基于电子束曝光的T型栅制备方法

本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种基于电子束曝光的t型栅制备方法。

背景技术：

1、高电子迁移率晶体管(hemt)、异质结场效应晶体管(hfet)具有高二维电子气浓度、高迁移率等特点，是微波、毫米波及太赫兹功率放大器的核心器件。随着信息技术的发展，越来越多的高频应用场景对hemt(包括hfet，下同)的频率特性提出了新的要求。体现hemt频率特性的指标—截止频率ft，就显得愈发重要了。栅长越小，器件的截止频率ft越高，一般通过减小hemt的栅极长度来获得更好的频率特性。但是栅极长度缩短会导致hemt的栅极寄生电阻rg增大，影响器件性能。因此，栅电极常被做成下部接触半导体表面的栅足很窄、上部的栅帽很宽的t型栅(包括但不限于γ型栅、τ型栅、y型栅、蘑菇型栅，下同)，在减小栅源和栅漏寄生电容的同时，栅极寄生电阻不至于严重恶化。

2、通常，hemt的t型栅有以下几种技术路线。一、多层胶的技术路线，利用不同光刻胶的曝光敏感度不同制备t型栅。可获得栅帽下方非栅足部分为浮空的t型栅，最小化栅帽引入的寄生电容。但多层胶不可避免的存在胶厚度大、界面多的问题，曝光时粒子散射严重，栅长难以做小，工艺重复性差。二、介质支撑栅的技术路线，先在表面沉积一层sixny(包括但不限于sio2、al2o3，下同)作为钝化支撑层，利用光刻开孔并刻蚀sixny形成栅足掩模，二次光刻制备栅帽，通过金属沉积并剥离实现t型栅的制备。但是这种方法会导致栅帽下方非栅足部分充满sixny介质，栅帽到沟道的寄生电容增大，产生较大的栅源和栅漏寄生电容，对hemt的频率特性带来不利影响。三、介质释放栅的技术路线，需要多次钝化、低损伤刻蚀等工艺，对于自对准方法还需要引入化学机械抛光(cmp)工艺，使得工艺步骤十分复杂。最重要的是在介质释放时难以做到像去除光刻胶掩模一样温和，对t型栅有一定的损伤。

3、为解决以上问题，提出了一种t型栅制作方法，既可避免引入sixny等介质支撑层，又可对精细程度要求较高的栅足进行单独制备。

技术实现思路

1、基于此，本发明提出了一种基于电子束曝光的高电子迁移率的晶体管t型栅制备方法，可避免引入sixny等介质支撑层，又可对精细程度要求较高的栅足进行单独制备。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种基于电子束曝光的t型栅制备方法，包括：

3、通过在上述基底上覆盖敏感度不同的两层光刻胶，曝光并显影，得到栅足光刻掩模结构；

4、在具有上述栅足光刻掩模结构的基底上沉积金属；

5、剥离由两层光刻胶形成的栅足光刻掩模结构，获得附着于上述基底上的栅足金属结构；

6、在具有上述栅足的上述基底上旋涂三层光刻胶；通过第二上层光刻胶和中层光刻胶形成栅帽光刻掩模结构，通过第二下层光刻胶形成栅帽支撑层；

7、在具有上述栅帽光刻掩模结构和栅帽支撑层的上述基底上沉积金属，获得栅帽；

8、剥离上述栅帽金属结构，获得附着于上述基底上的完整t型栅。

9、根据本发明的实施例，上述基底材料为异质外延结构，上述异质外延结构通过(al)(in)(sc)gan系材料以及(al)(in)(p)gaas系材料的一种或多种组合形成。

