T形栅极的制造方法、高电子迁移率晶体管与流程

t形栅极的制造方法、高电子迁移率晶体管
技术领域
1.本技术涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种t形栅极的制造方法、高电子迁移率晶体管。


背景技术：

2.影响hemt(高电子迁移率晶体管)器件性能的半导体工艺中，栅的制造是最为困难的。为了提高器件的工作频率，必须不断缩小栅长。目前栅长尺寸已经达到深亚微米甚至纳米水平，但是栅长减小的同时，会带来其它一些问题，主要是栅电阻的增大，为此需要制作t形栅极来减少由于栅寄生电阻而引起的晶体管噪声。
3.在相关技术中，通过在基板上使用高成本的pmma(poly methylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯，一种聚合体)层和copolymer(共聚物)层，并通过e-beam(电子束)光刻机工艺完成t形栅极的制作，由于电子束光刻机光刻时间长且十分昂贵，并且使用pmma和 copolymer这两种材料的方案在成本和量产方面均不利，所以该方法效率低成本高。


技术实现要素：

4.本技术的目的是针对上述现有技术的不足提出的一种t形栅极的制造方法、高电子迁移率晶体管，该目的是通过以下技术方案实现的。
5.本技术的第一方面提出了一种t形栅极的制造方法，所述方法包括：
6.在基板的表面沉积氧化物层并涂布i线光刻胶；
7.进行i线光刻机曝光，并对氧化物层进行刻蚀直至露出基板，以形成第一宽度的氧化物层开口；
8.在所述开口的两侧对部分厚度的氧化物层进行第二次刻蚀，使该厚度的氧化物层开口达到第二宽度，所述第二宽度大于第一宽度；
9.沉积金属层后减薄金属层直至露出氧化物层，去除基板表面剩余的氧化物层形成t形栅极。
10.本技术的第二方面提出了一种t形栅极的制造方法，所述方法包括：
11.在基板的表面涂布一层i线光刻胶并沉积旋涂soc层后再涂布一层i线光刻胶；
12.进行i线光刻机曝光，并对soc层进行刻蚀直至露出底层i线光刻胶，以形成第一宽度的soc层开口；
13.形成所述开口的侧墙，以将所述层开口缩小至第二宽度；
14.对所述开口中露出的底层i线光刻胶进行刻蚀直至露出基板，以形成第二宽度的底层i线光刻胶开口；
15.去除所述侧墙，以恢复第一宽度的的soc层开口；
16.沉积金属层后减薄金属层直至露出soc层，去除基板表面剩余的soc层和底层i线光刻胶形成t形栅极。
17.本技术的第三方面提出了一种t形栅极的制造方法，所述方法包括：
18.在基板的表面依次沉积氧化物层、旋涂soc层，并在soc层上涂布i线光刻胶；
19.进行i线光刻机曝光，并对soc层进行刻蚀直至露出氧化物层，以形成第一宽度的soc层开口；
20.形成所述开口的侧墙，以将所述开口缩小至第二宽度；
21.对所述开口中露出的氧化物层进行刻蚀直至露出基板，以形成第二宽度的氧化物层开口；
22.去除所述侧墙，以恢复第一宽度的soc层开口；
23.沉积金属层后减薄金属层直至露出i线光刻胶，并去除基板表面剩余的氧化物层、soc层和i线光刻胶形成t形栅极。
24.本技术的第四方面提出了一种高电子迁移率晶体管，包括如上述第一方面或第二方面或第三方面所述的t形栅极。
25.在本技术实施例中，本技术通过使用低成本的材料i-line pr(i 线光刻胶)、oxide(氧化物)、nitride(氮化物)、高碳含量的聚合物 soc(spin-on-carbon，碳涂层)等取代高成本材料，并使用i-line 光刻工艺来缩短工艺时间。
附图说明
26.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
27.图1为现有技术制造的t形栅极的影像；
28.图2为现有技术制造t形栅极的工艺流程操作示意图；
29.图3为本技术根据一示例性实施例示出的一种t形栅极的制造方法流程图；
30.图3a-图3j为根据图3示出的一种t形栅极的制造工艺流程操作示意图；
31.图4为本技术根据一示例性实施例示出的又一种t形栅极的制造方法流程图；
32.图4a-图4j为根据图4示出的一种t形栅极的制造工艺的操作流程；
33.图5为本技术根据一示例性实施例示出的又一种t形栅极的制造方法流程图；
34.图5a-图5j为根据图5示出的一种t形栅极的制造工艺的操作流程。
具体实施方式
35.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
36.在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
