依靠光刻胶辅助形成y型栅金属介质空洞的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到的是一种有助于提高亚微米、深亚微米栅长二代三代半导体场效应器件的高频性能、噪声性能的依靠光刻胶辅助形成Y型栅金属介质空洞的方法，属于半导体技术领域。
【背景技术】
[0002]对于微波毫米波场效应管，提升其频率特性的主要手段之一是减小器件栅长以减小沟道电子渡越时间；国内外小栅长GaAs、InP HMET/PHEMT器件的开发已经达到小于10nm的水平。对于如此小的栅长，大大增加的栅电阻又成为制约器件性能的重要因素；为了解决小栅长器件栅电阻大的问题，小栅长器件普遍采用T型栅、Y型栅或者蘑菇栅的方案。
[0003]T型栅、Y型栅、蘑菇栅虽然克服了小栅长器件栅电阻大的问题，但仍称不上是一种完美的小栅长栅方案，因为其大尺寸的栅帽引入的寄生电容带来器件频率特性的下降；尤其是对于小栅长器件来说，其本征电容小、寄生电容相对较大，寄生电容成为影响器件频率特性的显著因素。
[0004]在栅帽金属下形成介质空洞是减小栅寄生电容的主要手段之一，因为相对于SiN介质电容，同样尺寸的真空(空气)介质电容值约为前者的1/7。传统的栅介质空洞形成方法利用介质淀积气体在栅金属下不同位置质量输运速率不同，因而产生不同的生长速率从而形成封堵空洞，如图1所示，通过此途径获得的介质空洞通常尺寸很小，因而对栅寄生电容的减小也是有限的。
【发明内容】
[0005]本发明提出的是一种依靠光刻胶辅助形成Y型栅金属介质空洞的方法，增大Y型栅栅介质空洞、甚至是完全空洞的工艺方法，提高器件尤其是小栅长的频率特性。
[0006]本发明的技术解决方案:依靠光刻胶辅助形成Y型栅金属介质空洞的方法，包括如下步骤:
1)通过光刻工艺形成光刻胶对栅金属条的覆盖；
2)低温生长SiN介质；
3)通过光刻、介质刻蚀工艺对栅金属条两端头进行介质开孔；
4)去牺牲层光刻胶形成Y型栅的介质空洞；
5)生长SiN介质封堵栅金属条两端头的介质开孔。
[0007]依靠易腐蚀S1N介质辅助的栅介质空洞形成方法，相对于传统的依赖于介质淀积气体质量输运特性形成小尺寸栅介质空洞，本专利提出的方法能够实现完全的栅介质空洞。
[0008]本发明的优点:本方法形成的栅金属下介质空洞更大，栅寄生电容减小更显著，对于毫米波应用的亚微米、深亚微米栅长二代、三代半导体场效应器件，采用本方法以减小器件栅寄生电容具有积极意义。
【附图说明】
[0009]图Ι-a是采用传统方法对Y型栅进行SiN介质钝化时介质生长特点的示意图形。
[0010]图Ι-b是采用传统方法对Y型栅进行SiN介质钝化形成的小介质空洞的示意图。
[0011]图2- a是通过光刻工艺形成光刻胶对栅条形成覆盖的示意图形(横断面)。
[0012]图2_b是图通过光刻工艺形成光刻胶对栅条形成覆盖的示意图形(俯视)。
[0013]图3- a是生长200nm低温介质后的示意图形(横断面)。
[0014]图3-b是生长200nm低温介质后的示意图形(俯视)。
[0015]图4- a是通过光刻工艺形成介质刻蚀掩膜的示意图(横断面)。
[0016]图4-b是通过光刻工艺形成介质刻蚀掩膜的示意图形(俯视)。
[0017]图5- a是去胶完成后的示意图(横断面)，栅介质空洞形成。
[0018]图5- b是去胶完成后的示意图(俯视)，栅介质空洞形成。
[0019]图6是通过光刻工艺形成去胶辅助孔的示意图形(俯视)。
[0020]图7是光刻胶辅助形成栅介质空洞方法中薄SiN介质预钝化的示意图形(横断面)。
[0021]图8是介质辅助形成栅介质空洞方法中薄SiN介质预钝化示意图形(横断面)。
[0022]图9是易腐蚀S1N介质形成后的示意图形(横断面)。
