一种基于两步法制作栅脚和栅帽的浮空t型栅的制作方法
技术领域
1.本发明属于半导体器件技术领域，涉及一种基于两步法制作栅脚和栅帽的浮空t型栅的制作方法。
背景技术：2.随着5g、6g通信等未来通讯技术的大规模需求以及雷达天线等的国防应用。基于gan、gaas材料的等微波毫米波器件需要持续提高其频率特性，使其满足射频应用方面的需求。栅长以及栅结构是决定器件频率特性的关键因素，t形栅结构由于比i形栅具有更低的寄生电阻和电容而被广泛采用。t型栅工艺是目前ganhemt、gaasphemt器件整个工艺流程的最核心单步工艺，其特征栅长通常在80～250nm，未来在更高频的通信和雷达应用中，会要求达到50nm以下。
3.为了满足微波通信和电力电子领域中电路频率不断向高频方向的拓展需求，随着频率的提高，器件的栅长需要不断的减小。在“t”型栅工艺中，缩小的栅脚可以提高器件的频率特性，而较大的栅帽可以使沿电流传导方向的栅截面积较大，这样能够保证具有较小的栅寄生电阻，从而有效抑制由栅长减小引起的栅电阻增大。
4.性能优良的“t”型栅需要栅脚小、栅帽较厚、形貌较好的特点。现有的常用制作“t”型栅工艺的方法是通过光刻、蒸发金属、剥离、去胶实现的。由于“t”型栅的栅脚尺寸一般在200nm以下，采用传统的光学光刻工艺会受到光刻设备极限性能及设备成本的限制，因此常用的实现方法是采用电子束光刻。同时，由于“t”型栅的特殊结构，采用电子束光刻工艺时，需要同时使用多层光刻胶并一次光刻形成t型结构，然后经过栅金属蒸发与剥离得到“t”型栅。
5.采用电子束光刻工艺时，需要同时使用多层光刻胶并一次光刻形成t型结构，然后经过栅金属蒸发与剥离得到“t”型栅。
6.多层光刻胶的使用导致总叠加的胶厚太厚，往往达到1um以上，在曝光过程中由于电子束流的扫描过程会在胶中发生散射，扫描到底部散射更大，这样会产生一定程度外扩。而且在显影过程中为了使底层胶显透，往往会导致栅脚外扩、侧壁倾斜。且剥离工艺易产生栅帽金属的横向不规则外扩，导致栅帽侧壁不规则，进一步增大了栅电容，这些问题严重影响了器件的频率性能并引入寄生。而且由于特殊的t型结构且栅脚较细，下层胶在剥离过程中往往会将整个栅金属一起剥离掉，或者形成栅的倒塌，使器件的制作效率降低，进一步导致工艺成本增加。
技术实现要素：7.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于两步法制作栅脚和栅帽的浮空t型栅的制作方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
8.本发明实施例提供了一种基于两步法制作栅脚和栅帽的浮空t型栅的制作方法，所述浮空t型栅的制作方法包括：
9.选取半导体层；
10.在所述半导体层上制备具有栅脚区的第一光刻胶层，所述栅脚区暴露所述半导体层；
11.在所述第一光刻胶层和所述栅脚区上制备金属层；
12.在所述金属层上制备具有栅帽区的第二光刻胶层，所述栅帽区暴露所述金属层，所述第二光刻胶层的烘烤温度低于所述第一光刻胶层的烘烤温度；
13.在所述栅帽区制备栅帽；
14.去除所述第二光刻胶层；
15.去除所述栅帽两侧位于所述第一光刻胶层上的金属层；
16.去除所述第一光刻胶层，以制备t型栅结构。
17.在本发明的一个实施例中，在所述半导体层上制备具有栅脚区域的第一光刻胶层，包括：
18.在所述半导体层上涂覆所述第一光刻胶层，并烘烤所述第一光刻胶层；
19.利用电子束光刻所述第一光刻胶层的栅脚区域；
