一种T型栅及其制备方法、HEMT器件

技术领域

本申请涉及半导体器件技术领域，具体而言，涉及一种T型栅及其制备方法、HEMT器件。

背景技术

在砷化镓/氮化镓射频毫米波单片集成电路上，栅长是影响微波器件性能的一个重要参数，在一定条件下，栅长与器件频率直接相关，减小栅长能够大幅提高器件的频率和增益性能。T型栅是为了减小栅电阻而普遍采用的一种栅形。

目前用电子束扫描曝光机工艺制作T形栅的方法有两种：一种是半导体基板上使用两层E-beam复合胶，也就是下层根部腔体和上层头部腔体两层图形都由电子束扫描曝光机完成。此方法中电子束扫描曝光机需要完成三次光刻来制造T形栅，下层一次，上层两次(上层图形在下层图形的两边，一边光刻一次)。相较于光刻胶的光刻机，电子束扫描曝光机光刻时间长，且电子束扫描曝光机十分昂贵，所以该方法效率低成本大。另一种方法是：下层是E-beam胶，上层DUV胶。也就是上层头部腔体图形交给光刻胶光刻机工艺完成，电子束扫描曝光机工艺只需要做下层根部一层的腔体图形。该方法中依旧需要使用电子束扫描光机工艺，使得T型栅的制备时间较长。

发明内容

本申请的目的在于提供一种T型栅及其制备方法、HEMT器件，能够缩短T型栅的制备时间，提高器件制备效率。

本申请的实施例一方面提供了一种T型栅的制备方法，包括：提供外延片；在外延片上涂覆光刻胶材料形成支撑层；在支撑层上形成第一凹槽，第一凹槽穿透支撑层露出外延片；在形成有第一凹槽的支撑层上沉积金属层；在金属层对应第一凹槽的区域铺设光刻胶，且光刻胶在外延片上的投影覆盖第一凹槽在外延片上的投影；去除金属层未覆盖光刻胶的部分；去除光刻胶和光刻胶材料的支撑层形成外延片上的T型栅，未去除光刻胶材料的支撑层作为T型栅的栅足。

作为一种可实施的方式，在支撑层上形成第一凹槽，第一凹槽穿透支撑层露出外延片包括：采用第一掩膜板光刻支撑层，支撑层上形成第二凹槽，第二凹槽穿透支撑层露出外延片；在第二凹槽内沉积氧化物，氧化物覆盖第二凹槽的侧壁；图案化氧化物，形成覆盖第二凹槽侧壁的垫层，垫层在第二凹槽内所围合的区域界定为第一凹槽。

作为一种可实施的方式，在第二凹槽内沉积氧化物，氧化物覆盖第二凹槽的侧壁之前，T型栅制备方法还包括：在采用第一掩膜板光刻后的支撑层上设置隔离层，隔离层覆盖第二凹槽的侧壁。

作为一种可实施的方式，在形成有第一凹槽的支撑层上沉积金属层之前，T型栅制备方法还包括：清除第一凹槽的侧壁以及底部的杂质。

作为一种可实施的方式，在金属层对应第一凹槽的区域铺设光刻胶，且光刻胶在外延片上的投影覆盖第一凹槽在外延片上的投影包括：在金属层上涂覆光刻胶材料；采用第二掩膜板曝光固化光刻胶材料形成光刻胶。

