一种T型栅及其制备方法、HEMT器件与流程

一种t型栅及其制备方法、hemt器件
技术领域
1.本技术涉及半导体器件技术领域，具体而言，涉及一种t型栅及其制备方法、hemt器件。


背景技术：

2.在砷化镓/氮化镓射频毫米波单片集成电路上，栅长是影响微波器件性能的一个重要参数，栅长越短，工作频率也就越高，由于器件的高频增益除了受栅长影响之外，受栅寄生参量栅电阻rg和栅电容cgs的影响也很大。减小栅长，可以使栅电容cgs降低，但要保证栅电阻rg不能降低，为解决rg和cgs的矛盾，采用t型栅是目前最有效工艺途径。
3.受限于现有i-line光刻的工艺宽度，目前t型栅通常采用电子束曝光机或者深紫外曝光机制作，但是，电子束曝光机和深紫外曝光机的价格较高且制备效率较低。示例的，电子束曝光机工艺制作t形栅的方法有两种：一种是半导体基板上使用两层e-beam复合胶，也就是下层根部腔体和上层头部腔体两层图形都由电子束曝光机完成。此方法中电子束曝光机需要完成三次光刻来制造t形栅，下层一次，上层两次(上层图形在下层图形的两边，一边光刻一次)，相较于i-line曝光机，电子束曝光机光刻时间长，且电子束曝光机十分昂贵，所以该方法效率低成本高。另一种方法是：下层是e-beam胶，上层duv胶，也就是上层头部腔体图形交给i-line光刻机工艺完成，电子束曝光机工艺只需要做下层根部一层的腔体图形。该方法中依旧需要使用电子束曝光机工艺，使得t型栅的制备时间较长，成本较高。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种t型栅及其制备方法、hemt器件，能够缩短t型栅的制备时间，提高器件制备效率，降低成本。
5.本技术的实施例一方面提供了一种t型栅的制备方法，包括提供外延片；在外延片上形成光刻胶体；采用等离子刻蚀工艺刻蚀光刻胶体以形成缩小光刻胶体；在设置有缩小光刻胶体的外延片上形成介质层，介质层环绕缩小光刻胶体；在介质层上形成第一光刻胶层，第一光刻胶层对应缩小光刻胶体处形成第一腔体，第一腔体在外延片上的投影覆盖缩小光刻胶体在外延片上的投影，且第一腔体穿透第一光刻胶层；剥离缩小光刻胶体以使介质层围合形成第二腔体；在第一光刻胶层上沉积金属材料以使金属材料填充第一腔体和第二腔体；去除第一光刻胶层以在外延片上形成t型栅。
6.作为一种可实施的方式，在设置有缩小光刻胶体的外延片上形成介质层，介质层环绕缩小光刻胶体包括：在设置有缩小光刻胶体的外延片上低温生长介质材料形成介质层，介质层的厚度在200-2000a之间；对介质层的上表面平坦化处理。
7.作为一种可实施的方式，低温生长的温度在50-150℃之间。
8.作为一种可实施的方式，在介质层上形成第一光刻胶层，第一光刻胶层对应缩小光刻胶体处形成第一腔体，第一腔体在外延片上的投影覆盖缩小光刻胶体在外延片上的投影，且第一腔体穿透第一光刻胶层包括：在介质层上涂覆光刻胶；采用掩膜版刻蚀对应缩小
光刻胶体的位置，形成第一腔体。
9.作为一种可实施的方式，在外延片上形成光刻胶体包括：在外延片上涂覆光刻胶材料形成第二光刻胶层；采用掩膜版覆盖第二光刻胶层并光刻形成光刻胶体。
10.作为一种可实施的方式，采用掩膜版覆盖第二光刻胶层并光刻形成光刻胶体时，光刻胶体呈圆台结构，且圆台结构的面积较小的底面与外延片接触。
11.作为一种可实施的方式，采用掩膜版覆盖第二光刻胶层并光刻形成光刻胶体的最小线宽在0.23-0.27μm之间。
12.作为一种可实施的方式，刻蚀光刻胶体以形成缩小光刻胶体的最小线宽在0.1-0.11μm之间。
13.本技术的实施例另一方面提供了一种t型栅，采用上述t型栅的制备方法在外延片上制备而成，t型栅包括栅足以及与栅足连接的栅帽，栅足远离栅帽的一端与外延片连接。
14.本技术的实施例再一方面提供了一种hemt器件，包括外延片，以及设置于外延片同一表面上的源极、漏极和上述t型栅，t型栅位于漏极和源极之间。
15.本技术实施例的有益效果包括：
16.本技术提供的t型栅的制备方法，包括提供外延片；在外延片上形成光刻胶体,光刻胶体采用i-line光源光刻形成；采用等离子体刻蚀工艺刻蚀光刻胶体以形成缩小光刻胶体；在设置有缩小光刻胶体的外延片上形成介质层，介质层环绕缩小光刻胶体；在介质层上形成第一光刻胶层，并刻蚀形成第一腔体，第一光刻胶层采用i-line光源光刻形成第一腔体，第一腔体在外延片上的投影覆盖缩小光刻胶体在外延片上的投影，其中第一腔体内用于填充金属材料形成栅帽；剥离缩小光刻胶体以使介质层围合形成第二腔体，第二腔体内用于填充金属材料形成栅足；在第一光刻胶层上沉积金属材料以使金属材料填充第一腔体和第二腔体，形成连接的栅足和栅帽；去除第一光刻胶层以在外延片上形成t型栅。本技术提供的t型上的制备方法，采用i-line光源光刻工艺和等离子体刻蚀工艺形成缩小光刻胶体，从而实现线宽较小的栅足，避免了现有技术中采用电子束扫描光机工艺刻蚀使用时间较长的缺点，从而缩短t型栅的制备时间，提高器件制备效率。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
