专利名称：可获得纳米栅的高电子迁移率晶体管制作方法
技术领域：
本发明属于半导体技术领域，特别涉及的是一种具有纳米或深亚微米栅长的高电子迁移率晶体管(HEMT)制作方法。它的特点是无须采用效率低、成本高的电子束曝光方法，即可获得具有深亚微米至数十纳米栅长的高电子迁移率晶体管，具有很强的实用价值。
众所周知，目前，要制作具有0.25微米(μm)以下栅长的砷化镓金属半导体场效应晶体管(GaAs MESFET)、砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(GaAs PHEMT)和磷化铟赝配高电子迁移率晶体管(InPPHEMT)，一般采用电子束曝光或X射线曝光来形成窄栅(0.2微米至数十纳米)。然而，采用这些方法，设备昂贵，成本非常高，致使在工业上的广泛应用受到限制。
本发明的目的是提供一种可获得纳米栅的高电子迁移率晶体管制作方法，其可高效、低成本地制备出具有深亚微米至数十纳米栅长的场效应器件(例如MESFET、HEMT、PHEMT等)，提高器件的频率特性和生产效率，以满足通信产业对高频器件和电路的迫切需求。
本发明一种可获得纳米栅的高电子迁移率晶体管制作方法，其细栅槽的形成是由淀积绝缘层，制作光刻胶牺牲层，利用蒸发或溅射薄膜并随后反腐蚀减薄该膜，再用等离子体刻蚀牺牲层边沿根部狭缝下面的材料等工序而形成；然后套刻宽栅并腐蚀栅槽中的N+帽层，蒸发栅金属并剥离而制成砷化镓或磷化铟或高电子迁移率晶体管器件或场效应晶体管器件；其步骤如下步骤1、首先在砷化镓或磷化铟晶体管或场效应晶体管、或高电子迁移率晶体管片上光刻有源岛区，然后，在隔离区注入质子或氧、硼离子实现器件间的隔离，或通过腐蚀去除岛外的隔离区的导电层的方法实现器件隔离；步骤2、以常规方法形成源漏金属，并合金；步骤3、淀积绝缘层；步骤4、光刻出栅牺牲层；步骤5、溅射或蒸发形成膜；步骤6、减薄腐蚀膜；步骤7、等离子体刻蚀绝缘层绝缘材料形成栅槽；步骤8、去除栅牺牲层和膜，并光刻腐蚀出源漏孔，然后涂胶，常规光刻形成宽栅窗口，套刻在栅槽上；步骤9、腐蚀窗口中栅槽下面的N+区；步骤10、蒸发栅金属，并剥离，完成器件制作。
其中所述绝缘层为二氧化硅薄膜或二氧化硅加聚乙酰亚胺复合薄膜。
其中所述栅牺牲层为光刻胶图形。
其中所述溅射或蒸发的膜为铝、镍或硅。
其中膜的减薄是用稀释的磷酸腐蚀或等离子体刻蚀完成的。
其中栅槽是以膜为掩膜，采用氧等离子体刻蚀聚乙酰亚胺，并以等离子体和三氟甲烷等离子体刻蚀二氧化硅而获得。
该方法制备的器件比常规光学曝光获得的器件频率高，其制备方法比电子束曝光、X射线曝光的效率高、成本低，适于大生产。
为进一步说明本发明的内容，以下结合附图及实施例，对本发明作一详细描述，其中
图1-1至图1-6为本发明的流程图；图2-1至图2-10为本发明实施例的流程图。
1、如图1-1所示，首先在GaAs或InPHEMT或MESFE、或PHEMT片101上涂正性光刻胶，其厚度大于2μm；经曝光、显影，形成有源岛区光刻胶图形102，然后，以有源岛区光刻胶图形102为掩模，在隔离区103注入质子或氧、硼离子实现器件间的隔离。双质子注入能量为20～30KeV，剂量为3×1013。(或通过腐蚀去除岛外的隔离区103的导电层的方法实现器件隔离。其腐蚀液为磷酸+双氧水+水＝3∶1∶60，室温下腐蚀1～2分钟)。
