一种功率电子开关器件及其制造方法.pdf

《一种功率电子开关器件及其制造方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种功率电子开关器件及其制造方法.pdf（9页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 102832123 A (43)申请公布日 2012.12.19 C N 1 0 2 8 3 2 1 2 3 A *CN102832123A* (21)申请号 201110158476.4 (22)申请日 2011.06.14 H01L 21/335(2006.01) H01L 21/28(2006.01) G03F 7/00(2006.01) G03F 7/20(2006.01) (71)申请人孙润光 地址 201800 上海市嘉定区塔城路475弄23 楼102室 (72)发明人孙润光 刘宏宇 (74)专利代理机构北京汇智胜知识产权代理事 务所(普通合伙) 1134。

2、6 代理人朱登河 (54) 发明名称 一种功率电子开关器件及其制造方法 (57) 摘要 本发明公开了一种高电子迁移率晶体管器件 的制作方法，包括下列步骤：(a)在一个衬底上涂 布一层光刻胶；(b)烘干该层光刻胶；(c)用一束 平行光照射该层光刻胶，其中该束平行光在其横 截面上的分布是：其中心部分的光强大于外围部 分的光强；(d)对上述光刻胶层予以显影处理，由 此光刻胶层受到所述光束中心部分照射的部位形 成一个深至衬底的深槽，而受到所述光束外围部 分照射部位形成一个深度小于所述深槽的浅槽； (e)用化学气相沉积工艺向所述光刻胶层沉积多 晶硅栅电极材料，由此在所述深槽和浅槽内形成 一个“T”形栅电。

3、极图形；(f)利用等离子体氧气灰 化工艺去除上述光刻胶层以及沉积在所述“T”形 栅电极图形之外的栅电极材料。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 1/1页 2 1.一种高电子迁移率晶体管器件的制作方法，包括下列步骤： (a)在一个衬底上涂布一层光刻胶； (b)烘干该层光刻胶； (c)用一束平行光照射该层光刻胶，其中该束平行光在其横截面上的分布是：其中心 部分的光强大于外围部分的光强； (d)对上述光刻胶层予以显影处理，由此光刻胶层受到所述光束中心部分照射的部位。

4、 形成一个深至衬底的深槽，而受到所述光束外围部分照射部位形成一个深度小于所述深槽 的浅槽； (e)用化学气相沉积工艺向所述光刻胶层沉积多晶硅栅电极材料，由此在所述深槽和 浅槽内形成一个“T”形栅电极图形； (f)利用等离子体氧气灰化工艺去除上述光刻胶层以及沉积在所述“T”形栅电极图形 之外的栅电极材料。 2.如权利要求1的方法，其特征在于，所述栅电极材料包括：导电金属氧化物，如氧化 锡(In 2 O 3 )，氧化锑(SbO)、氧化锌(ZnO)，氧化稼(GaO)等，以及上述合金的氧化物如氧化铟 锡(ITO)、氧化铟稼锌(IGZO)等，重掺杂多晶硅、锗等无机导电材料。 3.如权利要求1或2的方法，。

5、其特征在于，所述平行光束的强度分布是通过半透光率光 刻版或干涉条纹灰度光刻版实现的。 权 利 要 求 书CN 102832123 A 1/5页 3 一种功率电子开关器件及其制造方法 技术领域 0001 本发明涉及一种高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，即 HEMT)器件及制作方法，特别是栅电极材料由导电无机材料构成，T型栅电极采用涂布一次 光刻胶和一次曝光光刻工艺完成的器件及其制造方法。 背景技术 0002 高电子迁移率晶体管(HEMT)具有速度快、耐压高、截止高频高、环境稳定性好等 优点。随着器件尺寸的减小和频率的提高，T型栅电极结构广泛应。

6、用于HEMT器件。 0003 现有技术的T型栅电极结构制作方法的一种方法是采用涂布三层不同感光特性 光刻胶和电子束曝光方法形成T型栅电极的上半部分12、过渡部分13和下半部分11，图1 是这种制作方法的栅槽结构示意图。再沉积金属栅极，剥离光刻胶和栅电极不需要的部分， 形成T型栅电极。 0004 现有技术的另一种方法是先涂布一层光刻胶，采用X射线的方法制作T型栅电极 的下半部分11，接着涂布一层光刻胶，采用光学光刻方法制作T型栅电极的上半部分12，图 2是这种制作方法的栅槽结构示意图。再沉积栅金属，剥离光刻胶和栅电极不需要的部分， 形成T型栅电极。 0005 上述这些方法需要多次涂布光刻胶，增加。