18.图1为本技术实施例提供的一种t型栅的制备方法流程图；
19.图2为本技术实施例提供的一种t型栅制备的状态图之一；
20.图3为本技术实施例提供的一种t型栅制备的状态图之二；
21.图4为本技术实施例提供的一种t型栅制备的状态图之三；
22.图5为本技术实施例提供的一种t型栅制备的状态图之四；
23.图6为本技术实施例提供的一种t型栅制备的状态图之五；
24.图7为本技术实施例提供的一种t型栅制备的状态图之六；
25.图8为本技术实施例提供的一种t型栅制备的状态图之七；
26.图9为本技术实施例提供的一种t型栅制备的状态图之八。
27.图标：110-外延片；120-光刻胶体；121-缩小光刻胶体；130-介质层；140-第一光刻胶层；141-第一腔体；142-第二腔体；150-t型栅；151-栅足；152-栅帽；160-源极；170-漏极。
具体实施方式
28.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
29.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
30.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。
31.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该申请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技术和简化描述，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技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.t型栅能够减小栅长，从而提高器件的频率和增益性能，但是，由于i-line光刻工艺线宽的限制，现有技术中制备t型栅多采用电子束刻蚀工艺进行，因为电子束刻蚀具有高精度，能够完成纳米级工艺，但是电子束扫描曝光的时间较长，且电子束扫描曝光机十分昂贵，不利用大规模t型栅的制备。
33.本技术实施例提供了一种t型栅150的制备方法，如图1所示，包括：
34.s11:如图2所示，提供外延片110；
35.其中，外延片110的结构本技术实施例不做限制，可以理解的是外延片110设于衬底上并与衬底形成器件，在本技术实施例中，外延片110包括但不限于硅片、氮化镓衬底的外延片、碳化硅衬底的外延片；可以是在衬底上形成的砷化镓外延片，也可以是在衬底上形成的氮化镓外延片，具体的，当外延片110作为hemt器件时，可以采用碳化硅作为衬底，采用铝镓氮和氮化镓作为外延片，铝镓氮和氮化镓之间形成的二维电子气沟道作为hemt器件的工作沟道。
36.s12:如图3所示，在外延片110上形成光刻胶体120；
37.在外延片110上形成光刻胶体120之前，为了提高光刻胶体120的附着效果，可以清洗外延片110，以使外延片110的表面清洁无杂物。光刻胶体120采用i-line光刻胶材料形成，在光刻时采用i-line光源的进行刻蚀。
38.s13:如图4所示，采用等离子刻蚀工艺刻蚀光刻胶体120以形成缩小光刻胶体121；
39.等离子体刻蚀采用刻蚀气体在环形耦合线圈的射频输出的作用下形成高密度的
等离子体，等离子体在射频的作用下，高速撞击光刻胶体120，使得光刻胶体120表面的光刻胶材料的化学键被打断，与刻蚀气体生成挥发物质，以气体形式脱离光刻胶体120，从而实现光刻胶体120的缩小。
40.等离子刻蚀具有较高精度的特点，能够实现较小线宽的缩小光刻胶体121，从而实现较小线宽的栅足151。
41.s14:如图5所示，在设置有缩小光刻胶体121的外延片110上形成介质层130，介质层130环绕缩小光刻胶体121；
42.介质层130主要起到两个方面的作用，第一，介质层130覆盖外延片110的表面，可以通过改善外延片110的表面态并阻止电子在表面聚集，来降低或消除电流崩塌；第二，介质层130覆盖外延片110，作为空气与外延片110的隔离层，避免了强电场造成空气电离造成的电流崩塌。