[0023]图10- a是采用光刻工艺形成S1N介质腐蚀掩膜的示意图型(横断面)。
[0024]图ΙΟ-b是采用光刻工艺形成S1N介质腐蚀掩膜的示意图形(俯视)。
[0025]图11是腐蚀掉部分S1N介质后的示意图形(横断面)。
[0026]图12是去除S1N介质腐蚀掩膜光刻胶后的示意图形(横断面)。
[0027]图13是SiN (或BCB)介质形成后的示意图形(横断面)。
[0028]图14- a是用于刻蚀SiN (或BCB)介质的光刻胶掩膜示意图形(横断面)。
[0029]图14-b是用于刻蚀SiN (或BCB)介质的光刻胶掩膜示意图形(俯视)。
[0030]图15是腐蚀掉S1N介质的示意图形(横断面)，栅介质空洞形成。
[0031]图16是通过光刻工艺形成腐蚀S1N辅助孔的示意图形(俯视图)。
【具体实施方式】
[0032]依靠光刻胶辅助形成Y型栅金属介质空洞的方法，包括以下五个步骤:
I)栅金属化之后，涂覆光刻胶，进行图形光刻和显影，形成如图2- a、图2-b所示的辅助光刻胶图形、形成对栅金属条的覆盖201。
[0033]2)低温生长SiN介质200nm，如图3_ a、图3_b所示；介质生长温度要低(采用ICP — PECVD，60°C)，否则光刻胶受热变形甚至流淌；介质厚度不能太小，否则很容易在后续去胶工艺中破碎。
[0034]3)光刻形成如图4- a、4_b所示的光刻胶掩膜图形(用于介质刻蚀)(401、402);进行SiN介质刻蚀，经过介质刻蚀以后，下层辅助光刻胶在栅金属条的两端头暴露出来。
[0035]4) 二甲基甲酰胺(DMF)浸泡去胶；去胶过程中可以适当对DMF加热升温以促进去胶但不可超声否则介质易破裂。去胶后图形如图5- a、图5- b所示，此时介质空洞501形成。
[0036]5)生长SiN介质对栅金属条两端头的介质开口进行封堵。
[0037]所述步骤4)中的去胶会比较困难，尤其是对于较长栅金属条的情况，因为溶剂的交换只能通过栅金属条两端头的介质开口进行，针对这个问题，本专利提出a、b两种辅助去胶措施；其中
a在第3步的光刻胶掩膜图形中加入图6所示的辅助孔601 ;在后续的介质刻蚀工艺中这些辅助孔被复制到介质上、形成辅助介质孔，这将有利于溶剂交换促进去胶。辅助孔尺寸不宜过大，否则给第5步的介质开口封堵造成困难；
b:采用氧等离子体灰化去胶；为了减小氧等离子体处理过程对器件表面的影响，可以在第I步之前生长一层薄(10-20nm) SiN介质进行表面钝化、保护，如图7所示。
[0038]依靠易腐蚀S1N介质辅助的栅介质空洞形成方法，包括如下步骤:
1)栅金属化后生长一层薄SiN介质(801)进行器件表面的钝化、保护；
2)生长厚(厚度大于栅高度)S1N易腐蚀介质(901);调整介质生长的工艺条件使得此步骤生长的S1N介质易被氢氟酸溶液溶解掉；生长完S1N介质后图形如图9所示；
3)通过光刻工艺形成如图10-a、10-b所示的光刻胶掩膜图形(1001、1002)。
[0039]4)用氢氟酸溶液腐蚀S1N介质，腐蚀完成后形貌如图11所示；然后去光刻胶有机溶剂(丙酮)浸泡或者氧等离子灰化皆可，去胶后形貌如图12所示，1201为S1N介质。
[0040]5)生长SiN介质或者旋涂BCB、烘烤固化；如图13所示，1301为SiN或BCB介质。
[0041]6)通过光刻工艺形成图14- a、14_b所示的光刻胶掩膜(1401);进行SiN或BCB介质刻蚀，经过介质刻蚀以后，下层辅助介质S1N在栅金属条的两端头暴露出来。
[0042]7)用氢氟酸溶液对S1N介质进行腐蚀溶解；覆盖栅金属条的S1N介质全部溶解的图形如图15所示，此时介质空洞(1501)形成。
[0043]8)生长SiN介质对栅金属条两端头的介质开口进行封堵。