2、如图1-2所示，以常规方法形成源漏金属104，并合金。即首先涂正胶，光刻，然后蒸发金锗镍/金，剥离后，在380～400℃温度下合金50秒。
3、采用等离子体化学气相淀积(PECVD)方法或溅射法淀积绝缘层105，该层由二氧化硅或氮化硅或二氧化硅加聚乙酰亚胺或氮化硅加聚乙酰亚胺组成，总厚度为1000～3000。
4、光刻出形成栅极的牺牲层106。此为边缘较陡直的正胶，胶厚可以调整，欲生成的栅线条越细，胶厚度就越薄，一般在0.1～0.5μm之间。
5、溅射或蒸发形成107。它是500～2000的铝(Al)或镍(Ni)、或硅(Si)。
6、如图1-3所示，减薄腐蚀107。腐蚀液为磷酸(H3PO4)∶水(H2O)＝1∶2，腐蚀2～5分钟，减薄到原厚度的1/3～1/2；或采用等离子体减薄薄膜。
7、如图1-4所示，用六氟化硫(SF6)等离子体刻蚀105绝缘材料二氧化硅/氮化硅或先用氧等离子体刻蚀聚乙酰亚胺，再用SF6等离子体刻蚀二氧化硅/氮化硅形成栅槽108。
8、如图1-5所示，用H3PO4∶H2O＝1∶2的腐蚀液，湿法腐蚀去除106和107；并用SF6等离子体刻蚀干法刻蚀或用湿法腐蚀出源漏区的接触孔109；然后涂正胶，用常规反转光刻形成宽栅窗口110，套刻在108栅槽上，胶厚为5000～10000。
9、腐蚀窗口110中栅槽108下面的N+区，使用的腐蚀液为磷酸+双氧水+水＝3∶1∶60；腐蚀约40秒，以测量源漏之间的电流来确定腐蚀的终点。然后用H3PO4∶H2O＝1∶10浸泡1分钟，去除表面氧化层，用氮气(N2)吹干后，立即送入蒸发台中。
10、如图1-6所示，蒸发栅金属111，一般栅金属为钛/铂/金，厚度为3000～6000，剥离后完成器件制作。其它钝化等工序与常规同。
实施例1、如图2-1所示，首先在GaAs或InPHEMT或MESFE、或PHEMT片101上涂正性光刻胶，其厚度大于2μm；经曝光、显影，形成有源岛区光刻胶图形102；2、如图2-2所示，以有源岛区光刻胶图形102为掩模，在隔离区103注入质子或氧、硼离子实现器件间的隔离。双质子注入能量为20～30KeV，剂量为3×1013。(或通过腐蚀去除岛外的隔离区103的导电层的方法实现器件隔离。其腐蚀液为磷酸+双氧水+水＝3∶1∶60，室温下腐蚀1～2分钟)；
3、如图2-3所示，<1>光刻源-漏区涂A-Z5214光刻胶，厚度为1μm，曝光后在115～120℃的热板上烘烤90秒，进行图形反转，然后对片子表面泛曝光，显影后用氨水进行表面处理；<2>蒸发金/锗/镍(金)，剥离后，在380～400度下合金50秒；<3>淀积一层SiO2或SiO2+聚乙酰亚胺，厚度为1000～3000；4、如图2-4所示，光刻栅依托，光刻出边缘较陡直，厚度为2000～5000的正胶；5、如图2-5，溅射或蒸发Al(或Ni)500～2000；6、如图2-6，用湿法腐蚀减薄腐蚀107。