7、了工艺步骤，而且剥离技术采用的液体 溶剂和超声波方法在剥离T型栅电极下半部分光刻胶的过程中很容易影响到T型栅电极上 半部分，还有HEMT器件在高压、高频、高温工作中，栅电极的金属材料很容易扩散到下面的 半导体层，影响器件的性能，甚至失效。 0006 图1是现有技术的第一种制作方法的栅槽结构示意图，其中1为衬底，11为T型栅 电极下半部分，12为T型栅电极上半部分，13为T型栅电极过渡部分。这三个部分分别由 三层光刻胶形成。 0007 图2是现有技术的第二种制作方法的栅槽结构示意图，其中1为衬底，11为T型栅 电极下半部分，12为T型栅电极上半部分。这两个部分分别由二层光刻胶形成。 发明内容 0。

8、008 本发明的目的是提供一种制作工艺简单，生产效率高的HEMT器件及制造方法。 0009 本发明的另一个目的是提供一种工作性能稳定的HEMT器件及制造方法。 0010 为实现上述一个或多个目的，本发明提供一种高电子迁移率晶体管器件的制作方 法，包括下列步骤： (a)在一个衬底上涂布一层光刻胶； (b)烘干该层光刻胶； (c)用一束平行光照射该层光刻胶，其中该束平行光在其横截面上的分布是：其中心 部分的光强大于外围部分的光强； (d)对上述光刻胶层予以显影处理，由此光刻胶层受到所述光束中心部分照射的部位 说 明 书CN 102832123 A 2/5页 4 形成一个深至衬底的深槽，而受到所述光。

9、束外围部分照射部位形成一个深度小于所述深槽 的浅槽； (e)用化学气相沉积工艺向所述光刻胶层沉积多晶硅栅电极材料，由此在所述深槽和 浅槽内形成一个“T”形栅电极图形； (f)利用等离子体氧气灰化工艺去除上述光刻胶层以及沉积在所述“T”形栅电极图形 之外的栅电极材料。 0011 本发明的具有如下有益效果： 0012 在本发明所述的器件中，栅电极材料由导电无机材料构成，避免了现有工艺中构 成栅电极的金属材料很容易扩散到下面的半导体导电层的缺点，提高了器件工作的稳定 性、可靠性。 0013 在本发明所述的制作方法中，T型栅电极采用涂布一次光刻胶和一次曝光光刻工 艺完成，制作工艺简单，能有效地减少器件。

10、制备的单位时间，提高生产效率。 0014 在本发明所述的制作方法中，采用氧气灰化(O 2 Ashing)的方法去除光刻胶和栅 电极图形不需要的部分，可以避免现有工艺的剥离技术采用的液体溶剂和超声波方法在剥 离T型栅电极下半部分光刻胶的过程中容易影响到T型栅电极上半部分的缺点。同时，如 果氧气灰化(O 2 Ashing)在制作栅电极材料的CVD或者PVD腔体内进行，能有效地减少器 件制备的单位时间，提高生产效率。 附图说明 0015 图1为现有技术的第一种制作方法的栅槽结构示意图。 0016 图2是现有技术的第二种制作方法的栅槽结构示意图。 0017 图3为根据本发明的第一种实施方式的栅槽结构示。

11、意图。 0018 图4为根据本发明的第二种实施方式的制作方法示意图。 具体实施方式 0019 下面结合附图描述本发明的具体实施方式。 0020 实施方式一 0021 衬底1的制作工艺包括：采用金属氧化物化学气相沉积的方法在蓝宝石基片的 (0001)面上生长氮化镓铝和氮化镓的异质结，异质结具体结构由下而上依次为：2微米未 掺杂氮化镓外延层，5纳米未掺杂氮化镓铝隔离层，12纳米硅掺杂氮化镓铝层，5纳米未掺 杂氮化镓铝帽层。 0022 图3为根据本实施例的一种实施方式的HEMT器件的制作工艺结构图。 0023 本实施例的HEMT的制作过程： 0024 (101)在衬底1上涂布一层光刻胶AZ1500(。

