[發明專利]側柵晶體管太赫茲探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202011566704.7
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112670371B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 董慧;顏偉;黃鎮;李兆峰;王曉東;楊富華
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0224;H01L31/112
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 鄢功軍

本發明公開了一種側柵晶體管太赫茲探測器的制備方法及其側柵晶體管太赫茲探測器，其中，該方法包括：在襯底上制作源電極和漏電極；在襯底和源電極、漏電極上旋涂抗蝕劑，并利用曝光技術去除掉部分抗蝕劑，露出部分襯底，形成臺面抗蝕劑掩膜；根據臺面抗蝕劑掩膜，刻蝕預設深度的部分襯底，形成襯底的臺面；在臺面抗蝕劑掩膜和襯底上制作柵極圖像并形成柵電極；去除臺面抗蝕劑掩膜，同時剝離臺面抗蝕劑掩膜上的頂柵，在臺面的兩側形成雙柵電極；在襯底、源電極、漏電極和雙柵電極表面制作天線圖形，并形成天線及引線，得到側柵晶體管太赫茲探測器。

技術領域

本發明涉及半導體材料與器件制造領域，尤其涉及一種側柵晶體管太赫茲探測器及其制備方法。

背景技術

近年來，大范圍商用的太赫茲探測器是二極管探測器，在實際運用中因其響應度低，響應速度慢而無法運用于精密的太赫茲探測中。因此，各國實驗室都在研究場效應晶體管(FET)運用于太赫茲探測上的性能表征，并進行各種性能優化。FET探測器的共振探測在理論研究中比非共振探測的響應度高，但由于其在室溫下不易檢測而研究困難。而側柵晶體管恰好是為了解決共振問題而設計出的一種結構。

側柵晶體管(Lateral Gate Transistor)太赫茲探測器是一種新型高電子遷移率晶體管太赫茲探測器結構，包括臺面，源極、漏極、位于溝道兩側的柵極以及天線。與傳統高電子遷移率晶體管太赫茲探測器結構相比，側柵晶體管可以通過兩個側柵的外加柵壓來改變二維電子氣的有效柵寬，控制二維電子氣溝道的寬度，消除雜散等離子體波模式，從而提高器件太赫茲共振探測響應度，減小器件共振探測響應峰的帶寬。

在制備側柵晶體管的工藝中，有多層工藝需要進行多次套刻。套刻是曝光工藝控制中的一項重要工藝參數，也是影響產品成品率的主要因素之一。為滿足套刻精度的要求，必須做好套刻匹配。

已有的側柵晶體管的制備方法是傳統的套刻工藝，這種套刻工藝是利用電子束曝光機將側柵直接套刻到臺面的兩側，由于各種因素的影響，比如套刻工藝之外的熱處理過程、樣片變形以及套刻工藝本身的套刻標記的好壞等，這些都會影響上下兩層圖形之間，也就是臺面與側柵之間的偏移量，會出現側柵搭在臺面上、側柵遠離臺面或者其他接觸不良的狀況，從而很難保證套刻的準確度，并且最終會影響器件的性能。

發明內容

有鑒于此，為了能夠保障柵極和臺面精準對準效果和接觸效果，本發明提供了一種側柵晶體管太赫茲探測器及其制備方法，以提高側柵晶體管太赫茲探測器的性能。

為了實現上述目的，一方面，本發明提供了一種側柵晶體管太赫茲探測器的制備方法，包括：在襯底上制作源電極和漏電極；在襯底和源電極、漏電極上旋涂抗蝕劑，并利用曝光技術去除掉部分抗蝕劑，露出部分襯底，形成臺面抗蝕劑掩膜；根據臺面抗蝕劑掩膜，刻蝕預設深度的部分襯底，形成襯底的臺面；在臺面抗蝕劑掩膜和襯底上制作柵極圖像并形成柵電極；去除臺面抗蝕劑掩膜，同時剝離臺面抗蝕劑掩膜上的頂柵，在臺面的兩側形成雙柵電極；在襯底、源電極、漏電極和雙柵電極表面制作天線圖形，并形成天線及引線，得到側柵晶體管太赫茲探測器。

根據本發明的實施例，其中，在襯底上制作源電極和漏電極包括：在襯底上旋涂第一光刻膠，并利用微納加工技術去除掉部分第一光刻膠，形成源區圖形和漏區圖形；在剩余第一光刻膠和源區圖形、漏區圖形上沉積金屬層；去除剩余第一光刻膠，同時剝離源區圖形和漏區圖形區域外的沉積的金屬層，快速熱退火形成源電極和漏電極。

根據本發明的實施例，其中，襯底材料包括以下之一：硅、鍺、碳化硅、氮化鎵、砷化鎵、磷化銦；第一光刻膠為電子束膠或紫外光刻膠。

根據本發明的實施例，其中，曝光技術包括以下之一：電子束曝光，離子束曝光，X射線曝光，全息式曝光，光學接觸式曝光、光學投影式曝光。

根據本發明的實施例，其中，預設深度為1nm～10μm。