專利名稱：半導(dǎo)體器件柵帽與柵足自對準的t形柵加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的T形柵加工方法，特別適用于砷化鎵(GaAs)半導(dǎo)體器件及其單片電路柵帽與柵足自對準的T形柵加工工藝技術(shù)。
在GaAs半導(dǎo)體器件及其單片電路中，需要用T形柵提高器件和電路的性能，是一個關(guān)鍵工藝。國外自八十年代起投入大量人力和財力，從事微細加工的設(shè)備和工藝技術(shù)研究，開發(fā)出多種加工技術(shù)，如電子束光刻，投影光刻，X射線光刻法，聚集電子束無掩膜法等。其中用得最廣泛的是電子束直接光刻法。它利用兩層以上的光刻膠，兩次對位光刻在膠上得到T形窗口，經(jīng)蒸發(fā)金屬，剝離后得到T形柵。它可以制造出0.1μm以下的T形柵。但設(shè)備復(fù)雜，昂貴，加工費時，成本高。
中國專利號96104462.4、《半導(dǎo)體器件的T形柵加工方法》中公開了一種半導(dǎo)體的T形柵加工方法，半導(dǎo)體器件的柵帽與柵足是采用二次掩膜版套刻而成，由于采用普通工藝設(shè)備制造，套刻難度較大，因而成熟性的批量生產(chǎn)及推廣應(yīng)用受到限制。
本發(fā)明的目有在于避免上述背景技術(shù)中的不足之處而提供一種不用昂貴電子束曝光機、采用普通工藝設(shè)備一次光刻制造半導(dǎo)體器件柵帽與柵足自對準的T形柵加工方法，并這種方法還具有柵金屬化厚度較厚，工藝難度小和容易操作，成品率高，加工成本低，柵的粗細易于控制等特點，特別能做出0.1μm的T形柵。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，它包含的制造加工步驟有在砷化鎵1襯底上淀積一層氮化硅2膜，氮化硅2膜上涂兩層不同光刻膠3、4；用一塊掩膜版放在光刻膠4上，對位曝光顯影，光刻膠4上曝光顯影出近似矩形的光刻膠窗口；大面積曝光顯影，光刻膠3上曝光顯影出近似矩形的比光刻膠4尺寸大的光刻膠窗口，露出膠窗口底部的氮化硅2；在光刻膠4上、光刻膠4窗口和光刻膠3窗口中淀積一層介質(zhì)膜5，介質(zhì)膜5淀積厚度為0.1μm至1.0μm；反應(yīng)離子刻蝕光刻膠4上的介質(zhì)膜5和光刻膠3、4窗口中底部氮化硅2上介質(zhì)膜5和氮化硅2，在窗口底部的氮化硅2膜和介質(zhì)膜5上得到尺寸縮小了的狹窄窗口；用氫氟酸腐蝕液去除掉所有的介質(zhì)膜5，留下氮化硅2膜；對砷化鎵1腐蝕挖槽后，在砷化鎵1片上垂直蒸發(fā)勢壘金屬膜6，剝離掉砷化鎵1上光刻膠3、4及光刻膠3、4上的勢壘金屬膜6，得到柵帽與柵足自對準的T形柵。
本發(fā)明還包含以下制造加工步驟本發(fā)明砷化鎵(GaAs)1襯底上淀積一層厚度為500至4000的氮化硅2膜，在氮化硅2膜上涂兩層厚度分別為3000至15000的不同光刻膠3、4。
本發(fā)明氫氟酸去除介質(zhì)膜5采用的溫度為20℃至80℃。
本發(fā)明相比背景技術(shù)有如下優(yōu)點(1)本發(fā)明沒有用昂貴的電子束光刻機，而是用普通的工藝設(shè)備，采用填充介質(zhì)膜，反應(yīng)離子刻蝕等工藝制造柵長可控制的T形柵，大大降低了加工成本。
(2)本發(fā)明采用氮化硅(Si3N4)2和介質(zhì)膜5雙層介質(zhì)，利用兩種介質(zhì)腐蝕速率差異大的特性(腐蝕比約1∶20)，反應(yīng)離子刻蝕后，去除腐蝕速率快的介質(zhì)，由膠和第一層介質(zhì)構(gòu)成柵窗口，剝離后獲得一個柵帽與柵足自對準、左右對稱的T形柵，用不著對位套刻，極大的降低了光刻難度，使成品率高，加工成本低。
(3)本發(fā)明所制造的T形柵勢壘金屬膜6的柵金屬厚度比較厚，有利于器件性能的提高。