43.介质层130的具体材料本技术不做限制，由上述可知，介质层130材料需采用介电常数较大的材料，示例的，可以是氮化硅或者氮化镓。
44.s15:如图6所示，在介质层130上形成第一光刻胶层140，第一光刻胶层140对应缩小光刻胶体121处形成第一腔体141，第一腔体141在外延片110上的投影覆盖缩小光刻胶体121在外延片110上的投影，第一腔体141穿透第一光刻胶层140；
45.其中，第一腔体141用于沉积金属材料形成栅帽152，栅帽152的线宽较大，使得第一腔体141的线宽较大，第一光刻胶层140采用i-line光刻胶形成，并在对应缩小光刻胶体121处形成第一腔体141，第一腔体141穿透第一光刻胶层140，使得缩小光刻胶体121透过第一腔体141外露。
46.s16:如图7所示，剥离缩小光刻胶体121以使介质层130围合形成第二腔体142；
47.剥离缩小光刻胶体121以使形成第二腔体142，因为缩小光刻胶体121透过第一腔体141外露，当缩小光刻胶体121被剥离形成第二腔体142后，第二腔体142与第一腔体141连通，且第二腔体142的横截面积小于第一腔体141的横截面积。
48.s17:如图8所示，在第一光刻胶层140上沉积金属材料以使金属材料填充第一腔体141和第二腔体142；
49.沉积在第一腔体141内的金属材料构成t型栅150的栅帽152，沉积在第二腔体142内的金属材料构成t型栅150的栅足151。
50.其中，沉积金属材料的具体方式本技术不做具体限制，示例的，可以采用蒸镀方式进行。金属材料的具体材质本技术不做具体限制，可以是金、铜等等金属材料。
51.s18:如图9所示，去除第一光刻胶层140以在外延片110上形成t型栅150。
52.去除第一光刻光层使得栅帽152的侧壁外露，在外沿片上形成t型栅150。需要说明的是，在第一光刻胶层140上沉积金属材料填充第一腔体141和第二腔体142时，金属材料难以避免会沉积在第一光刻胶层140上表面，在去除第一光刻胶层140时会将沉积在第一光刻胶层140上的金属材料一并去除。
53.本技术提供的t型栅150的制备方法，包括提供外延片110；在外延片110上形成光刻胶体120,光刻胶体120采用i-line光源光刻形成；采用等离子体刻蚀工艺刻蚀光刻胶体120以形成缩小光刻胶体121；在设置有缩小光刻胶体121的外延片110上形成介质层130，介质层130环绕缩小光刻胶体121；在介质层130上形成第一光刻胶层140，并刻蚀形成第一腔
体141，第一光刻胶层采用i-line光源光刻形成第一腔体141，第一腔体141在外延片110上的投影覆盖缩小光刻胶体121在外延片110上的投影，其中第一腔体141内用于填充金属材料形成栅帽152；剥离缩小光刻胶体121以使介质层130围合形成第二腔体142，第二腔体142内用于填充金属材料形成栅足151；在第一光刻胶层140上沉积金属材料以使金属材料填充第一腔体141和第二腔体142，形成连接的栅足151和栅帽152；去除第一光刻胶层140以在外延片110上形成t型栅150。本技术提供的t型上的制备方法，采用i-line光源光刻工艺和等离子体刻蚀工艺形成缩小光刻胶体121，从而实现线宽较小的栅足，避免了现有技术中采用电子束扫描光机工艺刻蚀使用时间较长的缺点，从而缩短t型栅150的制备时间，提高器件制备效率。
54.可选的，在设置有缩小光刻胶体121的外延片110上形成介质层130，介质层130环绕缩小光刻胶体121包括：
55.s141:在设置有缩小光刻胶体121的外延片110上低温生长介质材料形成介质层130，介质层130的厚度在200-2000a之间；
56.采用低温生长工艺生长介质材料以形成介质层130，避免了高温生长介质层130时高温对缩小光刻胶体121造成影响，因为缩小光刻胶体121采用i-line光刻胶材料制成，i-line光刻胶材料在高温下性质会发生变化，收缩使得缩小光刻胶体121占据的体积变小，而收缩的比例与温度等条件有关，使得收缩量不可预见，从而影响第二腔体142的体积，使得栅足151的栅宽不确定。本技术采用低温生长介质材料，不会对缩小光刻胶体121产生影响，提高栅宽的一致性。
57.其中，介质层130的与缩小光刻胶体121的接触面积即为介质层130与栅足151的接触面积，因为缩小光刻胶体121占用的空间即为栅足151占用的空间，缩小光刻胶体121、栅足151均与第二腔体142的体积相同，介质层130与栅足151的接触面积即为第二腔体142的外侧面的面积，当介质层130厚度方向的尺寸越小，介质层130与栅足151的接触面积越小，使得栅极的寄生电容越小；本领域技术人员应当知晓，介质层130作为半导体器件与外界隔离层和改善半导体器件材料表面态的层级，必须要一定的厚度才能够阻止电流崩塌，提高半导体器件的功率效应。基于上述两种情况的考虑，本技术的介质层130的厚度设置在200-2000a之间。
