一种改善GaNHEMT表面电子束直写电荷积累的方法与流程

本发明涉及的是一种改善ganhemt表面电子束直写电荷积累的方法，属于半导体器件及集成电路制造工艺技术领域。

背景技术：

现代半导体器件制作过程中，随着技术的进步，器件尺寸越来越小，集成度越来越高。三代半导体gan在微波毫米波芯片的高频领域具有广阔的应用前景。毫米波ganhemt器件具有工作电压高，输出功率可达瓦级以上，功率密度高以及工作频率可达到100ghz等优势。ganhemt器件，尤其是algan/ganhemt结构，其表面的导电性差。而且，一般在制作栅之前都需要在表面生长一层致密的sin介质以保护源漏金属同时尽可能减小表面缺陷。在制备栅长较小的ganhemt器件时，往往采用电子束直写工艺。而由于表面的致密介质和ganhemt本身的导电性差的问题，电子束直写会存在电荷积累问题，电荷积累问题会导致直写套刻偏差甚至由于找不到标记而无法直写的情况。

一般而言，解决电子束直写过程中的电荷积累问题是涂敷一层导电胶。但导电胶往往会带来工艺的变动，如各层电子束胶的烘胶温度、曝光剂量、显影时间等，而一些工艺变动会使预期的直写效果无法完成。另外，ganhemt的栅制备一般采用电子束一次成型，即需要多层电子束胶。多层胶之间需要保证粘附性，往往不能涂敷导电胶。同时，导电胶的烘烤温度不一定与电子束胶匹配，所以在使用上有一定的限制。另外，在大剂量直写时，导电胶的导电能力不足使其解决电荷积累的能力也受到限制。

而在gan表面制备一层金属材料，可改善导电性问题。制备的金属材料不仅要对电子束胶具有好的粘附性，同时具有易去除，不影响电子束的正常工艺。一种方法是在涂敷了电子束胶的样品上再制备一层金属，如金属铝。但该种方法同样带了工艺的较大变动，包括显影中需考虑金属铝的去处，以及涂多层胶时，上层胶与金属铝的粘附、化学反应等问题。另外，金属铝一般需要采用酸类去处，而酸类溶液会对器件的其他金属，如源漏金属同样有腐蚀作用。金属锗在半导体器件中被广泛应用，如作为gaas材料的欧姆金属之一。金属锗一般采用电子束蒸发工艺制备，表面平整，一致性好，而且厚度精确可控。在其表面涂敷的电子束胶具有很好的粘附性。在直写后以及栅金属剥离后，又比较容易去除，是比较好的改善电子束直写电荷积累的材料。而金属锗在电子束胶涂胶之前制备，不会带来工艺的变动和兼容性问题。

综上所述，采用电子束直写工艺制备ganhemt器件时，由于其表面的导电性差会存在电荷积累而带来直写问题。涂敷导电胶的方法会带来直写工艺变动，而且使用方法受限，导电能力没有金属材料好。所以，本发明开发了一种改善ganhemt电子束直写中电荷积累问题的方法。可有效解决直写套刻，粘附性等问题。

技术实现要素：

本发明提出了一种解决ganhemt表面电子束电荷积累的方法，其目的旨在解决电子束直写过程中的电荷积累问题，同时可有效解决直写套刻，粘附性等问题。

本发明的技术解决方案：改善ganhemt表面电子束直写电荷积累的方法，其特征是在制备ganhemt器件时，在ganhemt表面制备一层纳米薄层金属锗作为导电层。

其方法，包括如下工艺步骤：

（1）元件的制备；

（2）纳米薄层金属锗的制备；

（3）电子束直写栅；

（4）纳米薄层金属锗的第一次去除；

（5）栅介质的刻蚀，栅金属的蒸发和剥离；

（6）纳米薄层金属锗的第二次去除。

本发明的优点：

1、采用金属锗作为底层导电层，采用电子束蒸发工艺制备的金属锗表面平整，一致性好，而且厚度精确可控；在其表面涂敷的电子束胶具有很好的粘附性，直写后以及栅金属剥离后，又比较容易去除；