37.在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元
件“下”。
38.参见图1所示的现有技术制造的t形栅极的影像，因为需要制作70nm～120nm的图案，所以通常利用侧墙(spacer)来形成栅极 (gate)，图1所示的t形栅极的根部为70nm的图案。
39.参见图2所示的现有技术制造t形栅极的工艺流程，工艺步骤包括：
40.1)在基板上依次沉积pmma胶层、copolymer层、pmma胶层，得到图(2a)；
41.2)使用e-beam光刻机对pmma胶层进行e-beam曝光 (exposure)，以形成光刻胶间隔，得到图(2b)；
42.3)对光刻胶间隔中露出的copolymer层进行干法刻蚀(dry etch)，得到图(2c)；
43.4)进行copolymer湿法刻蚀(wet etch)，得到图(2d)；
44.5)进行第一次回刻(etch back)，得到图(2e)；
45.6)沉积金属层(metal depo)，得到图(2f)；
46.7)进行第二次回刻，得到图(2g)；
47.8)进行第三次回刻，得到图(2h)；
48.9)进行灰化(ashing)和剥离(strip)，得到图(2i)，即得到t 形栅极。
49.由上述制造t形栅极的工艺流程，使用pmma和copolymer 两种膜层材料的工艺方案，虽然具有简单的优点，但是这两种材料的成本高，又由于使用的是e-beam光刻工艺，工艺时间长。
50.为解决上述技术问题，本技术通过使用低成本的材料i-line pr (i线光刻胶)、oxide(氧化物)、nitride(氮化物)、高碳含量的聚合物soc(spin-on-carbon，碳涂层)等取代高成本材料，并使用节省工艺时间的i-line光刻工艺来改善上述工艺方案。
51.下面以具体实施例对本技术提出的t形栅极的工艺制造方案进行阐述。
52.实施例一
53.参见图3，图3为本技术提出的一种t形栅极的制造方法流程，同时参见图3a-图3j，工艺流程对应的操作示意图，该制造方法包括如下步骤：
54.步骤s31：在基板301的表面上沉积氧化物层302并涂布i线光刻胶303，如图(3a)所示。
55.示例性的，所述基板301为ga/as(镓/砷)半导体基板。
56.在一实施例中，沉积氧化物(oxide)层302的方式可以采用淀沉工艺中相关技术实现，如化学气相淀沉(cvd)、物理气相淀沉(pvd)。
57.在一实施例中，i线光刻胶(i-line photo resist，简称i-line pr) 的涂布方式包括滚涂(roll)、旋涂(spin)、刮涂(slit)等方式。
58.步骤s32：进行i线光刻机曝光，并对氧化物层302进行刻蚀直至露出基板，以形成第一宽度的氧化物层开口，如图(3b)、(3c)、 (3d)所示。
59.在一些实施例中，进行i线光刻机曝光形成第三宽度的光刻胶开口(pr space)，如图(3b)所示，通过光刻胶回流(pr flow)工艺将第三宽度的光刻胶开口缩小至第一宽度，如图(3c)所示，然后对第一宽度的光刻胶开口中露出的氧化物层302进行刻蚀直至露出基板，形成第一宽度的氧化物层开口，如图(3d)所示。
60.其中，第三宽度可以是450纳米～550纳米，第一宽度可以是70 纳米～130纳米。
61.下面以第一宽度为120nm，第三宽度为500nm为例：
62.i线光刻机曝光(i_line expose)后可以先形成第三宽度为500nm 的光刻胶开口，通过光刻胶回流工艺将500nm的光刻胶开口缩小至 120nm的第一宽度，从而刻蚀掉光刻胶开口中露出的氧化物层302后，形成120纳米的氧化物层开口。
63.其中，由上述得到120纳米的氧化物层开口可知，该开口的关键尺寸(cd)为120nm。
64.由上述描述可知，氧化物层开口的关键尺寸由上述光刻胶回流工艺来决定。
65.步骤s33：在氧化物层开口的两侧对部分厚度的氧化物层进行第二次刻蚀，使该厚度的氧化物层开口达到第二宽度，如图(3e)、(3f) 所示。
66.其中，第二宽度大于第一宽度。
67.基于上述步骤s32对第一宽度的限定，第二宽度可以是430纳米～480纳米。
68.在一些实施例中，通过对i线光刻胶303进行等方性刻蚀，以将第一宽度的光刻胶开口扩大至第二宽度，如图(3e)所示，对第二宽度的光刻胶开口中露出的氧化物层302刻蚀部分厚度，使该厚度的氧化物层开口达到第二宽度，如图(3f)所示。
69.需要说明的是，上述对i线光刻胶303进行等向性刻蚀和对氧化物层302刻蚀之后，都会将顶层的i线光刻胶在一定程度上减薄一些。