(4)本發(fā)明制造的T形柵座落在氮化硅(Si3N4)2介質(zhì)上，雖然柵金屬厚度比較厚，也不會倒伏，機械性能良好。
(5)本發(fā)明可以用較粗的掩膜版，獲得很細的柵條，大大降低了制版精度和光刻難度，工藝難度小和容易操作，極有推廣使用價值。
(6)本發(fā)明可用于2英寸以上大圓片半導(dǎo)體器件的批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。


圖1是本發(fā)明淀積氮化硅(Si3N4)2和涂兩次光刻膠3、4的工藝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明光刻膠曝光顯影后的工藝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明淀積介質(zhì)膜5后的工藝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明反應(yīng)離子刻蝕后的工藝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明去除介質(zhì)膜5后的工藝結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明蒸發(fā)金屬、剝離后T形柵的結(jié)構(gòu)示意圖。
參照圖1至圖6，本發(fā)明采取以下加工步驟(1)利用市場上通用的PECVD型淀積爐在砷化鎵(GaAs)1襯底上淀積一層氮化硅(Si3N4)2膜，膜厚度為400至4000，實施例淀積的Si3N4膜厚度為2500，然后采用常規(guī)方法處理GaAs片子的正面，首先在Si3N4膜上涂一層光刻膠3，厚度為3000至15000，實施例光刻膠3采用市售PMMA型光刻膠，涂膠的厚度為1微米(1μm)。然后在光刻膠3上涂一層光刻膠4，厚度為3000至15000，實施例光刻膠4采用市售AZ1450型光刻膠，涂膠的厚度為6000，并用市售通用烘箱前烘，前烘溫度為100℃，時間為15分鐘。
(2)用一塊掩膜版放在光刻膠4上，對位曝光顯影，光刻膠4上曝光顯影出近似矩形的光刻膠窗口。實施例采用1μm寬的掩膜版，對位后在常規(guī)曝光機上曝光10秒鐘，再放在四甲基氫氧化銨比水等于1∶3的顯影液中顯影1分鐘，在光刻膠4上得到一個近似1μm光刻膠窗口。
大面積曝光顯影，光刻膠3上曝光顯影出近似矩形的比光刻膠4尺寸大的光刻膠窗口，露出膠窗口底部的氮化硅(Si3N4)2。實施例用普通的泛光燈對光刻膠3大面積曝光5分鐘，再放在四甲基氫氧化銨比水等于1∶3的顯影液中顯影1分鐘，最后用普通烘箱后烘，后烘溫度為100℃，時間為15分鐘進行堅膜，在光刻膠3上得到一個比光刻膠4尺寸稍大的光刻膠窗口，同時露出膠窗口底部的氮化硅(Si3N4)2。
(3)再利用市場上通用的PECVD型淀積爐在光刻膠4、光刻膠4窗口和光刻膠3窗口中淀積一層介質(zhì)膜5、介質(zhì)膜淀積厚度為0.1μm至1.0μm，實施例介質(zhì)膜5生長出SiO2膜，淀積介質(zhì)厚度為5000。
(4)采用市售通用的反應(yīng)離子刻蝕機反應(yīng)離子刻蝕光刻膠4上的介質(zhì)膜5和光刻膠3、4窗口中底部氮化硅(Si3N4)2上介質(zhì)膜5和氮化硅2，在窗口底部的氮化硅(Si3N4)2膜和介質(zhì)膜5上得到尺寸縮小了的狹窄窗口。