作为一种可实施的方式，第二凹槽的线宽在450-550mm之间，第二凹槽的深度0.9-1.1um之间。

作为一种可实施的方式，在采用第一掩膜板光刻后的支撑层上设置隔离层，隔离层覆盖第二凹槽的侧壁包括：在掩膜板曝光刻蚀后的支撑层上涂覆紫外光固化胶并固化为隔离层。

作为一种可实施的方式，垫层的厚度为150-190nm,隔离层的厚度为19-21nm。

本申请的实施例另一方面提供了一种T型栅，采用上述T型栅的制备方法在外延片上制备而成，T型栅包括栅足以及与栅足连接的栅帽，栅足远离栅帽的一端与外延片连接。

本申请的实施例另一方面提供了一种HEMT器件，包括外延片，以及设置于外延片同一表面上的源极、漏极和上述T型栅，T型栅位于漏极和源极之间。

本申请实施例的有益效果包括：

本申请提供的T型栅的制备方法，包括：提供外延片；在外延片上涂覆光刻胶材料形成支撑层；在支撑层上形成第一凹槽，第一凹槽穿透支撑层露出外延片；第一凹槽内用于沉积金属形成栅足，在形成有第一凹槽的支撑层上沉积金属层；在金属层对应第一凹槽的区域铺设光刻胶，且光刻胶在外延片上的投影覆盖第一凹槽在外延片上的投影；去除金属层未覆盖光刻胶的部分；光刻胶覆盖的金属层作为栅帽，去除光刻胶和光刻胶材料的支撑层形成外延片上的T型栅，未去除光刻胶材料的支撑层作为T型栅的栅足。在形成第一凹槽及光刻胶均采用光刻，避免了现有技术中采用电子束扫描光机工艺刻蚀使用时间较长的缺点，从而缩短T型栅的制备时间，提高器件制备效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种T型栅的制备方法流程图之一；

图2为本申请实施例提供的一种T型栅的制备方法流程图之二；

图3为本申请实施例提供的一种T型栅的制备过程的状态图之一；

图4为本申请实施例提供的一种T型栅的制备过程的状态图之二；

图5为本申请实施例提供的一种T型栅的制备过程的状态图之三；

图6为本申请实施例提供的一种T型栅的制备过程的状态图之四；

图7为本申请实施例提供的一种T型栅的制备过程的状态图之五；

图8为本申请实施例提供的一种T型栅的制备过程的状态图之六；

图9为本申请实施例提供的一种T型栅的制备过程的状态图之七；

图10为本申请实施例提供的一种T型栅的制备过程的状态图之八；

图11为本申请实施例提供的一种T型栅的制备过程的状态图之九；

图12为本申请实施例提供的一种T型栅的制备过程的状态图之十；

图13为本申请实施例提供的一种T型栅的制备过程的状态图之十一。

图标：100-T型栅；110-外延片；120-支撑层；130-第一凹槽；140-金属层；150-光刻胶；160-第二凹槽；170-氧化物；180-隔离层；210-栅足；220-栅帽。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

T型栅能够减小栅长，从而提高器件的频率和增益性能，但是，由于G光刻工艺线宽的限制，现有技术中制备T型栅多采用电子束刻蚀工艺进行，因为电子束刻蚀具有高精度，能够完成纳米级工艺，但是电子束扫描曝光的时间较长，且电子束扫描曝光机十分昂贵，不利用大规模T型栅的制备。

本申请提供了一种T型栅100的制备方法，如图1所示，包括：

S110：提供外延片110。

其中，外延片110的结构本发明不做限制，可以理解的是外延片110由衬底和设于衬底上的外延层组成，在本申请实施例中，外延片110包括但不限于硅片、氮化镓衬底的外延片110、碳化硅衬底的外延片110、铝镓氮外延片110等等。

S120：如图3所示，在外延片110上涂覆光刻胶材料形成支撑层120。

S130：如图8所示，在支撑层120上形成第一凹槽130，第一凹槽130穿透支撑层120露出外延片110。

采用掩膜板覆盖支撑层120后，使用特定波长的光照射设置有掩膜板的支撑层120，光透过掩膜板使得露出掩膜板的光刻胶材料固化，并对固化后的光刻胶材料进行清洗，从而形成第一凹槽130。

需要说明的是，上述形成过程采用的光刻胶150为正胶的方式进行描述，但是，本申请实施例的光刻胶材料不限定为正胶，也可以采用负胶，只要能够形成第一凹槽130即可，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定。

S140：如图9所示，在形成有第一凹槽130的支撑层120上沉积金属层140；

沉积金属层140的形成方式，可以采用蒸镀工艺，也可以采用溅射工艺。在本实施例中，优选为蒸镀工艺。金属层140采用的具体材料本申请实施例也不做限制，可以是金、铜，银等等。