2、采用的导电底层金属锗在10nm以下便可具有非常好的导电特性，而且与后续的电子束工艺没有工艺兼容问题，其改善ganhemt表面电子束电荷积累的效果明显优于导电胶。

附图说明

附图1是在gan外延层上制备欧姆接触及生长保护介质结构示意图。

附图2是生长纳米薄层金属锗截面示意图。

附图3是涂电子束胶并直写显影截面示意图。

附图4是第一步去除栅脚下部的纳米薄层金属锗示意图。

附图5是栅金属蒸发并剥离后示意图。

附图6是第二步去除纳米薄层金属锗及生长栅钝化介质后示意图。

附图中101是sic衬底，102是外延沟道及势垒层，103是源漏电极，104是源漏保护sin介质，201是金属锗，302是涂电子束胶，502是栅金属，602是栅金属钝化介质。

具体实施方式

一种改善ganhemt表面电子束直写电荷积累的方法，在制备ganhemt器件时，在ganhemt表面制备一层纳米薄层金属锗作为导电层。

所述的ganhemt器件，包括gan外延材料、源漏结构、源漏保护介质、栅金属、栅钝化介质、电容上下电极金属。

改善ganhemt表面电子束直写电荷积累的方法，包括如下工艺步骤：

（1）元件的制备：在ganhemt外延材料上，采用光刻得到源漏图形；通过电子束蒸发、剥离及合金等工艺制备源漏金属体系；采用增强等离子化学气相淀积法或耦合电感化学气相淀积法制备一层保护介质sin，所述sin厚度为40nm~200nm；通过紫外光刻、蒸发和溅射工艺依次制备电阻金属和电容下电极金属；

（2）纳米薄层金属锗的制备：纳米薄层金属锗采用电子束蒸发工艺或溅射工艺制备，厚度为0~10nm；

（3）电子束直写栅：制备栅采用电子束直写工艺，所制备的栅为t型栅或y型栅，栅金属在电子束直写工艺中涂不少于2层电子束胶、采用不少于2次直写；

（4）纳米薄层金属锗的第一次去除：采用双氧水腐蚀去除或含氟等离子去除，去除部分为栅脚显影后的部分；腐蚀前进行氧等离子体打胶以改善表面浸润性。腐蚀时间为20~60s；

（5）栅介质的刻蚀，栅金属的蒸发和剥离：首先对ganhemt外延材料进行栅介质刻蚀、势垒层表面挖槽、表面处理工艺；然后用电子束蒸发制备栅金属；栅金属制备后采用丙酮浸泡至电子束胶的表面金属自然脱落；之后分别采用nmp溶液、丙酮溶液、酒精溶液浸泡5~10min；最后取出甩干；

（6）纳米薄层金属锗的第二次去除：采用双氧水腐蚀去除，去除部分为除栅金属下的全片其他部分；腐蚀时间为1~60s。

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案。

对比附图1，在sic衬底的ganhemt外延材料上制备源漏金属并生长致密介质，制备电阻层和电容下电极层。

对比附图2，在表面采用电子束蒸发工艺蒸发一层薄得金属锗201作为导电层，该层金属锗的厚度小于等于10nm。

对比附图3，涂电子束胶302，并进行电子束直写，显影后得到需要的图形。

对比附图4，对得到电子束直写的图形进行双氧水溶液处理或者采用氟等离子体处理，使栅底部暴露出来的金属锗被去除。

对比附图5，对样片表面的栅介质进行刻蚀以去除栅脚部分的sin介质，然后采用电子束蒸发工艺制备栅金属502，栅金属蒸发后进行剥离。

对比附图6，采用双氧水对全片表面进行腐蚀，由于双氧水不能腐蚀栅金属和sin介质，所以去除金属锗的过程不会对有源区表面和源漏金属造成损伤；对去除锗的样品表面生长栅金属钝化介质602，再经过介质开孔，电容上电极制备等，完成ganhemt器件的制备。

