一種製作u型柵腳t型柵結構的方法
2023-09-21 15:38:35
專利名稱：一種製作u型柵腳t型柵結構的方法
技術領域：
本發明涉及場效應電晶體(FET)技術領域，尤其是一種製作U型柵腳T型柵結構的方法。
背景技術：
隨著場效應電晶體(FET)高頻應用需求的急劇增長，提升器件截止頻率fT就顯得越發重要。作為表徵電晶體高速性能的重要參數，器件截止頻率fT的近似公式為其中Vs為載流子的飽和遷移速率，Lg為器件柵長。可以看出，柵長對器件的截止頻率有著決定性的影響。縮小器件柵長是提升其頻率性能的最直接的方法，但該方法同時會導致柵電阻的增大，柵電阻增大會惡化器件噪聲性能、降低器件最大振蕩頻率等，T型柵結構由於可以減小柵電阻而被研究人員廣泛採用。目前，通常的T型柵製備方法為運用複合膠工藝以及電子束直寫曝光方式，採用多次曝光的方法，利用不同顯影液對膠的顯影速度的差別，形成T型柵結構。為了提升器件的頻率性能，T型柵的柵長已經步入深亞微米級(< 200nm)，當前國際上已有30nm柵長的相關報導。目前，常規T型柵工藝主要存在著以下不足第一、根據等比例縮小原則，柵長縮小時，器件各項尺寸均會相應縮小，相同的偏壓下器件內部電場會更大，圖1為採用2D器件仿真軟體Atlas對器件內部電場進行模擬的結果，可以發現T型柵柵腳近漏端處會出現一個峰值電場，這會導致器件易於擊穿，不利於器件在功率方面的應用。第二、由於柵漏間柵腳處存在強電場，會導致溝道電子遷移到GaN緩衝層，從而大大加深器件的短溝道效應，引發亞閾電流增加、閾電壓漂移、輸出電導增大、軟夾斷等問題。
發明內容
(一)要解決的技術問題有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種製作U型柵腳T型柵結構的方法，以有效降低常規T型柵柵腳近漏端處的強電場，提高器件的擊穿電壓和其它性能。(二)技術方案為達到上述目的，本發明提供了一種製作U型柵腳T型柵結構的方法，該方法包括在器件做完源漏和隔離後，在器件表面製備SiNx鈍化層；使用ZEP520A電子束光刻膠對器件進行曝光顯影得到刻蝕窗口 ；刻蝕SiNx鈍化層形成U型柵腳結構；再刻蝕AlGaN勢壘層，並通過雙層膠二次曝光得到柵帽；以及經過蒸發、剝離形成U型柵腳T型柵結構。
上述方案中，所述在器件表面製備SiNx鈍化層的厚度為1000至1500A。上述方案中，所述使用^P520A電子束光刻膠對器件進行曝光顯影得到刻蝕窗口包括在SiNx鈍化層上勻^P520A電子束光刻膠，厚度為5000A，然後在180°C熱板真空加熱3分鐘；採用電子束曝光，光刻寬度為80至200nm ；採用顯影液ZED-N50顯影90秒，定影液ZMD-D定影10秒，氮氣吹乾；採用100°C真空熱板1分鐘，Matrix打底膠30秒，得到刻蝕窗口。上述方案中，所述刻蝕SiNx鈍化層形成U型柵腳結構包括禾Ij用ICP刻蝕機刻蝕 SiNx鈍化層，刻蝕時間130秒，刻蝕完成後即可形成U型柵腳結構。上述方案中，所述再刻蝕AlGaN勢壘層並通過雙層膠二次曝光得到柵帽包括刻蝕AlGaN勢壘層，刻蝕深度為5nm ；去膠，清洗；勻膠PMMA/UVIII，厚度為200/800nm，二次電子束曝光；顯影，得到寬度為0. 5至0. 7 μ m的柵帽結構。