专利名称：在磷化铟衬底上制备t型栅的方法
技术领域：
本发明涉及化合物半导体技术领域，尤其涉及一种在磷化铟衬底上制备T型栅的方法。
背景技术：
栅的制备是高电子迁移率晶体管(HEMT)器件制作工艺中最关键的工艺。由于栅长大小直接决定了 HEMT器件的频率、噪声等特性，栅长越小，器件的电流截止频率(fT)和功率增益截止频率(fmax)越高，器件的噪声系数也越小，人们通过不断减小高电子迁移率晶体管(HEMT)器件的栅长来得到更好特性的器件。随着栅长缩短，栅电阻增大，当栅长减至0. 5μπι以下时，栅电阻的微波损耗使增益衰减比较严重。因此要在栅金属的顶部构筑大的金属截面，从而形成T形栅的制作方法。目前国际上制作T型栅的方法大体上分为有介质辅助支撑和无介质辅助支撑两类。介质辅助支撑的T型栅机械稳定，T型栅不易倒塌，介质薄膜增大了栅源间的寄生电容， 同时也削弱了高频性能。而且介质辅助支撑的T型栅制作过程相对复杂，对设备的依赖比较大，需要RIE设备在介质上刻蚀小细线条，且要两次电子束曝光，条件复杂。Akira Endoh 等人2001年利用该技术成功制作出50纳米栅长的ΗΕΜΤ，获得了 395GHz的电流增益截止频率，540GHz的最大可获取功率截止频率。同时为解决T型栅栅脚过细的机械稳定性问题，Kang-Simg Lee等人2007年放弃辅助支撑的介质层，利用折线型T型栅脚，成功制作出 35纳米的GaAs基HEMT，获得了 440GHz的电流增益截止频率，520GHz的最大可获取功率截止频率。传统的无介质辅助支撑的T型栅工艺制作工艺相对简单，只需用到湿法腐蚀和电子束工艺。制作T型栅，常用到常规两层MPR/PMMA结构，常规三层PMMA/P (MMA-MAA) /PMMA 结构，ZEP/PMGI/ZEP 结构，PMMA/PMGI/PMMA 复合胶结构，ZEP520/PMGI/ZEP520 结构和四层 PMGI/ZEP520/PMGI/ZEP520结构，分别采取一次电子束曝光、两次电子束曝光和混合曝光的方法来获取细栅线条。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种在磷化铟衬底上制备T型栅的方法，以克服目前高电子迁移率晶体管(HEMT)T型纳米栅制备时存在的不足。根据本发明的一个方面提供一种在磷化铟衬底上制备T型栅的方法包括A、清洗外延片，在真空烘箱内将六甲基二硅氨烷HMDS蒸发在清洗后外延片上B、在外延片上勻第一层电子束胶观 52(^，然后前烘；C、在所述第一层电子束胶ZEP520A上勻第二层电子束胶PMGI，然后前烘；D、在所述第二层电子束胶PMGI上勻第三层电子束胶PMMA，然后前烘；E、将上述勻有三层束胶层的外延片进行电子束曝光；F、对上述曝光处理后的外延片的各层依次进行显影；G、对上述显影后的外延片腐蚀栅槽，蒸发栅金属并剥离，形成晶体管T型纳米栅。
根据本发明提供的一种在磷化铟衬底上制备T型栅的方法可制作更小尺寸的栅线条，且存在容易去胶，工艺简单，可靠性强等优点。
图1为本发明实施例提供的^P520A/PMGI/PMMA三层电子束胶结构和一次电子束曝光和显影后T型栅形貌图示意图；图2为本发明实施例提供的^P520A/PMGI/PMMA三层电子束胶结构制备的T形状栅形貌示意图；图3为本发明提供实施例的一种在磷化铟衬底上制备T型栅的方法流程流程图。
具体实施例方式如图3所示，图3为本发明提供的一种在磷化铟衬底上制备T型栅的方法总体技术方案的实现流程图，该方法包括以下步骤步骤301、清洗外延片，在120度的真空烘箱内将六甲基二硅氨烷HMDS蒸发在清洗干净的外延片上。其中，清洗外延片的步骤包括先用丙酮冲洗，再用乙醇冲洗，然后用去离子水冲洗，如此反复至少7次，最后用氮气吹干。步骤302、在外延片上勻第一层电子束胶观 52(^，然后前烘。第一层电子束胶 ZEP520A在前烘后的厚度典型值为700埃，前烘条件为在180度烘箱中烘6分钟。