DE19621487A1 - Verfahren zur Herstellung von T-förmigen Gate-Elektroden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von T-förmigen Gate-Elektroden.

Die Gate-Technologie ist der anspruchsvollste Prozeßab­ schnitt innerhalb des Herstellungsprozesses von HFET′s. Die Gate-Technologie umfaßt das Gate-Recessing und die Herstellung der Gate-Elektrode. Das Gate-Recessing ist die durch Ätzung erfolgende Einstellung des notwendigen Ab­ standes der Gate-Elektroden vom leitenden Kanal. Insbeson­ dere im Hinblick auf eine Massenproduktion der Bauelemente muß dieser Prozeß autoinatisiert, gut reproduzierbar und homogen über die Waferoberfläche erfolgen. Der Gate-Wider­ stand wird durch die Verwendung von T-förmigen Gate-Quer­ schnitten reduziert.

Zur Herstellung von T-förmigen Gate-Querschnitten wird bisher als zu strukturierendes Dielektrikum Si₃N₄ verwen­ det. Dieses Dielektrikum wird aber von den Ätzgasen wäh­ rend des Recessing mit reaktiven Ionen angegriffen und es ist deshalb unmöglich die Gate-Länge reproduzierbar einzu­ stellen. Ein derartiges Verfahren ist aus der Veröffentli­ chung J.C. Huang et al in IEEE Electron Device Letters, Vol. 14, No. 9 (1993), S. 456 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein gattungsge­ mäßes Verfahren zur Herstellung von T-förmigen Gate-Elek­ troden anzugeben, das für eine Massenfertigung geeignet ist und mit dem Gate-Elektroden mit geringem Gate-Wider­ stand und gut reproduzierbaren Gate-Längen im sub-µm Be­ reich herstellbar sind.

Die Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteran­ sprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß als zu strukturierendes Dielektrikum ein Material verwendet wird, das eine ähnli­ che Ätzrate wie der anschließend auf das Dielektrikum auf­ gebrachte Photolack besitzt. Dadurch können die Parameter des Plasmaätzprozesses, der zur Definition des Gate-Fußes durchgeführt wird, so eingestellt werden, daß abgerundete Flanken im Dielektrikum gebildet werden und im Prozeßver­ lauf ein homogenes Zusammenwachsen von Gate-Fuß und Gate-Kopf gewährleistet wird.

Die Verwendung von z. B. Polyimid als zu strukturierendes Dielektrikum hat folgende Vorteile:

• a) der Gate-Herstellungsprozeß ist für verschiedene Recess-Verfahren und beliebige Halbleitermateria­ lien geeignet,
• b) für die Übertragung der belichteten Gate-Fuß-Struktur in das Polyimid ist lediglich ein Sauer­ stoffplasma erforderlich. Ein Ätzschritt mit fluorhaltigen Gasen entfällt,
• c) das Polyimid kann je nach durchgeführtem Ausheiz­ schritt in seiner Lösungsmittelempfindlichkeit eingestellt werden,
• d) nach der Plasmaätzung entsteht an den Flanken im Polyimid ein abgerundetes Profil und ermöglicht damit ein sicheres Zusammenwachsen von Gate-Fuß mit Gate-Kopf,
• e) Polyimid wird von Ätzgasen während des Gate-Re­ cess-Verfahrens nicht angegriffen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels beschrieben unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen.

In den Fig. 1a bis Fig. 1h ist der Herstellungsprozeß von T-förmigen Gate-Querschnitten schematisch dargestellt.

Auf einem Halbleitersubstrat 1 und einer Transistorschich­ tenfolge T auf der bereits ohmsche Kontakte 2 strukturiert sind und die Bauelemente voneinander isoliert sind, wird ganz flächig eine Polyimidschicht 3 mit einer Schichtdicke von z. B. 50-100 nm aufgeschleudert (Fig. 1a). Auf die Polyimidschicht 3 wird eine erste Photolackschicht 4, z. B. PMMA mit einer Schichtdicke von ca. 400 nm abgeschieden und belichtet. Die belichtete Geometrie definiert den Gate-Fuß und entspricht der Gate-Länge. Für die Belichtung werden für die Massenproduktion geeignete Maschinen wie etwa ein Stepper oder ein Elektronenstrahlschreiber verwendet. Nach der Belichtung erfolgt die Übertragung der belichteten Struktur in das darunterliegende Polyimid in einem Plasma­ reaktor mit z. B. Sauerstoffplasma (Fig. 1b). Polyimid und die erste Photolackschicht können durch das Sauerstoff­ plasma mit einer ähnlichen Ätzrate geätzt werden. Durch die Wahl der Prozeßparameter werden die Selektivität der Ätzrate und die Anisotropie von Polyimid und erster Photo­ lackschicht eingestellt. Im Polyimid entstehen abgerundete Flanken 5 (Fig. 1c). Durch dieses abgerundete Profil wird ein homogenes Zusammenwachsen von Gate-Fuß und Gate-Kopf möglich. Die erste Photolackschicht wird wieder entfernt.