上述方案中，所述經過蒸發、剝離形成U型柵腳T型柵結構包括對器件表面用體積比為1 3的稀鹽酸處理，然後蒸發厚度為40/500nm的柵金屬Ni/Au;剝離該柵金屬，得到柵線條，形成U型柵腳T型柵結構。(三)有益效果從上述技術方案可以看出，本發明具有以下有益效果1、本發明提供的製作U型柵腳T型柵結構的方法，能夠有效平滑T型柵柵腳近漏端的電場分布並降低峰值電場強度從而提高器件的擊穿電壓，同時對短溝道效應也能起到一定的抑制作用。2、本發明提供的製作U型柵腳T型柵結構的方法，採用單層^P520電子束光刻膠，通過電子束曝光得到細柵線條，能夠將器件有效柵長控制在深亞微米級，通過控制SiNx 和AWaN的刻蝕條件能夠保證圖形具有較好的可重複性與一致性。3、本發明提供的製作U型柵腳T型柵結構的方法，採用光學曝光和電子束曝光相結合的混合曝光模式，能夠提高T型柵製作效率，降低製作成本。4、本發明提供的製作U型柵腳T型柵結構的方法，在常規工藝流程中進行細微調整，不需要重新開發工藝，具備良好的可行性。5、本發明提供的製作U型柵腳T型柵結構的方法，使用器件仿真軟體進行模擬，結
果與預期一致。
圖1是T型柵器件內部電場分布示意圖(Vgs = -IV，Vds = 10V)；圖2是本發明之前已經完成的器件結構示意圖；圖3至圖11是依照本發明實施例製作U型柵腳T型柵結構的流程示意圖；圖12是U型柵腳T型柵的SEM照片；圖13為U型柵腳T型柵與普通T型柵柵下Inm處電場分布比較(曲線1為U腳 T型柵，曲線2為普通T型柵)。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。為了改善上述現有技術中存在的不足，本發明考慮引入邊緣平滑的U型柵腳T型柵，與常規T型柵相比，柵腳處尖銳的突變被平滑的U型所取代，由於電場在邊界處具有連續性，會導致場強分布變得更加平滑，大大抑制電場峰值強度，從而提升器件的擊穿電壓。 同時，由於峰值強場所導致的短溝道效應也會得到有效緩解。本發明提供的製備U型柵腳T型柵的方法如下使用^P520A電子束光刻膠曝光顯影得到刻蝕窗口，通過控制刻蝕SiNx鈍化層的條件來形成U型柵腳結構，接著再刻蝕 AlGaN勢壘層約5nm，然後通過雙層膠二次曝光得到柵帽，最後經過蒸發、剝離形成U型柵腳 T型柵結構。圖2為實施本發明前的器件結構示意圖。在已經形成了源漏電極、完成了有源區隔離、一次介質澱積之後的器件，柵位於源漏之間，一般偏向源端。本發明提供的製備U型柵腳τ型柵的方法，具體如圖3至圖11所示圖3所示步驟為電子束光刻膠的勻膠，勻^P520電子束光刻膠，厚度約為5000A， 180°C熱板真空加熱3分鐘；圖4所示步驟為電子束光刻膠的曝光以及顯影，採用電子束曝光，光刻寬度為 200nm ；顯影液ZED-N50顯影90秒，定影液ZMD-D定影10秒，氮氣吹乾；圖5所示步驟為SiNx刻蝕，採用SF6, RF功率5W，刻蝕時間為130s ；圖6所示步驟為AWaN勢壘層刻蝕，採用BCl3,刻蝕深度約為5nm ；圖7所示為去膠之後的結構；圖8所示為塗覆PMMA、UVIII以後的結構，PMMA厚度200nm，UVIII 800nm ；圖9所示為二次曝光顯影之後的結構；圖10所示為柵金屬蒸發，組分為Ni/Au，厚度約為400/5000A;圖11所示步驟為剝離以後的U型柵腳T型柵器件的結構，用去膠液去除UVIII、 PMMA得到該圖形。