(5)用氫氟酸腐蝕液去除掉所有的介質(zhì)膜5，留下氮化硅2膜，得到光刻膠3、4和氮化硅2膜組成的窗口。氫氟酸去除介質(zhì)膜5采用的溫度為20℃至80℃。實施例采用溫度為40℃的氫氟酸，腐蝕時間1分鐘，去除所有的介質(zhì)膜5。實施例采用氮化硅2和介質(zhì)膜5雙層介質(zhì)，利用這兩種介質(zhì)腐蝕速率差異大的特性(腐蝕比為1∶20)，在反應(yīng)離子刻蝕后，去除腐蝕速率快的介質(zhì)膜5后，由光刻膠3、4和氮化硅2構(gòu)成柵窗口，(6)對砷化鎵1腐蝕挖槽，然后用市售電子束蒸發(fā)臺在砷化鎵(GaAs)1片上垂直蒸發(fā)勢壘金屬膜6，剝離掉砷化鎵1上光刻膠3、4及光刻膠3、4上的勢壘金屬膜6，留下窗口內(nèi)的勢壘金屬膜6，得到柵帽與柵足自對準、左右對稱的T形柵。勢壘金屬膜6由鈦(Ti)、鉑(Pt)、金(Au)三層金屬構(gòu)成，實施例勢壘金屬膜6的厚度鈦(Ti)為1000，鉑(Pt)為2000，金(Au)為7000。因此T形柵勢壘金屬膜6的柵金屬厚度比較厚，有利于提高器件性能，并且T形柵座落在氮化硅2介質(zhì)上，雖然柵金屬厚度比較厚，也不會倒伏，有良好機械性能。本發(fā)明可以用較粗的掩膜版，獲得很細的柵條，大大降低制版精度和光刻難度，便于批量生產(chǎn)，適用于2英寸以上大圓片半導(dǎo)體器件的研制和生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件柵帽與柵足自對準的T形柵加工方法，其特征在于它包含的加工步驟有在砷化鎵(1)襯底上淀積一層氮化硅(2)膜，氮化硅(2)膜上涂兩層不同光刻膠(3)、(4)；用一塊掩膜版放在光刻膠(4)上，對位曝光顯影，光刻膠(4)上曝光顯影出近似矩形的光刻膠窗口；大面積曝光顯影，光刻膠(3)上曝光顯影出近似矩形的比光刻膠(4)尺寸大的光刻膠窗口，露出膠窗口底部的氮化硅(2)；在光刻膠(4)上、光刻膠(4)窗口和光刻膠(3)窗口中淀積一層介質(zhì)膜(5)，介質(zhì)膜(5)淀積厚度為0.1μm至1.0μm；反應(yīng)離子刻蝕光刻膠(4)上的介質(zhì)膜(5)和光刻膠(3)、(4)窗口中底部氮化硅(2)上介質(zhì)膜(5)和氮化硅(2)，在窗口底部的氮化硅(2)膜和介質(zhì)膜(5)上得到尺寸縮小了的狹窄窗口；用氫氟酸腐蝕液去除掉所有的介質(zhì)膜(5)，留下氮化硅(2)膜；對砷化鎵(1)腐蝕挖槽后，在砷化鎵(1)片上垂直蒸發(fā)勢壘金屬膜(6)，剝離掉砷化鎵(1)上光刻膠(3)、(4)及光刻膠(3)、(4)上的勢壘金屬膜(6)，得到柵帽與柵足自對準的T形柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件柵帽與柵足自對準的T形柵加工方法，其特征在于砷化鎵(1)襯底上淀積一層厚度為500至4000的氮化硅(2)膜，在氮化硅(2)膜上涂兩層厚度分別為3000至15000的不同光刻膠(3)、(4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件柵帽與柵足自對準的T形柵加工方法，其特征在于氫氟酸去除介質(zhì)膜(5)采用的溫度為20℃至80℃。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體器件柵帽與柵足自對準的T形柵加工方法,它用普通工藝設(shè)備,采用雙層光刻膠,利用兩種介質(zhì)腐蝕速率差異大的特性,反應(yīng)離子刻蝕后,去除腐蝕速率快的介質(zhì),由腐蝕速率慢的介質(zhì)和光刻膠構(gòu)成柵窗口。一次光刻,不用套刻,剝離后獲得柵帽與柵足自對準、左右對稱的T形柵,柵長最小可達0.1μm,降低了制版精度、光刻難度和加工成本,特別適合2英寸以上大圓片半導(dǎo)體器件研制生產(chǎn),可推廣應(yīng)用。
文檔編號H01L21/28GK1273434SQ0010522
公開日2000年11月15日 申請日期2000年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月5日
發(fā)明者丁奎章, 宋力波, 王同祥, 馮震 申請人:信息產(chǎn)業(yè)部電子第十三研究所