70.在一例子中，以第二宽度为460nm为例，基于上述步骤s33的描述，经过光刻胶流动工艺将光刻胶开口缩小至120nm，通过对i线光刻胶303进行等向性刻蚀可以将光刻胶开口再扩大至460nm，从而对氧化物层302追加刻蚀，可以得到460nm的氧化物层开口。
71.由上述步骤s32和步骤s33描述可知，由i线光刻胶303的等向性刻蚀、氧化物层302的两次刻蚀，在氧化物层302上形成t形栅极的结构空间。
72.需要进一步说明的是，在沉积金属层之前，可以对剩余的i线光刻胶303进行灰化(ashing)和剥离(strip)，如图(3g)所示。
73.步骤s34：沉积金属层304后减薄金属层直至露出氧化物层，如图(3h)、(3i)所示。
74.在步骤s34中，沉积金属层304后，如图(3h)所示，可以利用平坦化工艺减薄金属层直至露出氧化物层302，如图(3i)所示。
75.其中，所述金属层304指的是栅极(gate)金属层。
76.示例性的，平坦化工艺可以是cmp(化学机械平坦化)工艺或者回刻(etch back)工艺。
77.步骤s35：去除基板301表面剩余的氧化物层302形成t形栅极，如图(3j)所示。
78.示例性的，可以采用湿刻法(oxide wet etch)去除基板表面剩余的氧化物层302，并进行清洗。
79.由上述步骤s31～步骤s35的工艺流程，可以得到120nm的t形栅极。
80.至此，完成上述图3所示的流程，通过图3所示的流程，本实施例通过使用低成本的氧化物 i线光刻胶的膜层材料替代高成本材料，以节省生产成本(product cost)，并通过使用i线光刻工艺来缩短工艺时长。
81.实施例二
82.参见图4，图4为本技术提出的又一种t形栅极的制造方法流程图，同时参见图4a-图4j，为工艺流程对应的操作示意图，该制造方法包括如下步骤：
83.步骤s41：在基板401的表面涂布一层i线光刻胶402并旋涂soc 层403后再涂布一
层i线光刻胶404，如图(4a)所示。
84.在步骤s41中，薄膜层沉积和涂布方式参见上述步骤s31所述，不再详述。
85.在本实施例中，相当于在i线光刻胶的中间层形成soc层。
86.步骤s42：进行i线光刻机曝光，并对soc层进行刻蚀直至露出底层i线光刻胶，以形成第一宽度的soc层开口，如图(4b)、(4c) 所示。
87.在步骤s42中，进行i线光刻机曝光后形成第一宽度的光刻胶开口(pr space)，如图(4b)所示，然后对光刻胶开口中露出的soc 层403进行刻蚀直至露出底层i线光刻胶402，形成第一宽度的soc 层开口，如图(4c)所示。
88.其中，第一宽度可以是430纳米～480纳米。
89.步骤s43：形成所述开口的侧墙，以将所述开口缩小至第二宽度，如图(4d)、(4e)所示。
90.在一些实施例中，可以通过沉积一侧墙氧化物层405，如图(4d) 所示，并对侧墙氧化物层进行各项异性刻蚀形成所述开口的侧墙，如图(4e)所示。
91.其中，第二宽度可以是70纳米～130纳米。
92.示例性的，以第一宽度为460nm，第二宽度为120nm为例，i线光刻机曝光可以形成460nm的光刻胶开口，刻蚀掉光刻胶开口中露出的soc层403后沉积一侧墙氧化物层405，以将460nm的光刻胶开口缩小至120nm，如图(4d)所示，然后刻蚀掉第二宽度的soc 层开口中的侧墙氧化物层405和顶层i线光刻胶404上的侧墙氧化物层405，以露出顶层i线光刻胶404和部分的底层i线光刻胶402，如图(4e)所示。
93.步骤s44：对所述开口中露出的底层i线光刻胶402进行回刻直至露出基板401，以形成第二宽度的底层i线光刻胶开口，如图(4f) 所示。
94.在步骤s44中，可以对剩余的顶层i线光刻胶404和露出的底层 i线光刻胶402进行回刻直至漏出基板401，以形成第二宽度的底层i 线光刻胶开口，如图(4f)所示。
95.由上述描述可见，通过控制上述沉积的侧墙氧化层405的厚度可以决定底层i线光刻胶开口的关键尺寸(cd)。
96.步骤s45：去除所述侧墙，以恢复第一宽度的soc层开口，如图(4g)所示。
97.在一实施例中，可以采用湿刻法(wet etch)去除侧墙。
98.在本实施例中，由形成侧墙氧化层405、对侧墙氧化层405的刻蚀、对i线光刻胶的回刻来形成由t形栅极的结构空间。
99.步骤s46：沉积金属层406后减薄金属层直至露出soc层403，如图(4h)、(4i)所示。
100.在步骤s46中，沉积金属层406后，如图(4h)所示，可以利用平坦化工艺减薄金属层406直至露出soc层403，以利用金属填充t 形栅极的结构空间，如图(4i)所示。
101.其中，所述金属层406指的是栅极金属层。
102.示例性，平坦化工艺可以是cmp(化学机械平坦化)工艺或者回刻(etch back)工艺。