20.显影所述第一光刻胶层，以去除所述栅脚区域的所述第一光刻胶层，形成暴露所述半导体层的所述栅脚区。
21.在本发明的一个实施例中，在所述第一光刻胶层和所述栅脚区上制备金属层，包括：
22.通过物理气相沉积方法在所述第一光刻胶层和所述栅脚区上制备金属层。
23.在本发明的一个实施例中，在所述金属层上制备具有栅帽区的第二光刻胶层，包括：
24.在所述金属层上涂覆所述第二光刻胶层，并烘烤所述第二光刻胶层；
25.光刻所述第二光刻胶层的栅帽区域；
26.显影所述第二光刻胶层，以去除所述栅帽区域的所述第二光刻胶层，形成暴露所述金属层的所述栅帽区。
27.在本发明的一个实施例中，所述第二光刻胶层的烘烤温度与所述第一光刻胶层的烘烤温度的温度差在20摄氏度以上。
28.在本发明的一个实施例中，在所述栅帽区制备栅帽，包括：
29.通过电镀工艺在所述栅帽区制备栅帽。
30.在本发明的一个实施例中，去除所述第二光刻胶层，包括：
31.使用丙酮和乙醇清洗去除所述第二光刻胶层，并进行吹干处理。
32.在本发明的一个实施例中，去除所述栅帽两侧位于所述第一光刻胶层上的金属层，包括：
33.采用湿法腐蚀或者干法刻蚀的方法去除所述栅帽两侧位于所述第一光刻胶层上的金属层。
34.在本发明的一个实施例中，去除所述第一光刻胶层，包括：
35.使用超声清洗去除所述第一光刻胶层。
36.与现有技术相比，本发明的有益效果：
37.本发明采用薄胶，不仅提高了光刻分辨率，而且可以做出尺寸更小的栅脚。尺寸小
的栅极可以使器件频率得到大幅度的提升。同时，本发明使用电镀工艺，代替了金属蒸发剥离工艺。相比于金属蒸发工艺，电镀工艺使侧壁陡直，形貌更好，栅电阻更小，减小了器件的寄生电容，会使器件性能得到提高。同时避开了剥离工艺，提高了产品成品率。
38.通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
39.图1为本发明实施例提供的一种基于两步法制作栅脚和栅帽的浮空t型栅的制作方法的制备方法的流程示意图；
40.图2a-图2l为本发明实施例提供的一种基于两步法制作栅脚和栅帽的浮空t型栅的制作方法的过程示意图。
具体实施方式
41.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
42.实施例一
43.请参见图1、图2a-图2l，图1为本发明实施例提供的一种基于两步法制作栅脚和栅帽的浮空t型栅的制作方法的流程示意图；图2a-图2l为本发明实施例提供的一种基于两步法制作栅脚和栅帽的浮空t型栅的制作方法的过程示意图。本发明提供一种基于两步法制作栅脚和栅帽的浮空t型栅的制作方法，该浮空t型栅的制作方法包括：
44.步骤1、请参见2a，选取半导体层。
45.优选地，半导体层例如可以包括衬底层和位于衬底层上的势垒层，衬底层的材料包括蓝宝石，硅或者碳化硅等，势垒层的材料包括algan/gan或者algaas/gaas等。
46.步骤2、在半导体层上制备具有栅脚区的第一光刻胶层，栅脚区暴露所述半导体层。
47.步骤2.1、请参见2b，在半导体层上涂覆第一光刻胶层，并烘烤第一光刻胶层。
48.优选地，第一光刻胶层的厚度范围为75-200nm。
49.步骤2.2、请参见2c，利用电子束光刻第一光刻胶层的栅脚区域。
50.步骤2.3、请参见2d，显影第一光刻胶层，以去除栅脚区域的第一光刻胶层，形成暴露半导体层的栅脚区，由此可以定义栅脚的长度。
51.步骤3、请参见2e，在第一光刻胶层和栅脚区上制备金属层。
