一种电子束曝光单层光刻胶制作y型栅的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子元器件技术领域，具体涉及一种Y型栅的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着大规模集成电路的特征尺寸进入纳米级，目前微电子工艺向着纳米尺度发展，如何制作出好的纳米结构成为纳米阶段的一个主要问题。这就对微纳加工工艺提出了更高的要求。
[0003]电子束光刻如今成为纳米电子器件制作的一个主要工艺手段，是目前国际上公认的高分辨率图像制作技术，已经广泛的在实验室应用。随着场效应晶体管的工作频率增加，器件的截止频率也要求随之增加。
[0004]HEMT高电子迀移率晶体管采用异质结将电子提供层和电子输运的沟道层实现了空间上的分离，消除掺杂沟道中离化施主杂质对电子的散射，使沟道中电子迀移率很高，因此器件的跨导大，截止频率高，噪声低，开关速度快，能成功应用于微波低噪声放大领域。HEMT器件的高频性能直接与器件的加工工艺紧密相关，尤其栅线条的制作对器件截止频率起决定性作用。HEMT器件工作频率提高的最有效的方法就是不断缩小器件栅长。
[0005]为解决这个问题，一种具有大截面面积而底部长度却很小的Y型栅结构被成功的应用到高电子迀移率晶体管的栅极制作中。采用Y型栅结构，栅脚的尺寸较窄，起着控制沟道载流子的作用，器件的频率特性好，并且可以有效地减少由于栅寄生电阻而引起的晶体管噪声，使其电流增益截止频率落在微波/毫米波波段。Y型栅的栅脚越小，器件的高频性能越好。因此Y形栅脚宽往往成为了衡量这个加工技术的水平和器件高频能力的参数。
[0006]在Y型栅的制备工艺上，常用的方法是:采用电子束多直写多层光刻胶工艺或者多次曝光多层光刻胶的方法，利用电子束光刻胶的灵敏度差的特性形成Y型栅。
[0007]常用的多层光刻胶包括:PMMA/PMMA-MAA/PMMA三明治结构；ZEP/PMGI/ZEP多层胶结构，利用PMMA，ZEP的高分辨率的特性制作较细的栅脚和较宽的栅头。
[0008]但是，采用多层胶制备Y型栅的工艺存在以下缺点:
1、多层光刻胶采用多次曝光，通过不同层光刻胶的灵敏度不同，控制显影时间，达到形成Y型形貌的目的，易于金属剥离。但此方法存在各层显影干扰，对显影工艺要求很高，需要严格控制各层的显影时间，才能得到Y型形貌；
2、多层胶在工艺中比较复杂，需要增加工艺步骤，降低工艺效率。
【发明内容】
[0009]本发明的目的在于提出一种能够有效降低Y型栅的尺寸、提高Y型栅的制作效率和成品率以及一致性的Y型栅的制备方法。
[0010]本发明提出的Y型栅的制备方法，采用电子束光刻曝光单层胶的工艺，具体步骤为:
步骤1、清洗基片，烘干； 步骤2、在基片上旋涂液态HMDS作为粘附层，用于有效粘结光刻胶和基片；
步骤3、旋涂ZEP520A光刻胶，烘胶；
步骤4、电子束光刻，对ZEP520A光刻胶进行3D曝光；
步骤5、对曝光后的ZEP520A光刻胶用显影液显影，定影，吹干，得到Y型图形；
步骤6、对得到的Y型形貌的样品进行Cr/Au金属蒸发；
步骤7、对蒸发好金属的样品进行丙酮剥离，去除残留的电子束光刻胶和金属，留下Y型栅。
[0011]上述方案中，所述基片清洗采用微电子标准清洗工艺，即RCA清洗工艺。
[0012]上述方案中，所述液态HMDS是六甲基二娃胺，分析纯；旋涂转速为2-8krmp。
[0013]上述方案中，所述烘胶使用的是烘箱，烘箱的温度为170~190°C，烘胶时间20~30min。
[0014]上述方案中，所述显影液是O-xylene，为邻二甲苯，分析纯；显影时间为50~120s ；定影所用定影液为去离子水，定影时间为30~40s ;吹干使用的是高纯氮气吹干。
[0015]上述方案中，所述金属为用热蒸发台蒸发的Cr和Au金属。其中Cr厚度为5~15nm,作为Au与衬底之间的粘附层，Au厚度为400~500nm。
[0016]本发明有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明提供的这种电子束直写单层胶制作Y型栅的方法主要有以下四方面的优点:
1.采用单层胶，简化了涂胶工艺，避免了不同光刻胶之间的互相影响；
2.在版图设计上更加的方便，在显影工艺中简化了多层胶中不同的显影液使用，只需要一种显影液即可，实验误差和随机性大大降低；
3.采用单层胶工艺不仅能够有效的降低Y型栅的尺寸，提高Y型栅制作的效率，还能提尚Y型棚的成品率以及一致性；
4.与传统的多层胶工艺相比，本发明能够显著降低光刻胶成本，降低工艺的操作难度，降低工艺的随机性。
【附图说明】
[0017]图1为本发明的Y型栅的制备方法流程图。
[0018]图2为本发明的Y型栅的制备方法在器件表面形成电子束光刻胶层后的截面示意图。