103.步骤s47：去除基板401表面剩余的soc层403和底层i线光刻胶402形成t形栅极，如图(4j)所示。
104.示例性的，可以采用灰化(ashing)方法和剥离(strip)方法去除基板401表面剩余的soc层403和底层i线光刻胶402。
105.由上述步骤s41～步骤s47的工艺流程，可以得到120nm的t形栅。
106.至此，完成上述图4所示的流程，通过图4所示的流程，本实施例通过使用低成本的i线光刻胶 soc i线光刻胶的膜层材料替代高成本材料，以节省生产成本(product cost)，并通过使用i_line光刻工艺来缩短工艺时长。
107.实施例三
108.参见图5，图5为本技术提出的又一种t形栅极的制造方法流程图，同时参见图5a-图5j，为工艺流程对应的操作示意图，该制造方法包括如下步骤：
109.步骤s51：在基板501的表面依次沉积氧化物层502、旋涂soc 层503，并在soc层503上涂布i线光刻胶504，如图(5a)所示。
110.在步骤s51中，薄膜层沉积和涂布方式参见上述步骤s31所述，不再详述。
111.步骤s52：进行i线光刻机曝光，并对soc层503进行刻蚀直至露出氧化物层502，以形成第一宽度的soc层开口，如图(5b)、(5c) 所示。
112.在步骤s52中，进行i线光刻机曝光后形成第一宽度的光刻胶开口(pr space)，如图(5b)所示，然后对光刻胶开口中露出的soc 层503进行刻蚀直至露出氧化物层502，形成第一宽度的soc层开口，如图(5c)所示。
113.其中，第一宽度可以是430纳米～480纳米。
114.步骤s53：形成所述开口的侧墙，以将所述开口缩小至第二宽度，如图(5d)、(5e)所示。
115.在一些实施例中，可以通过沉积一侧墙氮化物层505，如图(5d) 所示，并对所述侧墙氮化物层505进行各项异性刻蚀形成所述开口的侧墙，如图(5e)所示。
116.其中，第二宽度可以是70纳米～130纳米。
117.示例性的，以第一宽度为460nm，第二宽度为120nm为例，i线光刻机曝光可以形成460nm的光刻胶开口，刻蚀掉光刻胶开口中露出的soc层503后沉积一侧墙氮化物层505，以将460nm的光刻胶开口缩小至120nm，如图(5d)所示，然后刻蚀掉第二宽度的soc 层开口中的侧墙氮化物层505和i线光刻胶504上的侧墙氮化物层505，以漏出i线光刻胶504和部分的氧化物层502，如图(5e)所示。
118.步骤s54：对所述开口中漏出的氧化物层502进行刻蚀直至露出基板501，以形成第二宽度的氧化物层开口，如图(5f)所示。
119.由上述描述可见，通过控制上述沉积的侧墙氮化物层505的厚度可以决定氧化物层开口的关键尺寸(cd)。
120.步骤s55：去除所述侧墙，以恢复第一宽度的soc层开口，如图(5g)所示。
121.在一实施例中，可以采用湿刻法(wet etch)去除侧墙。
122.在本实施例中，由形成侧墙氮化物层505、对侧墙氮化物层505 的刻蚀以及对氧化物层502的刻蚀来形成t形栅极的结构空间。
123.步骤s56：沉积金属层506后减薄金属层直至露出i线光刻胶504，如图(5h)、(5i)所示。
124.在步骤s56中，沉积金属层506后，如图(5h)所示，可以利用平坦化工艺减薄金属层506直至露出i线光刻胶504，以利用金属填充t形栅极的结构空间，如图(5i)所示。
125.其中，所述金属层506指的是栅极金属层。
126.示例性，平坦化工艺可以是cmp(化学机械平坦化)工艺或者回刻(etch back)工艺。
127.步骤s57：去除基板501表面剩余的氧化物层502、soc层503 和i线光刻胶504形成t形栅极，如图(5j)所示。
128.示例性的，可以采用灰化、剥离以及湿刻方法去除基板501表面剩余的氧化物层502、soc层503和i线光刻胶504。
129.由上述步骤s51～步骤s57的工艺流程，可以得到120nm的t形栅。
130.至此，完成上述图5所示的流程，通过图5所示的流程，本实施例通过使用低成本的氧化物 soc i线光刻胶的膜层材料替代高成本材料，以节省生产成本(product cost)，并通过使用i_line光刻工艺来缩短工艺时长。
131.本技术还提出了一种高电子迁移率晶体管，包括如上述图3或图 4或图5所述的t形栅极。
132.在以上的描述中，对于各层的构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
133.以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。