[发明专利]采用两次电子束曝光制备T型栅的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子器件的制作工艺技术领域，尤其涉及一种采用两次电子束曝光制备T型栅的方法。

背景技术

高电子迁移率晶体管（HEMT）器件的性能与器件的加工工艺紧密相关，尤其栅线条的制作对器件起决定性作用。栅长越小，器件的电流截止频率（f_T）越高，器件的噪声系数也越小，人们通过不断减小HEMT器件的栅长来得到更好特性的器件。

随着栅长缩短，栅电阻逐渐增大，当栅长减小至300nm以下时，栅电阻的微波损耗使增益衰减比较严重，不利于高增益和高功率型应用，因此通常在栅金属的顶部制作一个尺寸大一些的金属截面，从而形成T型栅（如图1所示），以达到小栅长和低寄生电阻、大功率容量同时实现的目的。

为实现T型栅的小栅长，通常采用电子束曝光工艺。电子束曝光是纳米电子器件制作的一个主要工艺手段，是目前国际上公认的高分辨率图像制作技术。使用电子束曝光制备T型栅的常规方法为：设计栅脚和栅帽图形，并分别曝光（如图2-3所示），显影后得到T型结构。

但这种方法存在以下缺点：

1.电子束曝光是对图形逐点写入的，因此曝光图形的设计尺寸必须设置为电子束束斑直径（如10nm）的整数倍。也就是说，栅脚的最小设计尺寸等于束斑直径。但受到邻近效应（电子束曝光机工作时，电子会与光刻胶及衬底材料发生相互作用，引起电子的散射和背散射，使电子偏离原来的入射方向，导致不该曝光的区域也被曝光）的影响，即使采用与束斑直径相等的数据进行曝光，能量分布范围也会成倍扩大，难以满足高频器件对栅长的要求。

2.采用与束斑直径相等的数据进行曝光时，由于束斑拼接处得到的能量不足，通常会出现栅断点，如图4所示。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用两次电子束曝光制备T型栅的方法，所述方法能够有效降低T型栅的尺寸，并避免栅断点，提高了器件的性能。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种采用两次电子束曝光制备T型栅的方法，其特征在于包括如下步骤：

1）在器件衬底的外延层上形成底层电子束光刻胶，在底层光刻胶上形成顶层电子束光刻胶；

2）按照设计的栅帽版图和曝光剂量对光刻胶进行第一次曝光；

3）将栅帽版图平移至与第一次曝光位置有一定重叠的区域，按照设计的版图和曝光剂量进行第二次曝光，使得两次曝光的重叠区曝光至底层电子束光刻胶层的下表面，其余部分曝光至顶层电子束光刻胶层的下表面（重叠曝光的区域由于两次曝光剂量叠加，可以曝透上下两层光刻胶，形成栅脚）；

4）对两次曝光后的光刻胶进行显影，在光刻胶层得到T型光刻图形；

5）对得到的T型光刻图形进行金属蒸发工艺，得到蒸发好的金属样品；

6）对蒸发好的金属样品进行剥离工艺，得到T型金属栅结构。

进一步的技术方案在于：所述步骤1）中底层电子束光刻胶通过旋涂工艺形成，底层电子束光刻胶为C2，旋涂转速为转速为2000~5000转/分钟，旋涂后用160~190度热板烘胶2 min ~5min。

进一步的技术方案在于：所述底层电子束光刻胶的厚度为所需要的T型金属栅的栅脚高度。

进一步的技术方案在于：所述步骤1）中顶层电子束光刻胶通过旋涂工艺形成，顶层电子束光刻胶为L11，旋涂转速为转速为2000~4000转/分钟，旋涂后用160~190度热板烘胶2 min ~5min。

进一步的技术方案在于：所述顶层电子束光刻胶的厚度大于所需要的T型金属栅的栅帽高度。

进一步的技术方案在于：所述步骤2）具体为：用电子束直写曝光机，按照设计的栅帽版图和设计的电子束曝光剂量对光刻胶进行第一次曝光；曝光剂量为200至600uC/cm²，束流小于等于2nA。

进一步的技术方案在于：所述步骤3）具体为：将栅帽版图平移至与第一次曝光位置重叠1 nm ~10 nm，用电子束直写曝光机，按照设计的版图和设计的电子束曝光剂量对光刻胶进行第二次曝光；曝光剂量为200至600uC/cm²，束流小于等于2nA。

进一步的技术方案在于：所述步骤4）具体为：对曝光后的光刻胶用异丙醇与水混合液进行显影60~200s，用去离子水进行定影20-40s，氮气吹干，得到T型光刻图形。