一种可靠性高的T形栅制造方法、T形栅和高电子迁移率晶体管与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种可靠性高的t形栅制造方法、t形栅和高电子迁移率晶体管。

背景技术：

在mmics中的hemt器件，最高工作频率fmax是增益减小到1的频率，其主要由栅极长度、跨导以及管芯寄生参数(如栅电阻rg、电容c)决定。常用毫米波段至ka波段的mmic、所需的hemt栅极长度为0.15μm至0.25μm，该长度会导致截面严重缩小，从而导致栅电阻rg快速增大，栅电阻rg的快速增大严重限制了该晶体管的最高工作频率fmax，并且影响了栅极在高输出功率、高漏电流下的可靠性。为确保hemt器件的高工作频率和高可靠性，通常采用栅长短、截面大、电阻低的t形栅。

目前，在制作0.15μm至0.25μm的t形栅传统技术中，热变形步骤采用将半导体基板放在热板上加热的方式。此时热量从底部传往顶部，造成第一层腔体中光刻胶以及热变形试剂上下受热不均匀，在底部塌陷严重，从而在第一层腔体底部形成一层向内塌陷的薄层。该薄层在关键尺寸测量时无法被区分，且该薄层很容易在之后的半导体基板酸蚀刻过程中被清除，所以实际生长出来的t形栅的关键尺寸比观测到的大，且该过程无法稳定控制，进而t形栅的关键尺寸的偏离，造成半导体基板中t形栅的均匀性下降。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可靠性高的的t形栅制造方法、t形栅和高电子迁移率晶体管，解决了传统制作0.15μm至0.25μm的t形栅的热变形步骤中存在的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种可靠性高的t形栅制造方法，所述制造方法包括以下内容：

热变形步骤：采用烤箱烘烤的方式对扩散微缩层和第一层根部腔体图形进行均匀加热，形成隔离层和具有圆弧边角的第一层根部腔体；

或者在通过热板加热后通过烤箱均匀加热的方式对具有圆弧边角的第一层根部腔体图形的形貌进行修正，避免薄层的形成。

当采用烤箱加热的方式对扩散微缩层和第一层根部腔体图形进行均匀加热时，在进行所述热变形步骤之前还需要依次进行以下步骤：

形成第一层根部腔体步骤：在半导体衬底上涂布第一层光刻胶，并对第一层光刻胶进行烘烤、i-line光刻、显影和清洗形成具有垂直面的第一层根部腔体；

形成扩散微缩层：涂布一层水溶性微缩层并对微缩层进行扩散烘烤，以仅在垂直面表面形成扩散微缩层，并通过水洗的方式去除光酸未扩散的微缩层材料。

当采用烤箱加热的方式对第一层根部腔体图形进行均匀加热时，在进行所述热变形步骤之后还需要依次进行以下步骤：

形成上层头部腔体：在第一层根部腔体表面涂布第二层光刻胶，并对第二层光刻胶进行烘烤、i-line光刻、显影和清洗形成上层头部腔体；

t形栅的制备：酸刻蚀半导体衬底到栅极金属层生长的根部起点，沉积栅极金属并剥离，去除第一层根部腔体、隔离层和上层头部腔体，形成t形栅。

当通过热板加热后通过烤箱均匀加热的方式对扩散微缩层和具有圆弧边角的第一层根部腔体图形进行修正时，在进行所述热变形步骤之前还需要依次进行以下步骤：

形成第一层根部腔体步骤：在半导体衬底上涂布第一层光刻胶，并对第一层光刻胶进行烘烤、i-line光刻、显影和清洗形成具有垂直面的第一层根部腔体；

形成扩散微缩层：涂布一层水溶性微缩层并对微缩层进行扩散烘烤，以仅在垂直面表面形成扩散微缩层，并通过水洗的方式去除光酸未扩散的微缩层材料；

形成具有圆弧边角的第一层根部腔体步骤：通过热板对第一层光刻胶进行烘烤加热，在第一层光刻胶形成具有圆弧边角的第一层根部腔体。

当通过热板加热后通过烤箱均匀加热的方式对具有圆弧边角的第一层根部腔体图形进行修正时，在进行所述热变形步骤之后还需要依次进行以下步骤：

形成隔离层：通过低功率离子轰击以形成表面聚合物隔离层；

形成上层头部腔体：在第一层根部腔体表面涂布第二层光刻胶，并对第二层光刻胶进行烘烤、i-line光刻、显影和清洗形成上层头部腔体；

t形栅的制备：酸刻蚀半导体衬底到栅极金属层生长的根部起点，沉积栅极金属并剥离，去除第一层根部腔体、隔离层和上层头部腔体，形成t形栅。

对所述水溶性微缩层烘烤形成隔离层时的烤箱烘烤温度高于所述扩散微缩层和第一层根部腔体烘烤时的烤箱烘烤温度。

在所述垂直表面形成的扩散微缩层厚度为50～100nm；所述具有圆弧边角的第一层根部腔体的宽度为0.12～0.22μm。

所述清洗形成具有垂直面的第一层根部腔体的图形宽度为0.35～0.55μm；所述上层头部腔体的顶部宽度为0.8～1.3μm；上层头部腔体的底部宽度x小于隔离层顶部宽度y；所述t形栅的底部宽度为0.15～0.25μm。