58.s142:对介质层130的上表面平坦化处理。
59.低温生长介质层130时，沉积在设置有缩小光刻胶体121的外延片110的上表面的各处的厚度相同，由于缩小光刻胶体121的存在，使得位于缩小光刻胶体121处的介质层130高于位于外延片110上的介质层130的高度，为了给后续沉积的光刻胶材料提供较平的平面，对介质层130的上表面平坦化处理。
60.本技术实施例的一种可实现的方式中,低温生长的温度在50-150℃之间。
61.根据光刻胶材料的变性温度，可以将低温生长的温度设置50-150℃之间。
62.可选的，低温生长采用的工艺包括：物理气相沉积、化学气相沉积以及原子层沉积中的任意一种。
63.物理气相沉积、化学气相沉积以及原子层沉积采用原子、分子或者离子在外延片110上堆积形成介质层130，使得介质层130的原子分布较均匀，组织密度较高，而且均可以在较低的沉积温度下形成。
64.本技术实施例的一种可实现的方式中，在介质层130上形成第一光刻胶层140，第一光刻胶层140对应缩小光刻胶体121处形成第一腔体141，第一腔体141在外延片110上的投影覆盖缩小光刻胶体121在外延片110上的投影，且第一腔体141穿透第一光刻胶层140包括：
65.s151:在介质层130上涂覆光刻胶形成第一光刻胶层140；
66.s152:采用掩膜版刻蚀对应缩小光刻胶体121的位置，形成第一腔体141。
67.可选的，在外延片110上形成光刻胶体120包括：
68.s121：在外延片110上涂覆光刻胶材料形成第二光刻胶层；
69.s122：采用掩膜版覆盖第二光刻胶层并光刻形成光刻胶体120。
70.其中，光刻胶体呈圆台结构，且圆台结构的面积较小的底面与外延片110接触。
71.光刻胶体120呈圆台结构，使得在介质层130上形成的第二腔体142的侧壁与外延片110形成一定的角度，在第二腔体142内填充金属材料形成t型栅的栅足151时，使得栅足151沿着远离外延片的方向，横截面积逐渐增大，从而降低t型栅的栅极电阻，提高hemt器件的频率特性。
72.另外，当光刻胶体120呈圆台结构时，采用等离子刻蚀工艺刻蚀光刻胶体120形成的缩小光刻胶体121也呈圆台结构，在形成有缩小光刻胶体121的外延片上形成介质层130时，介质层130的材料会紧贴缩小光刻胶体121圆台结构的侧壁逐渐沉积，从而提高介质层130与缩小光刻胶体接触的侧壁的表面质量。
73.本技术实施例的一种可实现的方式中，采用掩膜版覆盖第二光刻胶层并光刻形成光刻胶体120的最小线宽在0.23-0.27μm之间。
74.光刻第二光刻胶层形成光刻胶体120，受限于现有技术中i-line光刻胶光刻的限制，使得光刻形成光刻胶体120的最小线宽在0.23-0.27μm之间。示例的，可以是0.25μm。
75.可选的，刻蚀光刻胶体120以形成缩小光刻胶体121的最小线宽在0.1-0.11μm之间。
76.缩小光刻胶体121的宽度即为栅足151的栅宽，当缩小光刻胶体121的宽度在0.1-0.11μm之间时，栅足151的栅宽即为0.1-0.11μm之间。示例的，可以是0.1μm。
77.本技术的t型栅150的制备方法，采用i-line光刻实现了0.1微米的线宽的t型栅150，缩短了制备t型栅150的制备时间，降低了生产成本。
78.本技术实施例还公开了一种t型栅150，如图8所示，采用上述t型栅150的制备方法在外延片110上制备而成，t型栅150包括栅足151以及与栅足151连接的栅帽152，栅足151远离栅帽152的一端与外延片110连接，本技术实施例提供的t型栅150，采用i-line光刻胶，使用i-line光源对i-line光刻胶进行刻蚀，能够大大降低t型栅150的制备时间，提高t型栅150的制备效率。
79.本技术实施例还公开了一种hemt器件，如图9所示，包括外延片110，以及设置于外延片110同一表面上的源极160、漏极170和上述t型栅150，t型栅150位于漏极170和源极160之间。该hemt器件包含与前述实施例中的t型栅150相同的结构和有益效果。t型栅150的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。
80.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。