[發明專利]微波毫米波芯片的小尺寸柵制備方法

有效

• 申請號: 201610158628.3
• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN105789037B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 吳少兵;高建峰
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

一種微波毫米波芯片的小尺寸柵制備方法，在介質層上涂一層耐刻蝕的電子束膠；利用電子束直寫設備直寫柵腳圖形；在直寫完的柵腳圖形上涂深紫外光刻膠；利用電子束直寫設備直寫柵帽圖形；對直寫完的柵帽進行烘焙，并利用堿性顯影液對直寫完的柵帽進行顯影，一次性得到柵腳和柵帽的膠型；采用烘烤工藝改變柵腳膠型；可大幅提高小尺寸柵的電子束直寫速度和制備效率。且分兩步進行介質層刻蝕；利用自停止層對外延材料的CaP層進行過挖槽或者過刻蝕；所述膠型轉化為柵型，剝離得到金屬柵，對柵金屬進行蒸發和剝離后的鈍化，即保證了柵的穩定性，又利用了新膠的耐蝕性很好的控制了線寬損失，該工藝兼具了裸柵的小尺寸和介質輔助柵的穩定性的優點。

技術領域

本發明涉及柵制備方法，尤其涉及一種微波毫米波芯片的小尺寸柵制備方法。

背景技術

GaAs、InP、GaN的半導體微波毫米波芯片在高頻領域具有廣闊的應用前景，而制約高頻器件發展的一個主要的工藝瓶頸是小尺寸柵長的制備。目前制備柵長小于70nm的柵工藝，普遍采用的是裸柵工藝。所謂裸柵工藝指在柵金屬蒸發前不生長介質，在外延材料上直接通過電子束直寫或深紫外光刻得到膠型，柵金屬蒸發后，將膠型轉化為柵型，剝離得到金屬柵。對于電子束直寫柵腳這一步，普遍采用的電子束膠為PMMA電子束膠和ZEP電子束膠。這兩種膠具有較高的分辨力，但也具有較差的耐蝕性，這也決定了目前的小尺寸柵無法采用介質刻蝕的介質輔助柵工藝。另外，裸柵工藝本身具有一定的不足：1.裸柵結構在柵成型過程中沒有介質輔助，剝離容易倒柵，后續工藝穩定性不高。2.裸柵工藝在柵鈍化前，勢壘層材料部分地直接暴露在空氣中，會使表面變差。

除裸柵工藝外，目前線寬較大的器件采用另一種介質輔助柵工藝。所謂介質輔助柵工藝指，在光刻柵腳圖形前，外延材料底部生長了介質，利用刻蝕手段將柵腳刻蝕出，如此后續的柵金屬蒸發時有了介質支撐便可增強其穩定性。而對于介質輔助柵型而言，其不足為：較厚的介質帶來較大的寄生電容，同時介質刻蝕因存在線寬損失(CD loss是指由于工藝問題出現的CD超差，CD指的是關鍵尺寸Critical dimension))及套刻等問題，致使介質輔助柵成型制備小于70nm的柵無法完成。而從介質輔助柵工藝衍生出的疊柵工藝是指：在外延材料上通過電子束直寫過深紫外光刻得到小線寬圖形，蒸發較薄的柵金屬，此時柵具有較好的穩定性；再通過生長介質將其保護，利用套刻和刻蝕工藝使薄的柵金屬上表面露出，再二次蒸發柵金屬提高柵高度。對于疊柵工藝而言，其不足為：1、二次蒸柵工藝加三次光刻或電子束直寫工藝加一次刻蝕工藝，步驟復雜帶來工藝成本的提高；2、光刻或電子束直寫介質刻蝕這一步很難保證套刻，尤其是對于小尺寸柵而言；3、疊柵工藝鈍化介質膠厚，相應的寄生電容會較大。

綜上所述，目前的裸柵工藝和介質輔助柵工藝對于制備小尺寸柵長的微波毫米波半導體芯片而言，分別具有各自的不足之處。所以，尋求一種兼顧小尺寸柵穩定性和低寄生電容的簡單可行的柵工藝，不僅對提高高頻器件性能具有幫助，同時也對小尺寸柵的成品率，可靠性具有幫助。

發明內容

本發明的目的是提供一種微波毫米波芯片的小尺寸柵制備方法，能夠減小小尺寸柵的寄生電容并提高柵的穩定性。

為達到上述目的，本發明可采用如下技術方案：

一種微波毫米波芯片的小尺寸柵制備方法，所述微波毫米波芯片的襯底上生長有外延材料，所述外延材料上生長有介質，所述介質包括襯底層、外延溝道及勢壘層、自停止層、蓋帽層和介質層，所述微波毫米波芯片的小尺寸柵制備方法包括以下步驟：在介質層上涂一層耐刻蝕的電子束膠；利用電子束直寫設備直寫柵腳圖形；在直寫完的柵腳圖形上涂深紫外光刻膠；利用電子束直寫設備直寫柵帽圖形；對直寫完的柵帽進行烘焙，并利用堿性顯影液對直寫完的柵帽進行顯影，一次性得到柵腳和柵帽的膠型；采用烘烤工藝改變柵腳膠型；分兩步進行介質層刻蝕；利用自停止層對外延材料的CaP層進行過挖槽或者過刻蝕；所述膠型轉化為柵型，剝離得到金屬柵，對柵金屬進行蒸發和剝離后的鈍化。