一种可靠性高的t形栅，采用所述制造方法制成。

一种高电子迁移率晶体管，包括所述的t形栅。

本发明的有益效果是：一种可靠性高的t形栅制造方法、t形栅和高电子迁移率晶体管具有以下优点：

1、通采用烤箱对第一层根部腔体进行均匀加热，或者经过热板加热后再通过烤箱对图形进行修正，进而消除因热板加热向上传热导致第一层根部腔体图形上下受热不均匀形成的向内塌陷薄层，实现可靠性高的第一层根部腔体图形的形成，避免在酸刻蚀中薄层被去除而导致特征尺寸扩大的问题，制备得到的t形栅的均匀性也因此进一步得到提高；

2、在本发明的制作过程中对水溶性微缩层进行扩散烘烤，得到以仅在垂直面表面形成扩散微缩层，从而使得烘烤变形后的扩散微缩层进存在与第一层根部腔体的一部分，从而隔离第一层根部腔体和上层光胶的直接接触实现隔离作用；

3、通过先形成扩散微缩层再形成具有圆弧边角的第一层根部腔体，可以使得侧壁生长的扩散微缩层均匀性好。

附图说明

图1为采用烘烤微缩层形成隔离层的方法流程图；

图2为采用烘烤微缩层形成隔离层的各步骤器件结构示意图；

图3为采用低功率离子轰击实现隔离的方法流程图；

图4为采用低功率离子轰击实现隔离的各步骤器件结构示意图；

图5为本发明形成的器件结构示意图；

图6为第一层根部腔体有无向内塌陷薄层的结构示意对比图；

图7为只采用热板加热、只采用烤箱加热和先采用热板再采用烤箱修正图形得到的第一层根部腔体结构示意对比图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例1

如图1所示，一种可靠性高的t形栅制造方法，所述制造方法包括以下内容：

s1、形成第一层根部腔体步骤：在半导体衬底上涂布第一层光刻胶，并对第一层光刻胶进行烘烤、i-line光刻、显影和清洗形成具有垂直面的第一层根部腔体；

进一步地，如图2(a)和(b)所示，其中i-line光刻胶厚度为第一层根部腔体的图像宽度为0.35～0.55μm。

s2、形成扩散微缩层：涂布一层水溶性微缩层并对微缩层进行扩散烘烤，以仅在垂直面表面形成扩散微缩层，并通过水洗的方式去除光酸未扩散的微缩层材料；

进一步地，如图2(c)和(d)所示，其中扩散微缩层的厚度为50～100μm。

s3、热变形步骤：包括形成隔离层和形成具有圆弧边角的第一层根部腔体；其中，采用烤箱烘烤的方式对第一层根部腔体图形进行均匀加热，形成具有圆弧边角的第一层根部腔体；

进一步地，形成隔离层：通过烤箱烘烤加热控制微缩层形状的成型，使微缩层形成隔离层；

进一步地，采用烤箱烘烤微缩层控制微缩层形状的成型形成隔离层的具体内容为：

通过先形成扩散微缩层然后再形成具有圆弧边角的第一层根部腔体，能够使得侧壁生长的扩散微缩层均匀性好；如果先形成具有圆弧边角的第一层根部腔体然后再形成扩散微缩层，则会因为圆弧弧度的存在，造成扩散微缩层生长不均匀，从而影响扩散微缩层的腔体形貌，而且也会额外增加一道全曝光的工艺，而且其可控性和工艺开发难度也会增大很多。

因为行程扩散微缩层的形成温度较具有圆弧边角的第一层根部腔体的形成温度低，如果先具有圆弧边角的第一层根部腔体那么高温会蒸发光刻胶的溶剂，使得原本想中间塌陷的腔体因为溶剂的减少，体积变小的原因往两边收缩，这样一边塌陷一边收缩，将会很难去控制；所以先形成扩散微缩层的主要原因是，盖在上面的扩散微缩层可以阻挡腔体那部分的溶剂蒸发，从而保证温度的稳定性。

通过图2(c)所示的水溶性微缩材料与侧壁反应形成(d)所示的微缩层；通过烤箱烘烤加热后，(d)所示腔体的图形产生塌缩，形成(e)所示带有一定弧度的腔体图形；在这过程中控制好微缩层的厚度，使得(f)中微缩层顶部的宽度y大于上层头部腔体的底部宽度x，就可以使微缩层隔离在第一层光刻胶和第二层光刻胶之间，避免了两层光刻胶彼此的直接接触，从而保护了第一层根部腔体图形受到第二层光刻胶的影响。