需要说明的是，在形成有第一凹槽130的支撑层120上沉积金属层140时，为了使得金属层140能够在第一凹槽130的上部沉积形成栅帽，金属层140沉积的厚度应当设置的较大，使得金属层140能够在填充第一凹槽130之后，在支撑层120上也具有一定的厚度。

S150：如图11所示，在金属层140对应第一凹槽130的区域铺设光刻胶150，且光刻胶150在外延片110上的投影覆盖第一凹槽130在外延片110上的投影；

光刻胶150覆盖的金属层140的部分作为T型栅100的栅帽220，栅帽220与栅足210对应设置，且栅帽220的横截面积大于栅足210的横截面积，第一凹槽130沉积的金属层140作为栅足210，从而使得光刻胶150对应的金属层140的横截面积大于第一凹槽130的横截面积，使得光刻胶150在外延片110上的投影覆盖第一凹槽130在外延片110上的投影。

S160：如图12所示，去除金属层140未覆盖光刻胶150的部分；

当光刻胶150覆盖部分金属层140后，可以采用光固化的方式刻蚀掉未被光刻胶150覆盖的部分，以将被光刻胶150覆盖的金属层140留下，作为T型栅100的栅帽220。

S170：如图13所示，去除光刻胶150以及光刻胶材料的支撑层120形成外延片110上的T型栅100，未去除光刻胶材料的支撑层120作为T型栅100的栅足210。

最后去除光刻胶150以及光刻胶材料的支撑层120，使得第一凹槽130内的栅足210和光刻胶150下的栅帽220外露。

采用光刻胶材料制备支撑层120和光刻胶150，曝光时采用常用的DUV光曝光机进行，相对于现有技术中的电子束曝光能够大大缩短曝光的时间，从而提高T型栅100的制备效率。

本申请提供的T型栅100的制备方法，包括：提供外延片110；在外延片110上涂覆光刻胶材料形成支撑层120；在支撑层120上形成第一凹槽130，第一凹槽130穿透支撑层120露出外延片110；第一凹槽130内用于沉积金属形成栅足210，在形成有第一凹槽130的支撑层120上沉积金属层140；在金属层140对应第一凹槽130的区域铺设光刻胶150，且光刻胶150在外延片110上的投影覆盖第一凹槽130在外延片110上的投影；去除金属层140未覆盖光刻胶150的部分；光刻胶150覆盖的金属层140作为栅帽220，去除光刻胶150和光刻胶材料的支撑层120形成外延片110上的T型栅100，未去除光刻胶材料的支撑层120作为T型栅100的栅足210。在形成第一凹槽130及光刻胶150均采用光刻，避免了现有技术中采用电子束扫描光机工艺刻蚀使用时间较长的缺点，从而缩短T型栅100的制备时间，提高器件制备效率。

可选的，如图2所示，在支撑层120上形成第一凹槽130，第一凹槽130穿透支撑层120露出外延片110包括：

S131:如图4所示，采用第一掩膜板光刻支撑层120，支撑层120上形成第二凹槽160，第二凹槽160穿透支撑层120露出外延片110。

S132：如图6所示，在第二凹槽160内沉积氧化物170，氧化物170覆盖第二凹槽160的侧壁。

S133：如图7、图8所示，图案化氧化物170，形成覆盖第二凹槽160侧壁的垫层，垫层在第二凹槽160内所围合的区域界定为第一凹槽130。

本申请实施例的一种可实现的方式中，如图5所示，在第二凹槽160内沉积氧化物170，氧化物170覆盖第二凹槽160的侧壁之前，T型栅100制备方法还包括：在采用第一掩膜板光刻后的支撑层120上设置隔离层180，隔离层180覆盖第二凹槽160的侧壁。

在S170步骤中，隔离层180将垫片和栅足210隔离，在去除光刻胶材料的支撑层120和垫片时，只需将隔离层180去除即可，隔离层180的设置方便垫片和光刻胶材料的支撑层120的去除。