腐蚀液为磷酸∶水＝1∶10，腐蚀1～5分钟，减薄到原厚度的1/3～1/2，因为栅依托胶侧壁上的Al或Ni比较薄，所以可以将比较薄的去除栅依托胶侧壁上的Al或Ni去除；7、如图2-7，用六氟化硫(SF6)等离子体刻蚀105绝缘材料二氧化硅/氮化硅或先用氧等离子体刻蚀聚乙酰亚胺，再用SF6等离子体刻蚀二氧化硅/氮化硅形成栅槽108；8、如图2-8，用磷酸∶水＝1∶10的腐蚀液，湿法腐蚀去除106和107；并用SF6等离子体刻蚀干法刻蚀或用湿法腐蚀出源漏区的接触孔109；然后涂正胶，用常规反转光刻形成宽栅窗口110，套刻在108栅槽上，在光刻胶上形成比细栅槽宽的栅窗口图形，胶厚为5000～10000；9、如图2-9，腐蚀窗口110中栅槽108下面的N+区，使用的腐蚀液为磷酸+双氧水+水＝3∶1∶60；腐蚀约40秒；10、如图2-10，用氧等离子体去底胶后蒸发栅金属111，栅金属为钛/铂/金，厚度为3000～6000，剥离后完成器件制作，形成T型栅金属图形。
权利要求
1.一种可获得纳米栅的高电子迁移率晶体管制作方法，其细栅槽的形成是由淀积绝缘层，制作光刻胶牺牲层，利用蒸发或溅射薄膜并随后反腐蚀减薄该膜，再用等离子体刻蚀牺牲层边沿根部狭缝下面的材料等工序而形成；然后套刻宽栅并腐蚀栅槽中的N+帽层，蒸发栅金属并剥离而制成砷化镓或磷化铟或高电子迁移率晶体管器件或场效应晶体管器件；其特征在于，其步骤如下步骤1、首先在砷化镓或磷化铟晶体管或场效应晶体管、或高电子迁移率晶体管片上光刻有源岛区，然后，在隔离区注入质子或氧、硼离子实现器件间的隔离，或通过腐蚀去除岛外的隔离区的导电层的方法实现器件隔离；步骤2、以常规方法形成源漏金属，并合金；步骤3、淀积绝缘层；步骤4、光刻出栅牺牲层；步骤5、溅射或蒸发形成膜；步骤6、减薄腐蚀膜；步骤7、等离子体刻蚀绝缘层绝缘材料形成栅槽；步骤8、去除栅牺牲层和膜，并光刻腐蚀出源漏孔，然后涂胶，常规光刻形成宽栅窗口，套刻在栅槽上；步骤9、腐蚀窗口中栅槽下面的N+区；步骤10、蒸发栅金属，并剥离，完成器件制作。
2.根据权利要求1所述的可获得纳米栅的高电子迁移率晶体管制作方法，其特征在于，其中所述绝缘层为二氧化硅薄膜或二氧化硅加聚乙酰亚胺复合薄膜。
3.根据权利要求1所述的可获得纳米栅的高电子迁移率晶体管制作方法，其特征在于，其中所述栅牺牲层为光刻胶图形。
4.根据权利要求1所述的可获得纳米栅的高电子迁移率晶体管制作方法，其特征在于，其中所述溅射或蒸发的膜为铝、镍或硅。
5.根据权利要求1所述的可获得纳米栅的高电子迁移率晶体管制作方法，其特征在于，其中膜的减薄是用稀释的磷酸腐蚀或等离子体刻蚀完成的。
6.根据权利要求1所述的可获得纳米栅的高电子迁移率晶体管制作方法，其特征在于，其中栅槽是以膜为掩膜，采用氧等离子体刻蚀聚乙酰亚胺，并以等离子体和三氟甲烷等离子体刻蚀二氧化硅而获得。
全文摘要
一种可获得纳米栅的高电子迁移率晶体管制作方法,首先1.在砷化镓等晶片上光刻有源岛区,2.然后注入质子或氧、硼离子;以常规方法形成源漏金属并合金;3.淀积绝缘层;4.光刻出栅牺牲层;5.溅射或蒸发形成薄膜;6.减薄腐蚀;7.等离子体刻蚀绝缘材料形成栅槽;8.光刻腐蚀出源漏孔,然后涂胶,常规光刻形成宽栅窗口,套刻在栅槽上;9.腐蚀窗口中栅槽下面的N
文档编号H01L21/02GK1374687SQ0110945
公开日2002年10月16日 申请日期2001年3月13日 优先权日2001年3月13日
发明者刘训春, 张龙海, 王润梅, 李无瑕, 罗明雄, 吴德馨 申请人:中国科学院微电子中心