图9为本发明实施例提供的T型栅的制备方法在对光学光刻胶和电子束光刻胶去 除后的截面示意图；
[0032] 图中：1、SiNx层，2、电子束光刻胶层，3、细栅线条，4、细栅条，5、栅金属层，6、光学 光刻胶层，7、栅帽，8、T型栅，9、外延层。
【具体实施方式】
[0033] 为了深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
[0034] 如图1-9所示，本发明提供的T型栅的制备方法包括以下步骤，
[0035] 步骤1 :在器件外延层9上淀积SiNx薄膜，形成SiNx层1 ;其中，SiNx可以用PECVD 设备淀积，厚度小于栅脚高度，可以为1000A;
[0036] 步骤2 :在SiNx层1上涂覆电子束光刻胶，形成电子束光刻胶层2 ;其中，电子束光 刻胶可以为ZEP520，ZEP520层的厚度可以为1〇〇〇 A;在匀电子束光刻胶过程中，可以使用 180°C热板真空加热3分钟。
[0037] 步骤3 :对电子束光刻胶层2进行曝光、显影和定影，使电子束光刻胶层2形成细 栅线条3,在形成细栅线条3的区域，SiNx层1表面露出。
[0038] 其中，对电子束光刻胶层2进行曝光可以采用电子束实现，细栅线条3的宽度可以 为 30_100nm。
[0039] 对电子束光刻胶层2进行显影可以采用显影液ZED-N50实现，显影时间可以为 90s。
[0040] 对电子束光刻胶层2进行定影可以采用定影液ZMD-D实现，定影时间可以为15s。
[0041] 步骤4 :对露出的SiNx层进行干法刻蚀，可以采用RIE刻蚀设备，刻蚀气体可以采 用SF6，刻蚀后露出外延层表面，形成与细栅条3 -致的细栅条4。
[0042] 步骤5 :向电子束光刻胶层2表面和露出的外延层9表面蒸发栅金属，使栅金属填 满细栅线条3、细栅条4区域，并且在电子束光刻胶层2表面和被栅金属填满的细栅线条区 域表面一体形成栅金属层5 ;其中，栅金属层的组分可以为Ni/Au，厚度为400 A/5000 A。
[0043] 步骤6 :在栅金属层5表面涂覆光学光刻胶，形成光学光刻胶层6 ;
[0044] 步骤7 :应用光刻版，在光学光刻胶层6光刻出栅帽7 ;其中，光刻版为阳版图形， 栅帽的宽度可以为〇. 5 iim。
[0045] 步骤8 :对栅金属层5进行干法刻蚀，除去被栅帽7覆盖的区域之外的栅金属，可 以采用离子束刻蚀（IBE)设备；
[0046] 步骤9 :将残留的电子束光刻胶2和光学光刻胶6去除，即在外延层9上形成了 T 型栅8。
[0047] 本发明提供的T型栅的制备方法不仅能够有效降低T型栅的尺寸、提高T型栅制 作的效率，由于有SiN x对细栅脚的支撑作用，还能提高T型栅的机械强度，同时空气隙的存 在尽可能降低了 SiNx引入的寄生电容。
[0048] 以上所述的【具体实施方式】，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步 详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的【具体实施方式】而已，并不用于限制本发 明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种含自支撑结构的亚百纳米T型栅的制备方法，其特征在于：该方法的实施流程 如下， Sl在器件外延层上淀积SiNx薄膜，厚度小于所需栅脚高度； S2在SiNx表面涂覆电子束光刻胶，考虑到刻蚀损耗后的电子束光刻胶的厚度加上SiNx 的厚度等于栅脚的高度； S3对所述电子束光刻胶进行曝光、显影和定影，使所述电子束光刻胶层形成细栅线条， 在形成所述细栅线条的区域，所述SiNx表面露出； S4对所述露出SiNx进行刻蚀，露出外延表面； S5此时不去除电子束光刻胶，直接向所述电子束光刻胶表面和露出的外延层表面蒸发 栅金属，使所述栅金属填满所述细栅线条区域，并且在所述电子束光刻胶层表面和被栅金 属填满的细栅线条区域表面一体形成栅金属层； S6在所述栅金属层表面涂覆光学光刻胶，形成光学光刻胶层； S7应用光刻版，在所述光学光刻胶层光刻出栅帽； S8利用光学光刻胶进行保护，对所述栅金属层进行刻蚀，除去被所述栅帽覆盖的区域 之外的栅金属； S9将残留的电子束光刻胶和光学光刻胶剥离，即在所述外延层上形成了 T型栅。
2. 根据权利要求1所述的一种含自支撑结构的亚百纳米T型栅的制备方法，其特征在 于： 步骤1 :在器件外延层（9)上淀积SiNx薄膜，形成SiNx层（1);其中，SiNx可以用PECVD 设备淀积，厚度小于栅脚高度为1000A; 步骤2 :在SiNx层⑴上涂覆电子束光刻胶，形成电子束光刻胶层（2);其中，电子束 光刻胶可以为ZEP520, ZEP520层的厚度为1000 A;在匀电子束光刻胶过程中，可以使用 180°C热板真空加热3分钟； 步骤3 :对电子束光刻胶层（2)进行曝光、显影和定影，使电子束光刻胶层（2)形成细 栅线条（3)，在形成细栅线条⑶的区域，SiNx层⑴表面露出； 其中，对电子束光刻胶层（2)进行曝光可以采用电子束实现，细栅线条（3)的宽度可以 为 30-100nm ; 对电子束光刻胶层（2)进行显影可以采用显影液ZED-N50实现，显影时间可以为90s ; 对电子束光刻胶层（2)进行定影可以采用定影液ZMD-D实现，定影时间可以为15s ; 步骤4 :对露出的SiNx层进行干法刻蚀，可以采用RIE刻蚀设备，刻蚀气体可以采用 SF6，刻蚀后露出外延层表面，形成与细栅条（3) -致的细栅条（4); 步骤5:向电子束光刻胶层（2)表面和露出的外延层（9)表面蒸发栅金属，使栅金属 填满细栅线条（3)、细栅条（4)区域，并且在电子束光刻胶层（2)表面和被栅金属填满的 细栅线条区域表面一体形成栅金属层（5);其中，栅金属层的组分可以为Ni/Au，厚度为 400 A/5000 A； 步骤6 :在栅金属层（5)表面涂覆光学光刻胶，形成光学光刻胶层（6); 步骤7:应用光刻版，在光学光刻胶层（6)光刻出栅帽（7);其中，光刻版为阳版图形， 栅帽的宽度可以为0. 5μηι ; 步骤8 :对栅金属层（5)进行干法刻蚀，除去被栅帽（7)覆盖的区域之外的栅金属，可 以采用离子束刻蚀设备； 步骤9 :将残留的电子束光刻胶（2)和光学光刻胶（6)去除，即在外延层（9)上形成了 T型栅（8)。
【文档编号】H01L21/28GK104377125SQ201410535773
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】王智勇, 王青, 张绵, 尧舜, 郑建华, 高鹏坤 申请人:北京工业大学