可选的，在形成有第一凹槽130的支撑层120上沉积金属层140之前，T型栅100制备方法还包括：清除第一凹槽130的侧壁以及底部的杂质。

第一凹槽130内沉积金属用于形成栅足210，本领域技术人员应当知晓，在金属离子沉积时，金属离子会与外延层的上表面结合，当第一凹槽130的底部及侧壁有杂质时，杂质会影响金属离子与外延层的结合，从而降低栅足210与外延层的连接牢度，为了提高栅足210与外延层的连接牢度，本申请实施例在形成有第一凹槽130的支撑层120上沉积金属层140之前，清除第一凹槽130底部的杂质，从而提高栅足210与外延层的牢度。

另外，为了提高栅足210外侧面的光滑度，避免栅足210外侧面粗糙影响器件性能，本申请实施例在形成有第一凹槽130的支撑层120上沉积金属层140之前，清除第一凹槽130侧壁的杂质。

需要说明的是，对于清除第一凹槽130的侧壁以及底部的杂质的方式，本申请实施例不做限制，可以采用惰性气体进行吹扫，也可以才用液体进行冲洗。

本申请实施例的一种可实现的方式中，在金属层140对应第一凹槽130的区域铺设光刻胶150，且光刻胶150在外延片110上的投影覆盖第一凹槽130在外延片110上的投影包括：如图10，图11所示，在金属层140上涂覆光刻胶材料；采用第二掩膜板曝光固化光刻胶材料形成光刻胶150。

光刻胶150采用光刻胶材料制成，基于现有的涂覆光刻胶150的工具限制，涂覆光刻胶150时，通常采用旋涂的方式，使得金属层140上表面均匀覆盖光刻胶材料，为了使得光刻胶材料形成光刻胶150，需要对光刻胶材料多余的部分进行固化后清除，采用第二掩膜板覆盖光刻胶材料并曝光固化清洗后形成光刻胶。

可选的，第二凹槽160的线宽在450-550mm之间，第二凹槽160的深度0.9-1.1um之间。

使用光刻胶材料形成支撑层120后，采用掩膜板覆盖支撑层120并进行光照，基于光刻的工艺限制和栅足210的低线宽要求，将第二凹槽160的线宽设置在450-550mm之间。第二凹槽160的深度与栅足210的高度相同，基于T型栅100栅足210的要求，将第二凹槽160的深度设置为0.9-1.1um之间。

需要说明的是，第二凹槽160开设在光刻胶材料形成的支撑层120上，第二凹槽160穿透支撑层120，所以，支撑层120的厚度在0.9-1.1um之间。

本申请实施例的一种可实现的方式中，在采用第一掩膜板光刻后的支撑层120上设置隔离层180，隔离层180覆盖第二凹槽160的侧壁包括：在掩膜板曝光刻蚀后的支撑层120上涂覆紫外光固化胶并固化为隔离层180。

采用紫外光固化胶作为隔离层180的材料，方便涂覆，而且固化要求低，只紫外光照射即可。

可选的，垫层的厚度为150-190nm,隔离层180的厚度为19-21nm。

为了满足栅足210的线宽要求，当垫层的厚度设置为150-190nm时，隔离层180的厚度为19-21nm时，第二凹槽160的线宽在450-550mm之间，使得第一凹槽130的线宽在120nm左右，满足T型栅100栅足210线宽要求。示例的，第二凹槽160的线宽为500nm，垫层的厚度170nm，隔离层180厚度为20nm。

本申请实施例还公开了一种T型栅100，如图13所示，采用上述T型栅100的制备方法在外延片110上制备而成，T型栅100包括栅足210以及与栅足210连接的栅帽220，栅足210远离栅帽220的一端与外延片110连接，本申请实施例提供的T型栅100，采用光刻胶150，使用紫外光对光刻胶150进行刻蚀，能够大大降低T型栅100的制备时间，提高T型栅100的制备效率。

本申请实施例还公开了一种HEMT器件，包括外延片110，以及设置于外延片110同一表面上的源极、漏极和上述T型栅100，T型栅100位于漏极和源极之间。该HEMT器件包含与前述实施例中的T型栅100相同的结构和有益效果。T型栅100的结构和有益效果已经在前述实施例中进行了详细描述，在此不再赘述。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。