实施例1

改善ganhemt表面电子束直写电荷积累的方法，包括如下步骤：

1）、在gan衬底的hemt外延材料上，采用光刻得到源漏图形，再通过电子束蒸发、剥离及合金等工艺制备源漏金属体系，然后生长一层保护介质sin，sin可采用增强等离子化学气相淀积制备，厚度为40nm。再通过紫外光刻、蒸发或溅射等工艺依次制备电阻金属和电容下电极金属；

2）采用电子束蒸发工艺制备一层5nm厚的金属锗。再涂电子束胶，烘烤，直写，其中制备gan小栅长采用电子束一次成型的方法，需要涂多层胶并直写多次，而底层纳米薄层金属锗对多次直写均具有消除电荷积累的作用；

3）显影后的样品采用双氧水对栅脚底部的金属进行腐蚀去除。为保证能够腐蚀彻底，在腐蚀前进行氧等离子体打胶以改善表面浸润性；腐蚀20秒，保证底部腐蚀干净且有一定的侧向腐蚀，侧向腐蚀的目的是，保证后续栅金属不会与金属锗连接；

4）对腐蚀后的样品进行栅介质刻蚀、势垒层表面挖槽、表面处理等工艺，之后用电子束蒸发制备栅金属；栅金属制备后采用丙酮浸泡使具有电子束胶的表面金属自然脱落，之后分别采用nmp溶液、丙酮溶液、酒精溶液浸泡5min，最后取出甩干；甩干后的样片表面除栅底部外，其他地方均还覆盖纳米薄层金属锗；

5）采用双氧水或双氧水与水的混合溶液对金属锗进行腐蚀去除。根据双氧水溶液的腐蚀速率确定锗的完全腐蚀，腐蚀30s；由于双氧水对gan表面，栅金属以及sin介质均没有腐蚀作用，所以并不会带来表面损伤和工艺兼容性问题；

6）对腐蚀金属锗后的栅结构进行介质钝化。再经过介质开孔，电容上电极制备等，完成ganhemt器件的制备。

实施例2

1）在gan衬底的hemt外延材料上，采用光刻得到源漏图形，再通过电子束蒸发、剥离及合金等工艺制备源漏金属体系，然后生长一层保护介质sin，sin可采用耦合电感化学气相淀积方法制备，厚度为200nm。再通过紫外光刻、蒸发或溅射等工艺依次制备电阻金属和电容下电极金属；

2）采用电子束溅射工艺制备一层10nm厚的金属锗。再涂电子束胶，烘烤，直写，其中制备gan小栅长一般采用电子束一次成型的方法，需要涂多层胶并直写多次，而底层纳米薄层金属锗对多次直写均具有消除电荷积累的作；

3）显影后的样品采用双氧水对栅脚底部的金属进行腐蚀去除。为保证能够腐蚀彻底，在腐蚀前进行氧等离子体打胶以改善表面浸润性；腐蚀1分钟，保证底部腐蚀干净且有一定的侧向腐蚀，侧向腐蚀的目的是，保证后续栅金属不会与金属锗连接；

4）对腐蚀后的样品进行栅介质刻蚀、势垒层表面挖槽、表面处理等工艺，之后用电子束蒸发制备栅金属；栅金属制备后采用丙酮浸泡使具有电子束胶的表面金属自然脱落，之后分别采用nmp溶液、丙酮溶液、酒精溶液浸泡10min，最后取出甩干；甩干后的样片表面除栅底部外，其他地方均还覆盖纳米薄层金属锗；

5）采用双氧水或双氧水与水的混合溶液对金属锗进行腐蚀去除。根据双氧水溶液的腐蚀速率确定锗的完全腐蚀，腐蚀1分钟；由于双氧水对gan表面，栅金属以及sin介质均没有腐蚀作用，所以并不会带来表面损伤和工艺兼容性问题；

6）对腐蚀金属锗后的栅结构进行介质钝化；再经过介质开孔，电容上电极制备等，完成ganhemt器件的制备。