[发明专利]一种百纳米级栅极凹槽的刻蚀方法

说明书

本发明公开了一种百纳米级栅极凹槽的刻蚀方法，包括以下步骤：先在半导体外延片上依次形成第一导电金属层、光刻胶层和第二导电金属层，再进行电子束曝光，再对第二导电金属层进行刻蚀，再对光刻胶层进行显影和定影暴露出栅极凹槽区域，再对栅极凹槽区域进行刻蚀形成栅极凹槽，再剥离光刻胶层后对第一导电金属层进行刻蚀，即可形成百纳米级的栅极凹槽。本发明通过在光刻胶底部及顶部分别溅射薄层导电金属，抑制了电子束光刻过程中的电子临近效应及背散射效应，大幅提升了百纳米级栅极凹槽的刻蚀精度。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，具体涉及一种百纳米级栅极凹槽的刻蚀方法。

背景技术

AlGaN/GaN、GaAs/AlGaAs异质结结构的高电子迁移率晶体管具有高频、高速、耐高压、大功率等特点，广泛应用于射频微波领域。然而，随着器件在频率特性上的需求进一步提高，器件的栅长逐渐减小，在高频器件的制作中，为了得到更高的频率特性，一般需要将栅长控制在200nm以下，这已经超出了传统的光学光刻工艺设备的曝光尺寸极限。

目前，国内外刻蚀百纳米级的栅极凹槽的主流工艺包括以下步骤：先在外延结构上旋涂电子束光刻胶，再采用电子束曝光，显影形成栅槽区域，再对该区域进行刻蚀形成栅极凹槽。然而，在电子束光刻的过程中，电子束在不同衬底中会发生前散射和背散射，造成电子曝光轨迹向邻近区域扩展，原子序数较小的衬底背散射扩展范围较大，最远可波及5μm～10μm，但相对强度较弱，而随着衬底原子序数的增大，背射程强度会明显增大，但背散射扩展范围又会缩小。背散射效应是造成相邻区域曝光互相扩展、密集图形粘连及大面积图形严重失真的主要因素，而由于不同衬底的背散射效应不同，目前尚难以实现百纳米级半导体栅极的高精度制备。

因此，亟需对栅极凹槽的光刻、刻蚀工艺进行改进，提升栅极的制备精度，最终才能获得光刻及刻蚀精度高的栅极凹槽。

发明内容

本发明的目的在于提供一种百纳米级栅极凹槽的刻蚀方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种百纳米级栅极凹槽的刻蚀方法包括以下步骤：先在半导体外延片上依次形成第一导电金属层、光刻胶层和第二导电金属层，再进行电子束曝光，再对第二导电金属层进行刻蚀，再对光刻胶层进行显影和定影暴露出栅极凹槽区域，再对栅极凹槽区域进行刻蚀形成栅极凹槽，再剥离光刻胶层后对第一导电金属层进行刻蚀，即可形成百纳米级的栅极凹槽。

优选的，一种百纳米级栅极凹槽的刻蚀方法包括以下步骤：

1)对半导体外延片进行清洗和干燥，再在半导体外延片上形成第一导电金属层；

2)在第一导电金属层上形成光刻胶层，并进行坚膜处理；

3)在光刻胶层上形成第二导电金属层，得到含金属-光刻胶-金属结构的半导体外延片；

4)对含金属-光刻胶-金属结构的半导体外延片进行电子束曝光，并进行曝光后烘烤；

5)对第二导电金属层进行刻蚀；

6)对光刻胶层进行显影和定影暴露出栅极凹槽区域；

7)对栅极凹槽区域进行刻蚀形成栅极凹槽；

8)剥离光刻胶层后对第一导电金属层进行刻蚀，即可形成百纳米级的栅极凹槽。

优选的，所述第一导电金属层的组成成分包括Au、Ti、Cu、Al、Cr、Au、Pd中的至少一种。

优选的，所述第一导电金属层的厚度≤10nm。

优选的，所述第一导电金属层的形成方式选自溅射、电镀、热蒸发中的一种。