[发明专利]栅极结构及其制备方法、晶体管及其制备方法

说明书

本发明提供了一种栅极结构及其制备方法、晶体管及其制备方法。通过在第二材料层中的第一窗口的侧壁上形成掩模侧墙，以界定出尺寸较小的第二窗口，该第二窗口可进一步复制至第一材料层中以界定出栅极结构其栅脚的尺寸。因此，本发明提供的制备方法，可基于低精度的光刻机定义出更小尺寸的栅长，克服了传统的光刻机的工艺限制的问题，有效提高经济效益。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种栅极结构及其制备方法、晶体管及其制备方法。

背景技术

随着移动通信技术的快速发展，高频高功率器件的应用越来越广泛，同时对高频性能的要求也越来越高。要想获得高的频率特性，一方面可以采用高迁移率的材料，另一方面减小栅长也是一种重要手段，但栅长减小，其栅电阻会增加，这将导致噪声系数增加和最大振荡频率降低等问题。为了减小栅长的同时又不增加电阻，通常可采用T型的栅极结构。

目前，T型的栅极结构主要分为支撑T型栅极结构和浮空T型栅极结构两类。其中，支撑T型栅极结构主要是采用氮化硅作为支撑，以使得栅极结构不易倒塌，但是氮化硅的相对介电常数较大，增大了栅寄生电容，削弱了高频性能。以及，浮空T型栅极结构的栅帽下为空气，可最大程度降低栅寄生电容，然而栅脚的接触面积较小，使得栅极结构容易出现剥落和倒塌的情况。

此外，为了实现栅长尺寸的定义，光刻是一道必不可少的工艺。传统的步进式光刻机所能实现的最小线宽约为1μm，因此针对更小尺寸的栅长而言难以直接利用传统的步进式光刻机，而需要采用电子束光刻机制作，电子束曝光是对图形进行直写，光刻制程的时间随写入面积成正比例增加，故其产能较低，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种栅极结构及其制备方法，以解决目前对栅极结构的制备成本较高，产能较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种栅极结构的制备方法，包括：在衬底上依次形成第一材料层和第二材料层，所述第二材料层中开设有第一窗口，所述第一材料层的介电常数低于氮化硅的介电常数；在所述第一窗口的侧壁上形成掩模侧墙，并由所述掩模侧墙限定出第二窗口；去除所述第一材料层中暴露于所述第二窗口的部分，以在所述第一材料层中形成第三窗口；去除所述掩模侧墙，以释放所述第一窗口，并至少由所述第一窗口和所述第三窗口构成栅极沟槽；以及，在所述栅极沟槽中形成栅极结构。

可选的，所述衬底的表面上还形成有覆盖层，所述第一材料层和所述第二材料层依次形成在所述覆盖层上。以及，在所述第一材料层中形成第三窗口之后，还包括：刻蚀所述覆盖层中暴露于所述第三窗口的部分，以使所述栅极沟槽的底部延伸至衬底表面。可选的，利用湿法刻蚀工艺刻蚀所述覆盖层。

可选的，刻蚀所述覆盖层中暴露于所述第三窗口的部分，并且还横向刻蚀所述覆盖层中位于所述第一材料层正下方的部分，以在所述第一材料层靠近所述第三窗口的正下方形成空隙。

可选的，所述空隙的侧边界和所述第一窗口的侧边界对齐；或者，所述空隙的侧边界超出所述第一窗口的侧边界。

可选的，栅极结构的制备方法还包括：在所述空隙中填充第三材料层，所述第三材料层的介电常数低于氮化硅的介电常数。

可选的，在所述空隙中填充所述第三材料层的方法包括：旋涂光敏性的有机材料层，所述光敏性的有机材料层填充所述空隙和所述栅极沟槽，并覆盖所述第二材料层的顶表面；无掩模下执行曝光工艺，以使所述光敏性的有机材料层中覆盖于第二材料层顶表面的部分和填充于栅极沟槽的部分被曝光；执行显影工艺，以去除所述光敏性的有机材料层中被曝光的部分，并保留所述光敏性的有机材料层填充在空隙中的部分以构成所述第三材料层。

可选的，所述第一材料层和所述第二材料层的形成方法包括：旋涂第一有机材料层，并烘烤固化所述第一有机材料层以形成所述第一材料层；旋涂光敏性的第二有机材料层，并依次执行曝光工艺和显影工艺，以在所述第二有机材料层中形成所述第一窗口；以及，烘烤固化所述第二有机材料层，以形成所述第二材料层。