应用于PHEMT器件的深亚微米T形栅光刻技术
发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:487
谢常青，陈大鹏，李兵，叶甜春 |
(中国科学院微电子中心，北京，100010) |
| 摘要：phemt器件和基于它的高频单片集成电路广泛应用于现代微波／毫米波系统。当phemt器件的栅长缩短到足够短的时候，沿着栅宽方向的寄生电阻会影响phemt器件的性能。为了解决这个问题，一种具有大截面面积而底部长度却很小的t形栅结构通常被用于制作phemt器件，因为这种结构可以有效地减少由于栅寄生电阻而引起的晶体管噪声。对几种常用的制作深亚微米t形栅的三种光刻技术即光学光刻、电子束光刻、x射线光刻技术进行了比较分析。对于光学光刻技术，通常需要采用移相和光学邻近效应校正技术，它的制作成本低，但是很难用于制作深亚微米t形栅；对于电子束光刻技术，通常需要采用高灵敏度和低灵敏度的多层胶技术，虽然它的栅长可以制作到非常小，但是它的生产成本非常高，而且它的生产效率非常低；对于x射线光刻技术，它不仅可以用于制作深亚微米t形栅，而且它的生产效率非常高，t形栅的形状可以非常容易控制。 关键词：phemt；t形栅；光学光刻；电予束光刻；x射线光刻 中图分类号：tn305．7 文献标识码：a 文章编号：1671-4776(2002)07-0039-04 1 前言
赝配高电子迁移率晶体管(phemt)被公认为是微波／毫米波器件和电路领域中最有竞争力的三端器件，不仅具有比mesfet更低的噪声，而且具有更优异的功率性能。目前基于phemt的低噪声放大器和功率放大器已经广泛应用于卫星接收系统、电子雷达系统和光纤通信系统。影响phemt器件性能的几个工艺技术问题如图1所示。
在图1所示的影响phemt器件性能的半导体工艺中，栅的制作是最为困难的。为了提高phemt器件的工作频率，必须不断地缩小栅长。目前栅长尺寸已经达到深亚微米甚至纳米水平，但是栅长减小的同时会带来其他一些问题，主要是栅电阻的增大，为此需要制作t形栅来减少由于栅寄生电阻而引起的晶体管噪声。目前看来，制作深亚微米t形栅的光刻手段主要有光学光刻、电子束光刻和x射线光刻技术三种，本文将对这几种光刻技术所制作深亚微米t形栅工艺的优缺点进行比较分析。 2 光学光刻制作深亚微米t形栅
随着光学光刻光源波长的不断缩小(从248nm到193nm，再到将来的157nm)，离轴照明技术的发展，透镜数值孔径na的增大，光刻胶性能的提高，光学移相掩模技术的使用，光学邻近效应校正精度的提高，等等诸多因素保证了光学光刻技术工作者能够使光学光刻系统曝光出来的线条特征尺寸比曝光波长还要短。2000年年腐amd公司购买了asml公司的pas 5500／900 193nm光学光刻机应用于下一代cpu生产就是一个例证。有些光学光刻技术工作者甚至预言157nm光学光刻技术的极限分辨率可以达到50nm(当然，这时候光学光刻掩模的制造难度和制造成本也许会成为一个不可逾越的障碍)。
国际上提出的移相掩模方式有赖文森、辅助图形、移相框边缘增强、多级相位相移、全透明移相等多种。其中用全透明移相掩模技术制作t形栅的效果最明显。与常规的只有亮、暗两级的二元掩模不同，全透明移相掩模是在掩模衬基材料上直接制作移相层，使移相层边缘光相位突然改变180°，利用光的相干性，抵消部分衍射效应，改变空间光强分布，在不影n向景深的前提下大大提高光学光刻的分辨率。由费马定理不难推出移相层的厚度t=λ／2(n-1)，其中入易光学曝光光源的光波波长，而n是移相层材料的折射率常数中的实部。一般来说，全透明移相和离轴照明相结合会使光学光刻更能发挥威力。用全透明移相光学掩模制作t形栅的具体方法很多[1，2]。一种通常使用的工艺流程可以简单描述如图2所示。另外，也可以采用斜蒸、各向同性刻蚀光刻胶等手段来压缩t形栅底部的线宽，不同的实验室有不同的工艺技巧。对于全透明移相光学掩模，移相层的制作过程中往往会引入缺陷，而且缺陷产生率比较高，缺陷修补的要求也比常规掩模要高。另外全透明移相掩模需要精确控制移相层厚度(为此对刻蚀技术提出很高要求)，移相曝光后会出现多余的黑线，需要在下一步的曝光中除去。
采用光学光刻技术制作0．51μm以上尺寸的phemt栅具有成本低廉、一致性好、工艺简单、产量高等诸多优点。如果要采用光学光刻技术制作0．51μm以下尺寸的phemt栅，