Anschließend wird eine zweite Photolackschicht 6 für die Gate-Kopf Lithographie aufgeschleudert mit einer Schicht­ dicke von z. B. 600 nm. Es wird eine Maske für den Gate-Kopf erzeugt mit einer größeren Struktur als der Gate-Fuß (Fig. 1d).

Die Gate-Kopfbelichtung erfolgt vorteilhafterweise mit ei­ nem Stepper oder anderen kostengünstigen, für die Massen­ produktion geeigneten Technologien. Danach kann das Gate-Recess-Verfahren durchgeführt werden (Fig. 1e).

Danach wird ganz flächig die Gate-Metallisierung 8 aufge­ dampft (Fig. 1f). Die Gate-Metallschicht besitzt bei­ spielsweise eine Schichtdicke von 400 nm und besteht aus Ti/Pt/Au. Durch ein stufenweises Lift-Off-Verfahren wird die Metallschicht 8 und die Photolackschicht 6 und die Polyimidschicht 3 entfernt (Fig. 1g). Das Polyimid wird dabei nach dem Lift-off mit Lösungsmitteln vollständig entfernt, so daß die Gate-Elektrode 9, sowie der Source- und Drain-Kontakt freiliegen.

Die Lösungsmittelempfindlichkeit des Polyimids wird durch einen nach dem Aufbringen des Polyimids durchgeführten Ausheizschritt eingestellt. Die Verwendung von Polyimid als Dielektrikum hat dabei den Vorteil, daß es nicht wie z. B. Si₃N₄ mit reaktivem Ionengas z. B. CF₄/O₂-Gemisch ent­ fernt werden muß. Durch diesen Reinigungsprozeß ist an­ schließend eine vollständige Passivierung 10 des gesamten Recess-Bereiches und der einzelnen Bauelemente in einem Passivierungsschritt mit z. B. Si₃N₄ möglich (Fig. 1h).

Die Erfindung ist nicht auf die im Ausführungsbeispiel an­ gegebenen Materialien beschränkt, sondern z. B. kann als Dielektrikum auch ein Metall-Isolator-Metall (MIM)-Mate­ rial verwendet werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von T-förmigen Gate-Elektro­ den, dadurch gekennzeichnet,

• - daß auf einem Halbleitersubstrat, auf dem bereits die ohmschen Kontakte der Feldeffekttransistoren ausgebildet sind, ganz flächig ein zu strukturie­ rendes Dielektrikum abgeschieden wird, das eine annähernd gleiche Ätzrate besitzt wie das Material der anschließend aufzubringenden ersten Photolack­ schicht,
• - daß die erste Photolackschicht belichtet wird und die belichtete Struktur den Gate-Fluß definiert,
• - daß die belichtete Struktur mittels eines Plas­ maätzverfahrens in das darunterliegende Dielektri­ kum übertragen wird,
• - daß eine zweite Photolackschicht zur Definition des Gate-Kopfes aufgebracht und strukturiert wird,
• - daß ein Gate-Recess-Verfahren durchgeführt wird,
• - daß nachfolgend die Gate-Metallisierung abgeschie­ den wird, und
• - daß die Gate-Metallisierung, der Photolack und das Dielektrikum außerhalb des Gate-Bereiches entfernt werden und eine T-förmige Gate-Elektrode freige­ legt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen stufenweisen Lift-off Prozeß die Gate-Metalli­ sierung, der Photolack und das Dielektrikum entfernt wer­ den, daß anschließend das Dielektrikum vollständig mit Lö­ sungsmitteln entfernt wird und daß nachfolgend eine Passi­ vierung des gesamten Recess-Bereiches und der einzelnen Feldeffekttransistoren durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wahl der Parameter des Plasmaätzverfahrens die Selektivität der Ätzrate und die Anisotropie des Dielek­ trikums und des Photolacks eingestellt werden, derart daß abgerundete Flanken im Dielektrikum erzeugt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Dielektrikum Polyimid verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die belichtete Struktur des Gate-Fußes in einem Plasmareaktor mit Sauerstoffplasma in das darunterliegende Polyimid übertragen wird und daß das Polyimid mit einer ähnlichen Ätzrate wie die erste Photo­ lackschicht geätzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösungsmittelempfindlichkeit des Dielektrikums durch einen Ausheizschritt eingestellt wird, der nach der Ab­ scheidung des Dielektrikums durchgeführt wird.