步骤303、在所述第一层电子束胶ZEP520A上勻第二层电子束胶PMGI，然后前烘； 第二层电子束胶PMGI在前烘后的厚度典型值为5500埃；前烘条件为在180度烘箱中烘30 分钟。步骤304、在所述第二层电子束胶PMGI上勻第三层电子束胶PMMA，然后前烘；第三层电子束胶PMMA在前烘后的厚度典型值为2500埃；前烘条件为在180度烘箱中烘6分钟。步骤305、将勻有三层束胶层的外延片进行电子束曝光。栅脚版电子束曝光的条件为曝光剂量ΙΟΟΟμ C/cm2，电子束加速电压100kV。步骤306、依次显影上述曝光处理后的外延片上的三层束胶层(如图1所示)，即第三层电子束胶PMMA，第二层电子束胶PMGI，第一层电子束胶^P520A。将第三层PMMA在四甲基乙戊酮MIBK与异丙醇IPA混合的显影液中显影20分钟， 在异丙醇IPA中定影30秒，在60度烘箱中后烘6分钟；四甲基乙戊酮MIBK与异丙醇IPA 的体积比为3 1。将第二层PMGI在10 %的四甲基氢氧化氨TAHM与H2O混合的显影液中显影1分钟，在H2O中定影30秒，在60度烘箱中后烘6分钟；四甲基氢氧化氨TAHM与H2O的体积比为 1 4。将第一层ZEP520A在乙酸丁脂观D-N50显影液中显影5秒钟，在四甲基乙戊酮 MIBK中定影15秒，在60度烘箱中后烘6分钟。步骤307、对上述显影后外延片进行腐蚀栅槽，蒸发栅金属并剥离，形成晶体管T 型纳米栅(如图2所示)。制备后的T型栅轮廓图见图2所示，T型栅的栅头宽约500纳米，由第三层PMMA显影平均展宽决定，τ型栅的栅脚宽约100纳米，由第一层ZEP520A显影展宽决定。
对于帽层/腐蚀截止层为铟镓砷InGaAs/磷化铟InP的材料，可采用柠檬酸双氧水=1 1(体积比)的混合溶液进行15秒腐蚀。蒸发的栅金属由外延片表面向上依次为钛(Ti)/钼(Pt)/金(Au)，其厚度的典型值分别为250 A/250 A/3000 A。本发明实施例提供的一种在磷化铟衬底上制备T型栅的方法具有以下优点1、本发明实施例与采用PMMA/PMGI/PMMA或ZEP520A/PMGI/ZEP520A电子束胶结构制备高电子迁移率晶体管(HEMT)T型栅的传统方法相比，具有容易制作更小尺寸的栅线条，容易去胶，工艺简单，可靠性强等特点。2、现有采用PMMA/PMGI/PMMA电子束结构制备高电子迁移率晶体管(HEMT)T型纳米栅的传统方法，由于PMMA电子束胶对显影液非常敏感，显影出的线条尺寸容易变大，这种方法显影时间不好控制，不易作出极小尺寸的纳米栅线条。而本发明采用的^P520A/ PMGI/PMMA三层电子束胶结构中使用了 ^P520A电子束胶，ZEP520A电子束胶对显影液敏感度较低，显影出的线条尺寸随时间变化很小，显影时间容易控制，容易制作出极小尺寸的栅线条，可靠性强。3、现有采用^P520A/PMGIAEP520A电子束胶结构制备高电子迁移率晶体管 (HEMT)T型纳米栅的传统方法，此外，这种传统方法在栅帽版曝光完成后，需将外延片取出电子束光刻机进行显影，之后再重新放入电子束光刻机进行栅脚的曝光，这样多次移动外延片将会人为的增加栅帽和栅脚的对准误差。由于底层观 52(^电子束胶与外延片粘附性不好，需要在外延片上先淀积一层介质(通常为氮化硅或二氧化硅)，在显影后再将栅槽处的介质刻蚀掉，但纳米尺寸的细线条刻蚀很难控制，工艺难度较大；且由于底层的ZEP520A 电子束胶较难去除，容易影响器件的特性。本发明采用^P520A/PMGI/PMMA四层电子束胶结构，不需要生长和刻蚀介质，大大减小了工艺难度，且由于^P520A的专业去胶液ZDMAC 的出现，ZEP520A胶去胶很容易，不存在去胶问题。此外，本发明只需一次电子束曝光，不存在对准问题，工艺简单可靠。