52.具体地，通过物理气相沉积方法(如蒸发或者溅射工艺)在第一光刻胶层和栅脚区上制备金属层。
53.优选地，金属层的材料包括ni/au/pt。
54.步骤4、在金属层上制备具有栅帽区的第二光刻胶层，栅帽区通过光刻曝光显影出金属层，第二光刻胶层的烘烤温度低于第一光刻胶层的烘烤温度。
55.优选地，第二光刻胶层的烘烤温度与第一光刻胶层的烘烤温度的温度差在20摄氏
度以上。
56.优选地，第二光刻胶层的厚度范围为300-1000nm。
57.步骤4.1、请参见2f，在金属层上涂覆第二光刻胶层，并烘烤第二光刻胶层。
58.在本实施例中，第二光刻胶层的烘烤温度低于第一光刻胶层的烘烤温度，由此在烘烤第二光刻胶层时不会对第一光刻胶层产生影响，由此不会使第一光刻胶层发生变形或者蒸发，并且能够有效地对第二光刻胶层进行烘烤。
59.步骤4.2、请参见2g，光刻第二光刻胶层的栅帽区域。例如利用电子束光刻第二光刻胶层的栅帽区域。
60.步骤4.3、请参见2h，显影第二光刻胶层，以去除栅帽区域的第二光刻胶层，形成暴露金属层的栅帽区。
61.步骤5、请参见2i，在栅帽区制备栅帽。
62.具体地，通过电镀工艺在栅帽区制备栅帽。
63.优选地，栅帽的材料为au。
64.步骤6、请参见2j，去除第二光刻胶层。
65.具体地，使用丙酮和乙醇清洗去除第二光刻胶层，并进行吹干处理。
66.在去除第二光刻胶层时不能采用常规剥离，不能使用超声清洗，因为常规剥离和超声清洗容易把第一光刻胶层也一并去除。而是需要使用丙酮和乙醇清洗，清洗时可轻微晃动，后直接吹干。
67.步骤7、请参见2k，去除栅帽两侧位于第一光刻胶层上的金属层。
68.具体地，采用湿法腐蚀或者干法刻蚀的方法去除栅帽两侧位于第一光刻胶层上的金属层。
69.步骤8、请参见2l，去除第一光刻胶层，以制备t型栅结构。
70.具体地，使用超声清洗去除第一光刻胶层。
71.由于栅脚尺寸较小，所以在去除第一光刻胶层的清洗过程中应注意超声强度与水冲力度。经清洗后，留下平面材料上的金属，形成t型栅。
72.本发明分两步制作栅脚与栅帽。栅脚通过单独涂覆第一光刻胶层并沉积金属形成，单层光刻胶相对于多层光刻胶更薄，入射光造成的电子束散射较小，提高了光刻分辨率，能得到更小尺寸的栅脚光刻图形，同时栅脚侧壁更为陡直。
73.本发明的栅帽通过单层胶光刻和电镀工艺制作，由于栅帽尺寸较大，该光刻不仅可通过电子束光刻，也可通过光刻完成，金属工艺采用电镀工艺，能够高效的获得较厚的金属，且侧壁陡直形貌好，有利于降低栅电阻。由于栅帽金属一般采用金au，电镀工艺能够大幅节省金的用量，同时电镀工艺相对于常规的金属沉积剥离两步工艺，只需单步完成，且避免了剥离工艺可能引起的小尺寸栅脚脱落问题。
74.本发明在工艺设计过程中避免了剥离工艺，成品率较高。
75.本发明的工艺流程中所设计的电镀工艺会使栅极侧壁陡直，形貌更好，栅电阻更小，提高了工艺和器件性能的稳定性。
76.本发明相比于金属蒸发要整片淀积au、pt等昂贵的栅金属，电镀工艺更省金属，大大降低了成本，更易产业化。
77.在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗
示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
78.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特数据点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特数据点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