[0019]图3为本发明的Y型栅的制备方法在电子束曝光光刻胶形成Y型形貌的截面示意图。
[0020]图4为本发明的Y型栅的制备方法在显影后电子束光刻胶层形成Y型形貌的截面示意图。
[0021]图5为本发明的Y型栅的制备方法在形成栅金属层后的截面示意图。
[0022]图6为本发明的Y型栅的制备方法在做完剥离工艺后的Y型金属栅的截面示意图。
[0023]图7和图8为本发明的Y型栅的制备方法的Y型形貌SEM图，脚部尺寸分别为90nm 和 75nm。
[0024]图9为本发明的Y型栅的制备方法的Y型金属栅SEM图，脚部尺寸分别为lOOnm。
【具体实施方式】
[0025]为使本发明的目的、技术方案和优点更加的清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0026]本发明是在器件衬底上制作纳米Y型栅结构作为栅极，使用单层PMMA电子束光刻胶曝光形成Y型形貌，用热蒸发蒸发栅金属并且剥离得到Y型金属栅，与传统的多层光刻胶工艺有相同的效果，而且能够大幅度降低成本，缩短工艺周期，简化工艺步骤。
[0027]图2-6是本发明提供的电子束曝光单层光刻胶制作Y型栅的方法流程图，该方法包括:
步骤1:如图2所示，在器件衬底外延层上旋涂电子束光刻胶；其中，电子束光刻胶可以是ZEP520A，ZEP520A层的厚度可以为500~600nm ;用170~190度烘箱烘胶20~30min ；
步骤2:如图3所示，用JE0L6300FS电子束光刻机器，按照设计的版图和设计的电子束曝光剂量对ZEP520A光刻胶进行曝光；
步骤3:如图4所示，对曝光后的ZEP520A光刻胶用O-xylene进行显影50~120s，用去离子水进行定影30s，氮气吹干，得到设计的Y型图形；
步骤4:如图5所示，对得到的Y型光刻图形进行Cr/Au金属蒸发，蒸发Cr厚度为5~15nm，蒸发金的厚度为400nm~500nm，得到蒸发好金属的样品；
步骤5:如图6所示，用蒸发好金属的样品进行丙酮浸泡剥离工艺，得到Y型金属栅结构。
[0028]图7和图8为本发明的Y型栅的制备方法的Y型形貌SEM图，脚部尺寸分别为90nm 和 75nm。
[0029]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种电子束曝光单层光刻胶制备Y型栅的方法，其特征在于具体步骤为: 步骤1、清洗基片，烘干； 步骤2、在基片上旋涂液态HMDS作为粘附层，用于有效粘结光刻胶和基片； 步骤3、旋涂ZEP520A光刻胶，烘胶； 步骤4、电子束光刻，对ZEP520A光刻胶进行3D曝光； 步骤5、对曝光后的ZEP520A光刻胶用显影液显影，定影，吹干，得到Y型图形； 步骤6、对得到的Y型形貌的样品进行Cr/Au金属蒸发； 步骤7、对蒸发好金属的样品进行丙酮剥离，去除残留的电子束光刻胶和金属，留下Y型栅。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤3中所述液态HMDS是六甲基二硅胺，分析纯；旋涂转速为4~6krmp。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤3中所述烘胶使用的是烘箱，烘箱的温度为170~190°C，烘胶时间20~30min。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤5中所述显影液是O-xylene，为邻二甲苯，分析纯；显影时间为50~120s ;定影所用定影液为去离子水，定影时间为30~40 s ;吹干使用高纯氮气吹干。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤6中所述进行Cr/Au金属蒸发为用热蒸发台蒸发的Cr和Au金属，其中Cr厚度为5~15nm,作为Au与衬底之间的粘附层，Au厚度为 400~500nm。
【专利摘要】本发明属于微电子元器件技术领域，具体为一种单层电子束光刻胶制备Y型栅的方法。该方法包括在器件衬底外延层表面旋涂电子束光刻胶，用电子束曝光出三维Y型结构，蒸发金属形成Y栅金属层，将残留的电子束光刻胶剥离四个步骤，从而利用电子束套刻在器件源漏之间形成Y型栅。本发明方法不仅能够有效降低Y型栅的尺寸提高Y型栅制作的效率，还能提高Y型栅的成品率以及一致性，在制作高电子迁移率晶体管的工艺中具有重要意义。
【IPC分类】H01L21-28
【公开号】CN104538292
【申请号】CN201410722269
【发明人】邵金海, 陈宜方, 陆冰睿
【申请人】复旦大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月3日