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种在磷化铟衬底上制备T型栅的方法，其特征在于，包括以下步骤A、清洗外延片，在真空烘箱内将六甲基二硅氨烷HMDS蒸发在清洗后外延片上；B、在外延片上勻第一层电子束胶观卩52(^，然后前烘；C、在所述第一层电子束胶ZEP520A上勻第二层电子束胶PMGI，然后前烘；D、在所述第二层电子束胶PMGI上勻第三层电子束胶PMMA，然后前烘；E、将上述勻有三层束胶层的外延片进行电子束曝光；F、对上述曝光处理后的外延片的各层依次进行显影；G、对上述显影后的外延片腐蚀栅槽，蒸发栅金属并剥离，形成晶体管T型纳米栅。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A所述清洗外延片的步骤包括 先用丙酮冲洗，再用乙醇冲洗，然后用去离子水冲洗，如此反复至少7次，最后用氮气吹干。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤A清洗后的外延片在120度的真空烘箱处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤B中所述第一层电子束胶^P520A在前烘后的厚度为700埃；前烘条件为在 180度烘箱中烘6分钟。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤C中所述第二层电子束胶PMGI在前烘后的典型厚度为5500埃；前烘条件为在180度烘箱中烘30分钟。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤D中所述第三层电子束胶PMMA在前烘后的厚度典型值为2500埃；前烘条件为在180度烘箱中烘6分钟。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述步骤E中所述栅脚版电子束曝光的条件为曝光剂量1000 yC/cm2，电子束加速电压100kV。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对上述曝光处理后的外延片的各层依次进行显影包括所述第三层PMMA在四甲基乙戊酮MIBK与异丙醇IPA的体积比为3 :1的显影液中显影 20分钟，在异丙醇IPA中定影30秒，在60度烘箱中后烘6分钟；所述第二层PMGI在10%的四甲基氢氧化氨TAHM与H2O的体积比为1 :4的显影液中显影1分钟，在H2O中定影30秒，在60度烘箱中后烘6分钟；所述第一层ZEP520A在乙酸丁脂ZED-N50显影液中显影5秒钟，在四甲基乙戊酮MIBK 中定影15秒，在60度烘箱中后烘6分钟。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤G中所述腐蚀栅槽包括对于帽层/腐蚀截止层为铟镓砷InGaAs/磷化铟InP 的材料，采用柠檬酸与双氧水体积比为1 :1的溶液进行腐蚀。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤G中所述蒸发的栅金属由外延片表面向上依次为钛Ti/钼Pt/金Au，其厚度的典型值分别为250 A / 250 A / 3000 A0
全文摘要
公开了一种在磷化铟衬底上制备T型栅的方法包括A、清洗外延片，在真空烘箱内将六甲基二硅氨烷HMDS蒸发在清洗后外延片上；B、在外延片上匀第一层电子束胶ZEP520A，前烘；C、在所述第一层电子束胶ZEP520A上匀第二层电子束胶PMGI，前烘；D、在所述第二层电子束胶PMGI上匀第三层电子束胶PMMA，前烘；E、将上述匀有三层束胶层的外延片进行电子束曝光；F、对上述曝光处理后的外延片的各层依次进行显影；G、对上述显影后的外延片腐蚀栅槽，蒸发栅金属并剥离，形成晶体管T型纳米栅。根据本发明提供的在磷化铟衬底上制备T型栅的方法可制作更小尺寸的栅线条，且存在容易去胶，工艺简单，可靠性强等优点。
文档编号H01L21/28GK102569047SQ20101057837
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者张海英, 杨浩, 郭天义, 黄杰 申请人:中国科学院微电子研究所