10、根据本发明的实施例，上述异质外延结构表面有硅化物形成的原位钝化帽层，上述原位钝化帽层的厚度包括2nm～200nm。

11、根据本发明的实施例，上述两层光刻胶包括：第一上层光刻胶以及第一下层光刻胶，上述第一上层光刻胶的光刻灵敏度低于上述第一下层光刻胶。

12、根据本发明的实施例，上述栅足的高度为50nm～500nm。

13、根据本发明的实施例，上述栅足的高度大于上述栅帽支撑层的厚度。

14、根据本发明的实施例，沉积上述栅足或上述栅帽的上述金属包括ni、ti、pt、au的一种或多种金属组合。

15、根据本发明的实施例，上述中层光刻胶、第二上层光刻胶以及上述第二下层光刻胶的光刻灵敏度依次降低。

16、根据本发明的实施例，在上述栅足金属结构和栅帽金属结构的剥离过程中，采用的剥离溶液包括丙酮、乙醇或去膜剂的一种或多种组合的剥离溶液，剥离温度范围20℃～95℃。

17、根据本发明的实施例，还包括基底前处理步骤，去除上述基底表面的污染物。

18、从上述技术方案可以看出，本发明提供的基于电子束曝光的t型栅制备方法具有以下有益效果：

19、1、与多层胶同时曝光栅足和栅帽的方式相比，多层胶技术路线中栅帽和栅足同时曝光存在互相影响的问题，本发明提出优先制备栅足，避免了栅帽曝光对栅足尺寸的影响，可以相对容易且可靠的获得短栅长的栅足。

20、2、与介质支撑栅的技术路线相比，本发明避免了工艺中引入sixny硬掩模，解决了栅帽下sixny层导致寄生电容变大，器件性能下降的问题。

21、3、与介质释放栅(包括自对准)的技术路线相比，本发明提出采用光刻胶掩模替代sixny硬掩模作为栅帽支撑层，工艺步骤简化。在栅下介质释放时，光刻胶掩模可以更加温和、低损伤的释放t型栅。

技术特征：

1.一种基于电子束曝光的t型栅制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，所述基底材料为异质外延结构，所述异质外延结构通过(al)(in)(sc)gan系材料以及(al)(in)(p)gaas系材料的一种或多种组合形成。

3.根据权利要求2所述的方法，所述异质外延结构表面有硅化物形成的原位钝化帽层，所述原位钝化帽层的厚度包括2nm～200nm。

4.根据权利要求1所述的方法，所述两层光刻胶包括：第一上层光刻胶以及第一下层光刻胶，所述第一上层光刻胶的光刻灵敏度低于所述第一下层光刻胶。

5.根据权利要求1所述的方法，所述栅足的高度为50nm～500nm。

6.根据权利要求1所述的方法，所述栅足的高度大于所述栅帽支撑层的厚度。

7.根据权利要求1所述的方法，沉积所述栅足或所述栅帽的所述金属包括ni、ti、pt、au的一种或多种金属组合。

8.根据权利要求1所述的方法，所述第二中层光刻胶、所述第二上层光刻胶以及所述第二下层光刻胶的光刻灵敏度依次降低。

9.根据权利要求1所述的方法，在所述栅足金属结构和所述栅帽金属结构的剥离过程中，采用的剥离溶液包括丙酮、乙醇或去膜剂的一种或多种组合的剥离溶液，剥离温度范围20℃～95℃。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括基底前处理步骤，去除所述基底表面的污染物。

技术总结
本发明公开了一种基于电子束曝光的T型栅制备方法，包括：通过在基底上覆盖敏感度不同的两层光刻胶，曝光并显影，得到栅足光刻掩模结构；在具有栅足光刻掩模结构的基底上沉积金属；剥离由两层光刻胶掩模形成的栅足金属结构，获得附着于基底上的栅足；在具有栅足的基底上旋涂三层光刻胶；通过第二上层光刻胶和中层光刻胶形成用于形成栅帽的栅帽光刻掩模结构，通过第二下层光刻胶形成栅帽支撑层；在具有栅帽光刻掩模和栅帽支撑层掩模的的基底上沉积金属，获得栅帽金属结构；剥离栅帽金属结构，获得附着于基底上的完整T型栅。本发明减少了过程损伤，避免了制备T栅时足帽剂量互相影响的问题，有利于制备更短栅长的T型栅。

技术研发人员：张韵,何亚伟,程哲,张连
受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16