12、用于形成下半部分11和上半部分12)， 厚度为3微米，在热板上烘烤50秒(即烘干)。采用半透过率光刻版(Half tone mask)的 半透光部分21，通过曝光和显影，制作T型栅电极光刻胶图形的上半部分12，同时通过以上 光刻版的全透光部分22制作T型栅电极光刻胶图形的下半部分11，显影液为浓度2.38 的氢氧化四甲铵溶液，显影时间30秒，见图3(1)。 0025 (102)图3(2)为栅槽结构示意图，包括：衬底1，T型栅电极下半部分11，T型栅电 说 明 书CN 102832123 A 3/5页 5 极上半部分12。 0026 (103)通过化学气相沉积工艺制作重掺杂的多晶硅栅电极材料21。

13、，由于T型栅电 极光刻胶图形的上半部分12为倒梯形结构，重掺杂多晶硅栅电极材料在这个倒梯形结构 的边缘呈不连续，如图3(3)所示。 0027 (104)在不破坏化学气相沉积设备真空的情况下，通入氧气(O 2 )，利用等离子体进 行氧气灰化(O 2 ashing)工艺，去除光刻胶和栅电极图形不需要的部分，如图3(4)所示。 0028 实施方式二 0029 衬底的制作工艺同实施例一。 0030 (201)在衬底上涂布一层光刻胶AZ1500(用于形成下半部分11和上半部分12)， 厚度为3微米，在热板上烘烤50秒。采用半透过率光刻版(Half tone mask)的半透光部分 21，通过曝光和显影的。

14、方法制作T型栅电极光刻胶图形的上半部分12，上半部分12为倒梯 形结构，同时通过以上光刻版的全透光部分22制作T型栅电极光刻胶图形的下半部分11， 显影液为浓度2.38的氢氧化四甲铵溶液，显影时间30秒，见图3(1)。 0031 (202)图3(2)为栅槽结构示意图，包括：衬底1，T型栅电极下半部分11，T型栅电 极上半部分12。 0032 (203)通过溅射(Sputter)工艺制作氧化锌(ZnO)栅电极材料21，由于T型栅电 极光刻胶图形的上半部分12为倒梯形结构，氧化锌栅电极材料在这个倒梯形结构的边缘 呈不连续，如图3(3)所示。 0033 (204)在不破坏Sputter设备真空的情况。

15、下，通入氧气(O 2 )，利用等离子体进行氧 气灰化(O 2 ashing)工艺，去除光刻胶和栅电极图形不需要的部分，如图3(4)所示。 0034 实施方式三 0035 衬底的制作工艺同实施例一。 0036 (301)在衬底上涂布一层光刻胶AZ1500(用于形成下半部分11和上半部分12)， 厚度为3微米，在热板上烘烤50秒。采用干涉条纹灰度光刻版(Gray tone mask)的干涉 条纹灰度部分21，通过光刻和显影的方法制作T型栅电极光刻胶图形的上半部分12，上半 部分12为倒梯形结构，同时通过以上光刻版的全透光部分22制作T型栅电极光刻胶图形 的下半部分11，显影液为浓度2.38的氢氧化。

16、四甲铵溶液，显影时间30秒，见图4(1)。 0037 (302)图4(2)为栅槽结构示意图，包括：衬底1，T型栅电极下半部分11，T型栅电 极上半部分12。 0038 (303)通过溅射(Sputter)艺制作氧化锌(ZnO)栅电极材料21，由于T型栅电极 光刻胶图形的上半部分12为倒梯形结构，氧化锌栅电极材料在这个倒梯形结构的边缘呈 不连续，如图4(3)所示。 0039 (304)在不破坏Sputter设备真空的情况下，通入氧气(O 2 )，利用等离子体进行氧 气灰化(O 2 ashing)工艺，去除光刻胶和栅电极图形不需要的部分，如图4(4)所示。 0040 实施例四 0041 衬底的制作。