[0044]类似于光刻胶辅助的介质空洞形成方法步骤4)，介质辅助的介质空洞形成方法步骤7)中的介质腐蚀会比较困难，尤其是对于较长栅金属条的情况，因为溶剂的交换只能通过栅金属条两端头的介质开口进行，针对这个问题，可以在第6步的光刻胶掩膜图形中加入图16所示的辅助孔(1601);在后续的介质刻蚀工艺中这些辅助孔被复制到介质上，形成辅助介质孔，这将有利于氢氟酸溶液交换促进其对辅助介质的溶解；辅助孔尺寸不宜过大，否则给第8步的介质开口封堵造成困难。
[0045]形成Y型栅金属介质空洞以减小栅寄生电容的工艺方法，对于提高亚微米、深亚微米栅长二代三代半导体场效应器件的高频性能、噪声性能很有帮助。在微波毫米波应用中，不断减小器件栅长以减小栅电容是提高其高频性能、噪声性能的重要手段；而对于亚微米、深亚微米栅长器件，其栅寄生电容对栅电容的贡献变得十分显著，通过合适的工艺手段形成栅金属介质空洞以减小栅寄生电容对于提高器件性能的有效手段。本发明提出的栅介质空洞形成方法具有介质空洞尺寸更大、栅寄生电容减小更显著的优点，对于提高微波毫米波器件相关性能颇具应用价值。
【主权项】
1.依靠光刻胶辅助形成Y型栅金属介质空洞的方法，其特征是包括以下步骤: 1)栅金属化之后，涂覆光刻胶，进行图形光刻和显影； 2)低温生长SiN介质； 3)光刻胶掩膜图形； 4)有机溶剂浸泡去胶； 5)生长SiN介质对栅金属条两端头的介质开口进行封堵。
2.如权利要求1所述的依靠光刻胶辅助形成Y型栅金属介质空洞的方法，其特征是所述步骤4)去胶有a、b两种辅助措施，其中: a在第3步的光刻胶掩膜图形中加入图6所示的辅助孔(601);在后续的介质刻蚀工艺中这些辅助孔被复制到介质上、形成辅助介质孔，这将有利于溶剂交换促进去胶； b采用氧等离子体灰化去胶，为了减小氧等离子体处理过程对器件表面的影响，可在步骤I)之前生长一层厚度10-20nm的SiN介质进行表面钝化、保护，如图7所示。
3.依靠易腐蚀S1N介质辅助的栅介质空洞形成方法，其特征包括如下步骤: 1)栅金属化后生长一层SiN介质(801)进行器件表面的钝化、保护； 2)生长厚度大于栅高度S1N易腐蚀介质(901);调整介质生长的工艺条件使得此步骤生长的S1N介质易被氢氟酸溶液溶解掉； 3)通过光刻工艺形成光刻胶掩膜图形； 4)用氢氟酸溶液腐蚀S1N介质； 5)生长SiN介质或者旋涂BCB、烘烤固化； 6)通过光刻工艺形成光刻胶掩膜；进行SiN或BCB介质刻蚀，经过介质刻蚀以后，下层辅助介质S1N在栅金属条的两端头暴露出来； 7)用氢氟酸溶液对S1N介质进行腐蚀溶解； 8)生长SiN介质对栅金属条两端头的介质开口进行封堵。
4.根据权利要求3所述的依靠易腐蚀S1N介质辅助的栅介质空洞形成方法，其特征是所述的步骤6)的光刻胶掩膜图形中加入辅助孔；在后续的介质刻蚀工艺中这些辅助孔被复制到介质上，形成辅助介质孔。
【专利摘要】本发明是依靠光刻胶辅助形成Y型栅金属介质空洞的方法，包括如下步骤：1）通过光刻工艺形成光刻胶对Y型栅金属条的覆盖；2）低温生长SiN介质；3）通过光刻、介质刻蚀工艺对栅金属条两端头进行介质开孔；4）去牺牲层光刻胶形成Y型栅的介质空洞；5）生长SiN介质封堵栅金属条两端头的介质开孔。优点：本方法形成的栅金属下介质空洞更大，栅寄生电容减小更显著，对于毫米波应用的亚微米、深亚微米栅长二代、三代半导体场效应器件，采用本方法以减小器件栅寄生电容具有积极意义。
【IPC分类】H01L21-28
【公开号】CN104867825
【申请号】CN201510161529
【发明人】韩克锋
【申请人】中国电子科技集团公司第五十五研究所
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月8日