圖12為U型柵腳T型柵的SEM照片。圖13為U型柵腳T型柵與普通T型柵柵下Inm處電場分布比較。該仿真中的U型柵腳T型柵採用Devedit編輯網表，普通T型柵採用Atlas編輯網表，所取電場分布為柵腳下Inm處截面，偏壓均為Vgs = 0V, Vds = 40V。可以看到U型柵腳T型柵的電場分布更加平滑，峰值電場強度較普通T型柵相比要小得多，這就證實了本發明的實際意義和有益效果。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種製作U型柵腳T型柵結構的方法，其特徵在於，該方法包括 在器件做完源漏和隔離後，在器件表面製備SiNx鈍化層；使用^P520A電子束光刻膠對器件進行曝光顯影得到刻蝕窗口 ； 刻蝕SiNx鈍化層形成U型柵腳結構； 再刻蝕AlGaN勢壘層，並通過雙層膠二次曝光得到柵帽；以及經過蒸發、剝離形成U型柵腳T型柵結構。
2.根據權利要求1所述的製作U型柵腳T型柵結構的方法，其特徵在於，所述在器件表面製備SiNx鈍化層的厚度為1000至1500 A。
3.根據權利要求1所述的製作U型柵腳T型柵結構的方法，其特徵在於，所述使用 ZEP520A電子束光刻膠對器件進行曝光顯影得到刻蝕窗口包括在SiNx鈍化層上勻^P520A電子束光刻膠，厚度為5000A，然後在180°C熱板真空加熱 3分鐘；採用電子束曝光，光刻寬度為80至200nm ；採用顯影液ZED-N50顯影90秒，定影液ZMD-D定影10秒，氮氣吹乾； 採用100°C真空熱板1分鐘，Matrix打底膠30秒，得到刻蝕窗口。
4.根據權利要求1所述的製作U型柵腳T型柵結構的方法，其特徵在於，所述刻蝕SiNx 鈍化層形成U型柵腳結構包括利用ICP刻蝕機刻蝕SiNx鈍化層，刻蝕時間130秒，刻蝕完成後即可形成U型柵腳結構。
5.根據權利要求1所述的製作U型柵腳T型柵結構的方法，其特徵在於，所述再刻蝕 AlGaN勢壘層並通過雙層膠二次曝光得到柵帽包括刻蝕AlGaN勢壘層，刻蝕深度為5nm ； 去膠，清洗；勻膠PMMA/UVIII，厚度為200/800nm，二次電子束曝光； 顯影，得到寬度為0. 5至0. 7 μ m的柵帽結構。
6.根據權利要求1所述的製作U型柵腳T型柵結構的方法，其特徵在於，所述經過蒸發、剝離形成U型柵腳T型柵結構包括對器件表面用體積比為1 3的稀鹽酸處理，然後蒸發厚度為40/500nm的柵金屬Ni/Au ；剝離該柵金屬，得到柵線條，形成U型柵腳T型柵結構。
全文摘要
本發明公開了一種製作U型柵腳T型柵結構的方法，該方法包括在器件做完源漏和隔離後，在器件表面製備SiNx鈍化層；使用ZEP520A電子束光刻膠對器件進行曝光顯影得到刻蝕窗口；刻蝕SiNx鈍化層形成U型柵腳結構；再刻蝕AlGaN勢壘層，並通過雙層膠二次曝光得到柵帽；以及經過蒸發、剝離形成U型柵腳T型柵結構。利用本發明，能夠有效平滑T型柵柵腳近漏端的電場分布並降低峰值電場強度從而提高器件的擊穿電壓，同時對短溝道效應也能起到一定的抑制作用。
文檔編號H01L21/28GK102201334SQ20111013354
公開日2011年9月28日 申請日期2011年5月23日 優先權日2011年5月23日
發明者劉新宇, 劉果果, 孔欣, 魏珂, 黃 俊 申請人:中國科學院微電子研究所