17、工艺同实施例一。 0042 (401)在衬底上涂布一层光刻胶AZ1500(用于形成下半部分11和上半部分12)， 厚度为3微米，在热板上烘烤50秒。采用干涉条纹灰度光刻版(Gray tone mask)的干涉 条纹灰度部分21，通过光刻和显影的方法制作T型栅电极光刻胶图形的上半部分12，同时 说 明 书CN 102832123 A 4/5页 6 通过以上光刻版的全透光部分22制作T型栅电极光刻胶图形的下半部分11，显影液为浓度 2.38的氢氧化四甲铵溶液，显影时间30秒，见图4(1)。 0043 (402)图4(2)为栅槽结构示意图，包括：衬底1，T型栅电极下半部分11，T型栅电 极上半部分1。

18、2。 0044 (403)通过化学气相沉积工艺制作重掺杂的多晶硅栅电极材料21，由于T型栅电 极光刻胶图形的上半部分12为倒梯形结构，重掺杂多晶硅栅电极材料在这个倒梯形结构 的边缘呈不连续。 0045 (404)将沉积完栅电极材料的器件浸泡在剥离液中，去除不需要的金属以及所有 的光刻胶，剥离液为N-甲基吡咯烷酮，之后采用丙酮和乙醇清洗。 0046 实施例五 0047 衬底的制作工艺同实施例一。 0048 (501)在衬底上涂布一层光刻胶AZ1500(用于形成下半部分11和上半部分12)， 厚度为3微米，在热板上烘烤50秒。采用干涉条纹灰度光刻版(Gray tone mask)的干涉 条纹灰度部。

19、分21，通过光刻和显影的方法制作T型栅电极光刻胶图形的上半部分12，同时 通过以上光刻版的全透光部分22制作T型栅电极光刻胶图形的下半部分11，显影液为浓度 2.38的氢氧化四甲铵溶液，显影时间30秒，见图4(1)。 0049 (502)图4(2)为栅槽结构示意图，包括：衬底1，T型栅电极下半部分11，T型栅电 极上半部分12。 0050 (503)通过化学气相沉积工艺制作重掺杂的镍和金双层金属(厚度分别为30纳米 和200纳米)的栅电极材料21，如图4(3)所示。 0051 (504)将沉积完栅电极材料的器件浸泡在剥离液中，去除不需要的金属以及所有 的光刻胶，剥离液为N-甲基吡咯烷酮，之后采。

20、用丙酮和乙醇清洗，如图4(3)所示。 0052 通过所述实施例和附图，总而言之，本发明提供一种高电子迁移率晶体管器件的 制作方法，包括下列步骤： 0053 (a)在一个衬底上涂布一层光刻胶(例如，光刻胶AZ1500)； 0054 (b)烘干该层光刻胶(例如通过烘烤50秒的时间)； 0055 (c)用一束平行光照射该层光刻胶，其中该束平行光在其横截面上的分布是：其 中心部分的光强大于外围部分的光强； 0056 (d)对上述光刻胶层予以显影处理(例如，显影液为浓度2.38的氢氧化四甲铵 溶液，显影时间30秒)，由此光刻胶层受到所述光束中心部分照射的部位形成一个深至衬 底的深槽，而受到所述光束外围部。

21、分照射部位形成一个深度小于所述深槽的浅槽； 0057 (e)用化学气相沉积工艺向所述光刻胶层沉积多晶硅栅电极材料，如氧化锡 (In 2 O 3 )，氧化锑(SbO)、氧化锌(ZnO)，氧化稼(GaO)等，以及上述合金的氧化物如氧化铟锡 (ITO)、氧化铟稼锌(IGZO)等，重掺杂多晶硅、锗等无机导电材料。由此在所述深槽和浅槽 内形成一个“T”形栅电极图形；和 0058 (f)利用等离子体氧气灰化工艺去除上述光刻胶层以及沉积在所述“T”形栅电极 图形之外的栅电极材料。 0059 最好，所述平行光束的强度分布是通过半透光率光刻板或干涉条纹灰度光刻版实 现的。 说 明 书CN 102832123 A 5/5页 7 0060 以上针对本发明的优选实施方式进行了描述，本领域技术人员应该理解，在不脱 离本发明的精神和权利要求书的范围基础上可以进行各种变化和修改。 说 明 书CN 102832123 A 1/2页 8 图1 图2 图3(1) 图3(2) 图3(3) 图3(4) 说 明 书 附 图CN 102832123 A 2/2页 9 图4(1) 图4(2) 图4(3) 图4(4) 说 明 书 附 图CN 102832123 A 。