进一步地，通过利用扩散微缩层形成隔离层，不但可以节省制造t形栅的工艺步骤，提高生产效率；还可以避免因离子轰击对半导体衬底造成的损伤。

或者在通过热板加热后通过烤箱均匀加热的方式对具有圆弧边角的第一层根部腔体图形的形貌进行修正，避免薄层的形成；

进一步地，如图2(e)所示，其中具有圆弧边角的第一层根部腔体的宽度为0.12～0.22μm。

s4、形成上层头部腔体：在第一层根部腔体表面涂布第二层光刻胶，并对第二层光刻胶进行烘烤、i-line光刻、显影和清洗形成上层头部腔体；

进一步地，如图2(f)所示，上层头部腔体的顶部宽度为0.8～1.3μm，上层头部腔体的底部宽度x小于隔离层顶部宽度y，以使得腔体图形被完全覆盖，起到保护作用。

s5、t形栅的制备：如图2(g)和(h)所示，离子去胶，去除底部残留，酸刻蚀半导体衬底到栅极金属层生长的根部起点，沉积栅极金属并剥离，去除第一层根部腔体、隔离层和上层头部腔体，形成如图2(i)和图5所示的底部宽度为0.15～0.25μm的t形栅。

实施例2

如图3所示，一种可靠性高的t形栅制造方法，所述制造方法包括以下内容：

s1、形成第一层根部腔体步骤：在半导体衬底上涂布第一层光刻胶，并对第一层光刻胶进行烘烤、i-line光刻、显影和清洗形成具有垂直面的第一层根部腔体；

进一步地，如图4(a)和(b)所示，其中i-line光刻胶厚度为第一层根部腔体的图像宽度为0.35～0.55μm。

s2、形成扩散微缩层：涂布一层水溶性微缩层并对微缩层进行扩散烘烤，以仅在垂直面表面形成扩散微缩层，并通过水洗的方式去除光酸未扩散的微缩层材料；

进一步地，如图4(c)和(d)所示，其中扩散微缩层的厚度为50～100μm；因此需要形貌和特征尺寸都达到要求的金属栅，因此选择扩散我微缩层的厚度为50～100μm能够同时满足这两个要求。

s3、形成具有圆弧边角的第一层根部腔体步骤：通过热板对第一层光刻胶进行烘烤加热，在第一层光刻胶形成具有圆弧边角的第一层根部腔体。

s4、热变形步骤：采用烤箱烘烤的方式对第一层根部腔体图形进行均匀加热，形成具有圆弧边角的第一层根部腔体；

或者在通过热板加热后通过烤箱均匀加热的方式对具有圆弧边角的第一层根部腔体图形的形貌进行修正，避免薄层的形成；

进一步地，如图4(e)所示，其中具有圆弧边角的第一层根部腔体的宽度为0.12～0.22μm。

s5、形成隔离层：如图4(f)所示通过低功率离子轰击以形成表面聚合物隔离层；

s6、形成上层头部腔体：如图4(g)所示，在第一层根部腔体表面涂布第二层光刻胶，并对第二层光刻胶进行烘烤、i-line光刻、显影和清洗形成上层头部腔体；

s7、t形栅的制备：如图4(h)所示，离子去胶，去除底部残留，酸刻蚀半导体衬底到栅极金属层生长的根部起点，沉积栅极金属并剥离，去除第一层根部腔体、隔离层和上层头部腔体，形成如图4(j)和图5所示的底部宽度为0.15～0.25μm的t形栅。

对所述水溶性微缩层烘烤形成扩散微缩层时的烤箱烘烤温度高于所述扩散微缩层和第一层根部腔体烘烤时的烤箱烘烤温度。

进一步地，因为在通过烤箱烘烤水溶性微缩层形成扩散微缩层时所需要的温度跟通过烤箱烘烤第一层根部腔体形成具有圆弧边角且无向内塌陷薄层的第一根部腔体时所需要的温度不同，具体的前者需要的温度为120～130摄氏度高于后者所需要的温度为90～105摄氏度；因此在通过烤箱对扩散微缩层和第一层根部腔体进行烘烤时的温度达不到通过烤箱对水溶性微缩层烘烤形成扩散微缩层时需要的温度临界值120摄氏度，所以，对先对水溶性微缩层进行烘烤时第一层光刻胶是不会产生变形的。

如图6和图7所示，本发明通采用烤箱对第一层根部腔体进行均匀加热，或者经过热板加热后再通过烤箱对图形进行修正，进而消除因热板加热向上传热导致第一层根部腔体图形上下受热不均匀形成的向内塌陷薄层，实现可靠性高的第一层根部腔体图形的形成，避免在酸刻蚀中薄层被去除而导致特征尺寸扩大的问题，制备得到的t形栅的均匀性也因此进一步得到提高。

本申请的又一实施例提供一种可靠性高的t形栅，采用上述任意实施例制造方法制成。

本申请的又一实施例提供一种高电子迁移率晶体管，包括上述的t形栅。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。