79.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
技术特征：1.一种基于两步法制作栅脚和栅帽的浮空t型栅的制作方法，其特征在于，所述浮空t型栅的制作方法包括：选取半导体层；在所述半导体层上制备具有栅脚区的第一光刻胶层，所述栅脚区暴露所述半导体层；在所述第一光刻胶层和所述栅脚区上制备金属层；在所述金属层上制备具有栅帽区的第二光刻胶层，所述栅帽区通过光刻曝光显影出所述金属层，所述第二光刻胶层的烘烤温度低于所述第一光刻胶层的烘烤温度；在所述栅帽区制备栅帽；去除所述第二光刻胶层；去除所述栅帽两侧位于所述第一光刻胶层上的金属层；去除所述第一光刻胶层，以制备t型栅结构。2.根据权利要求1所述的浮空t型栅的制作方法，其特征在于，在所述半导体层上制备具有栅脚区域的第一光刻胶层，包括：在所述半导体层上涂覆所述第一光刻胶层，并烘烤所述第一光刻胶层；利用电子束光刻所述第一光刻胶层的栅脚区域；显影所述第一光刻胶层，以去除所述栅脚区域的所述第一光刻胶层，形成暴露所述半导体层的所述栅脚区。3.根据权利要求1所述的浮空t型栅的制作方法，其特征在于，在所述第一光刻胶层和所述栅脚区上制备金属层，包括：通过物理气相沉积方法在所述第一光刻胶层和所述栅脚区上制备金属层。4.根据权利要求2所述的浮空t型栅的制作方法，其特征在于，在所述金属层上制备具有栅帽区的第二光刻胶层，包括：在所述金属层上涂覆所述第二光刻胶层，并烘烤所述第二光刻胶层；光刻所述第二光刻胶层的栅帽区域；显影所述第二光刻胶层，以去除所述栅帽区域的所述第二光刻胶层，形成暴露所述金属层的所述栅帽区。5.根据权利要求4所述的浮空t型栅的制作方法，其特征在于，所述第二光刻胶层的烘烤温度与所述第一光刻胶层的烘烤温度的温度差在20摄氏度以上。6.根据权利要求1所述的浮空t型栅的制作方法，其特征在于，在所述栅帽区制备栅帽，包括：通过电镀工艺在所述栅帽区制备栅帽。7.根据权利要求1所述的浮空t型栅的制作方法，其特征在于，去除所述第二光刻胶层，包括：使用丙酮和乙醇清洗去除所述第二光刻胶层，并进行吹干处理。8.根据权利要求1所述的浮空t型栅的制作方法，其特征在于，去除所述栅帽两侧位于所述第一光刻胶层上的金属层，包括：采用湿法腐蚀或者干法刻蚀的方法去除所述栅帽两侧位于所述第一光刻胶层上的金属层。9.根据权利要求1所述的浮空t型栅的制作方法，其特征在于，去除所述第一光刻胶层，
包括：使用超声清洗去除所述第一光刻胶层。
技术总结本发明涉及一种基于两步法制作栅脚和栅帽的浮空T型栅的制作方法，包括：选取半导体层；在半导体层上制备具有栅脚区的第一光刻胶层；在第一光刻胶层和栅脚区上制备金属层；在金属层上制备具有栅帽区的第二光刻胶层，栅帽区通过光刻曝光显影出金属层；在栅帽区制备栅帽；去除第二光刻胶层；去除栅帽两侧位于第一光刻胶层上的金属层；去除第一光刻胶层，以制备T型栅结构。本发明采用薄胶，不仅提高了光刻分辨率，而且可以做出尺寸更小的栅脚。尺寸小的栅极可以使器件频率得到大幅度的提升，满足器件在毫米波以上频段的使用。器件在毫米波以上频段的使用。器件在毫米波以上频段的使用。
技术研发人员：张鹏 李苗 朱青 马晓华 刘加志
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：2022.07.01
技术公布日：2022/11/1