谢常青，陈大鹏，李兵，叶甜春 | (中国科学院微电子中心，北京，100010) | | 摘要：phemt器件和基于它的高频单片集成电路广泛应用于现代微波／毫米波系统。当phemt器件的栅长缩短到足够短的时候，沿着栅宽方向的寄生电阻会影响phemt器件的性能。为了解决这个问题，一种具有大截面面积而底部长度却很小的t形栅结构通常被用于制作phemt器件，因为这种结构可以有效地减少由于栅寄生电阻而引起的晶体管噪声。对几种常用的制作深亚微米t形栅的三种光刻技术即光学光刻、电子束光刻、x射线光刻技术进行了比较分析。对于光学光刻技术，通常需要采用移相和光学邻近效应校正技术，它的制作成本低，但是很难用于制作深亚微米t形栅；对于电子束光刻技术，通常需要采用高灵敏度和低灵敏度的多层胶技术，虽然它的栅长可以制作到非常小，但是它的生产成本非常高，而且它的生产效率非常低；对于x射线光刻技术，它不仅可以用于制作深亚微米t形栅，而且它的生产效率非常高，t形栅的形状可以非常容易控制。 关键词：phemt；t形栅；光学光刻；电予束光刻；x射线光刻 中图分类号：tn305．7 文献标识码：a 文章编号：1671-4776(2002)07-0039-04 1 前言
赝配高电子迁移率晶体管(phemt)被公认为是微波／毫米波器件和电路领域中最有竞争力的三端器件，不仅具有比mesfet更低的噪声，而且具有更优异的功率性能。目前基于phemt的低噪声放大器和功率放大器已经广泛应用于卫星接收系统、电子雷达系统和光纤通信系统。影响phemt器件性能的几个工艺技术问题如图1所示。
在图1所示的影响phemt器件性能的半导体工艺中，栅的制作是最为困难的。为了提高phemt器件的工作频率，必须不断地缩小栅长。目前栅长尺寸已经达到深亚微米甚至纳米水平，但是栅长减小的同时会带来其他一些问题，主要是栅电阻的增大，为此需要制作t形栅来减少由于栅寄生电阻而引起的晶体管噪声。目前看来，制作深亚微米t形栅的光刻手段主要有光学光刻、电子束光刻和x射线光刻技术三种，本文将对这几种光刻技术所制作深亚微米t形栅工艺的优缺点进行比较分析。 2 光学光刻制作深亚微米t形栅
随着光学光刻光源波长的不断缩小(从248nm到193nm，再到将来的157nm)，离轴照明技术的发展，透镜数值孔径na的增大，光刻胶性能的提高，光学移相掩模技术的使用，光学邻近效应校正精度的提高，等等诸多因素保证了光学光刻技术工作者能够使光学光刻系统曝光出来的线条特征尺寸比曝光波长还要短。2000年年腐amd公司购买了asml公司的pas 5500／900 193nm光学光刻机应用于下一代cpu生产就是一个例证。有些光学光刻技术工作者甚至预言157nm光学光刻技术的极限分辨率可以达到50nm(当然，这时候光学光刻掩模的制造难度和制造成本也许会成为一个不可逾越的障碍)。
国际上提出的移相掩模方式有赖文森、辅助图形、移相框边缘增强、多级相位相移、全透明移相等多种。其中用全透明移相掩模技术制作t形栅的效果最明显。与常规的只有亮、暗两级的二元掩模不同，全透明移相掩模是在掩模衬基材料上直接制作移相层，使移相层边缘光相位突然改变180°，利用光的相干性，抵消部分衍射效应，改变空间光强分布，在不影n向景深的前提下大大提高光学光刻的分辨率。由费马定理不难推出移相层的厚度t=λ／2(n-1)，其中入易光学曝光光源的光波波长，而n是移相层材料的折射率常数中的实部。一般来说，全透明移相和离轴照明相结合会使光学光刻更能发挥威力。用全透明移相光学掩模制作t形栅的具体方法很多[1，2]。一种通常使用的工艺流程可以简单描述如图2所示。另外，也可以采用斜蒸、各向同性刻蚀光刻胶等手段来压缩t形栅底部的线宽，不同的实验室有不同的工艺技巧。对于全透明移相光学掩模，移相层的制作过程中往往会引入缺陷，而且缺陷产生率比较高，缺陷修补的要求也比常规掩模要高。另外全透明移相掩模需要精确控制移相层厚度(为此对刻蚀技术提出很高要求)，移相曝光后会出现多余的黑线，需要在下一步的曝光中除去。
采用光学光刻技术制作0．51μm以上尺寸的phemt栅具有成本低廉、一致性好、工艺简单、产量高等诸多优点。如果要采用光学光刻技术制作0．51μm以下尺寸的phemt栅，
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