[发明专利]一种制作T型栅结构的电子束光刻方法

说明书

一种制作T型栅结构的电子束光刻方法，包括以下步骤：在GaN异质结平面材料上，涂覆低灵敏度高光刻剂量的一号光刻胶并烘烤；再在一号光刻胶上涂覆二号光刻胶并烘烤；二号光刻胶采用PMMA‑MAA胶，PMMA‑MAA胶的灵敏度高于PMAA，光刻剂量低于PMMA；再在二号光刻胶上涂覆三号光刻胶并烘烤；三号光刻胶仍采用PMMA‑MAA胶；三号光刻胶的烘烤温度低于二号光刻胶的烘烤温度；随后经过电子束光刻、显影以及剥离工艺，最终形成带有undercut结构的T型栅结构。本发明能够更加便捷和可靠的制备T型栅。

技术领域

本发明涉及微波通讯领域，具体涉及一种制作T型栅结构的电子束光刻方法。

背景技术

随着无线网络、手机通信、电视广播以及航空航天系统等的不断发展，微波通讯的应用已经几乎涵盖在所有的人类活动中，越来越成为生活中不可缺少的一部分。

微波通讯系统的核心是微波功率放大器，它也是系统中最为昂贵的部件，起到信号的放大和大功率输出的作用，其性能直接决定了微波通信系统的工作效果。而微波功率放大器的核心是微波功率器件，Si基器件虽然工艺成熟，可靠性高，且成本低廉，但由于其功率和频率特性的双重限制，使得砷化镓GaAs、氮化镓GaN、磷化铟InP等新型半导体材料构成的晶体管越来越成为微波功率器件的主要发展方向。对微波功率晶体管器件来说，其器件栅电极的截面结构通常为T型，如说明书附图1所示，其与材料势垒层接触的栅长较小，以保证具有较高的微波截止频率f_T(或称电流截止频率)，同时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，从而提高最大振荡频率f_MAX(或称增益截止频率)，而频率参数是决定微波功率器件整体性能的关键参数。

制作T型栅的工艺方法是通过光刻、蒸发金属、剥离实现的。理论上，器件频率与栅长成反比，即要获得高频率(f_T在100GHz以上)的微波器件，需要降低器件的栅长，即T型栅底部的长度。对于高频器件，T型栅的栅脚尺寸一般在250nm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机。不同于光学光刻，电子束光刻机采用电子的束斑作为光源，由于电子在自然界中的波长最小，因此能够使光学衍射效应降到最小，因此电子束斑的最小直径能够达到几纳米范围。电子束光刻机的最小光刻尺寸目前能够达到20nm，能够有效满足HEMT器件中T型栅的需求。

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，一次光刻形成T型结构。常用的两种方法有两种，其操作过程分别如下：

1、采用双层光刻胶，下层光刻胶采用低灵敏度高光刻剂量的胶，如聚甲基丙烯酸甲酯(简称PMMA)，上层采用高灵敏度低光刻剂量的胶，如甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸的共聚物(简称PMMA-MAA)。如图2(a)所示，在光刻时，两侧图形的光刻剂量设置为适合上层胶的低剂量，中间图形的光刻剂量设置为适合下层胶的高剂量。显影时，由于中间部分两层胶都被完全曝光，光刻胶被显影掉，而两侧的部分只有低剂量的上层胶被完全曝光，因此只有上层胶被显影掉。这样就形成了光刻胶的T型结构，之后进行金属淀积和剥离，形成T型栅。

该方法的缺点是，由于缺少undercut结构，T型结构内的金属与周围光刻胶的待剥离金属不容易分离，会使T型结构内的金属一起被剥离掉，影响成品率。

2、采用三层光刻胶，与方法1类似，如图2(b)所示，下层光刻胶采用低灵敏度高光刻剂量的胶，上层采用高灵敏度低光刻剂量的胶，而中间层采用剥离胶或其他更高灵敏度、更低光刻剂量的胶，因此显影时中间会形成undercut结构，有利于金属剥离。

但是该方法的缺点是，由于剥离胶和电子束光刻胶需要的显影液并不兼容，需要分开多次显影。同时不同胶所需的显影液，可能对其他胶产生一些不利的反应。例如，剥离胶所需的显影液，主要成分为水，而电子束光刻胶，如含PMMA成分的胶，易吸水膨胀，进而起泡、变形，影响光刻的成品率。