JP2004055677A - Gate electrode of field effect transistor and methodof manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ゲート長が短く、ゲート抵抗が小さく、サブミリ波帯の遮断周波数特性を持ち、優れた低ノイズ特性を持った、HEMT(高電子移動度トランジスタ)などの高周波用電界効果トランジスタのゲート電極とその作製方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
HEMTは、高い周波数特性と優れた低ノイズ特性を有する電界効果トランジスタとして知られている。そのゲート電極の断面構造は、ゲート長を短縮するとともにゲート抵抗の上昇を抑えるため、通常、T型の構造にされることが多い。
【0003】
図2は、第1の従来例を示す図で、その作製プロセスの概略を以下に示す。(例えば、「Electron beam lithography process for T− and Γ−shaped gate fabrication using chemically amplified DUV resists and PMMA」, Journal of Vacuum Science & Technology B, vol. 17, No. 6, pp. 2507−2511 (1999))
1) FETあるいは特にHEMTを形成することのできる半導体基板を用意し、この上にソース電極5、ドレイン電極6、シリコン窒化膜14のマスク層を形成し、
2) 電子線レジスト20を塗布した後、電子ビーム露光法により図2(a)の断面構造にした後、
3) 図2(b)に示す様に、マスク層であるシリコン窒化膜14をエッチングする。
4) 次に、電子線レジスト20を除去した後、リフトオフプロセス用のレジスト層21をつけ、電子ビーム露光法によりそのためのパターンニングを施し図2(c)に示す断面をもつ構造にする。
5) 次に、ウェットエッチングにより半導体コンタクト層7をリセスエッチングし、
6) メタル蒸着によってゲート電極9(図2中に番号がない。)となる薄膜層を形成して図2(d)に示す断面をもつ構造にする。
7) 次に、リフトオフ法によりレジスト21およびレジスト上の金属薄膜22を剥離することにより、図2(e)に示す断面をもつ構造にすることによりトランジスタを作製する。
この作製プロセスでは、ゲート電極9とゲート電極に接近した半導体コンタクト層7との間に比誘電率の高いシリコン窒化膜14が残るため、ゲートの上部に関係した寄生容量が大きくなり、十分な周波数特性が得られなかった。
【0004】
このため、ゲート電極とソースあるいはドレイン電極との間にあったシリコン窒化膜を除去する工程を含む作製プロセスが、例えば、特開平10−135240に開示されている。この作製プロセスにより形成されるトランジスタでは、ゲート長を短くするには、薄いマスク層を用いる必要があったが、マスク層を薄くすると、ゲート電極とソースあるいはドレイン電極とが接近して、ゲートの上部に関係した(ゲート−ソース間やゲート−ドレイン間の)寄生容量が大きくなり、この場合も、十分な周波数特性が得られなかった。
【0005】
また、T型ゲート電極の作製には、2層もしくは3層レジストを用いた作製プロセスが提案されている。図3は、このような第2の従来例を示す図であり、以下に、その概略を示す。
【0006】
図3(a)においては、電界効果トランジスタにすべき構造をもった半導体基板にソース電極5とドレイン電極6が形成され、その上にマスク層として絶縁膜が形成され、最下層レジスト層3、中間層レジスト層2、最上層レジスト層1がそれぞれ塗布されている。これらのレジスト層はともに、ポジレジスト層である。このとき、T型ゲート上部の大きさに相当する幅Lhのパターンを電子ビーム露光法を用いて小さい露光量で同時に露光し、最上層レジスト層1を高感度現像の可能な現像液を用いて現像し、中間層レジスト層2をさらに高感度現像のできる条件で現像する。次に、最下層レジスト層3にゲート長に相当する幅Lgのパターンを電子ビーム露光法を用いて大きい露光量で露光し、低感度現像の可能な現像液を用いて、幅Lgの溝を形成する。この時点における断面を示したのが、図3(a)である。
【0007】
次に、図3(b)に示す様に、最下層レジスト層3をエッチングマスクにしてシリコン酸化膜4を異方性の強いRIE(反応性イオンエッチング)でドライエッチングし、パターニングする。次に、シリコン酸化膜直下の半導体コンタクト層7に当方性エッチングによりリセス構造を形成する。次に図3(c)に示す様に、ゲート電極形成用の金属薄膜の堆積を行い、それぞれのレジスト層1,2,3を、リフトオフプロセスにより除去する。
【0008】
このような作製プロセスは、例えば、資料(「Novel high−yield trilayer resist process for 0.1 um T−gate fabrication」Journal of Vacuum Science & Technology B, Vol. 13, No. 6, pp. 2725−2728, (1995))に記載されている。
【0009】
この作製プロセスによって作製可能なゲート長は、最下層のレジストの厚さに依存することが知られている。このため、薄いレジスト層を用いた作製プロセスが提案されたが、充分に効果のあるものではなかった。そこで、半導体基板に近い方からレジスト層−マスク層−レジスト層の3層からなる膜を用いて最下層のレジストにノッチを形成する作製プロセスが特開平6−89907に開示されている。
【0010】
しかし、従来の電界効果トランジスタのゲート電極とその作製方法では、さらに高い周波数特性を実現しようとすると、幾つかの問題がある。例えば、サブミリ波帯で十分に大きな利得が得られるトランジスタを実現するためには、ゲート長を、従来のものよりも小さくして、50nmよりも小さくする必要がある。最下層のレジストを薄くすると、上記の様に、寄生容量が生じて、周波数特性が伸びない、という問題があるため、最下層レジストの厚さをある程度大きくする必要があるが、このとき、アスペクト比((レジストの厚さ)/(ゲート長))が大きくなってしまう。
【0011】
また、一般に、アスペクト比の大きなパターンに金属膜を埋めこむように形成する場合、基板に垂直な金属ビームを照射して形成する。しかしこの場合でも、アスペクト比の大きなパターンを用いる場合には、いくつかの問題がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなアスペクト比の大きなパターンに金属ビームを照射して埋めこみを行った場合、図3に示す様に、T型ゲート電極の上部と下部が空間的に分離するか、その間に空洞が生じ連結が不十分になっていた。このため、ゲート抵抗の増大による高周波特性の劣化、低ノイズ特性の劣化、歩留まりの低下あるいは信頼性の低下が起こっていた。
【0013】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、サブミリ波帯の遮断周波数を持った電界効果トランジスタの高周波特性、低ノイズ特性、歩留まり、信頼性を向上させることができる電界効果トランジスタのゲート電極とその作製方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における第1の発明は、電界効果トランジスタのゲート電極に関しており、その断面構造が、上部よりも下部の方が狭い幅をもつ形状となるように、複数段のオーバーハング構造を有することを特徴としている。
【0015】
また、本発明における第2の発明は、電界効果トランジスタのゲート電極の作製方法に関しており、多層レジスト塗布膜を用いたリフトオフ法によりゲート電極を作製する際に、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜上に、リフトオフに使用する光レジストあるいは電子線レジストを塗布する工程と、前記の光レジストあるいは電子線レジストに、その断面構造が、すくなくともその一部において上部よりも下部の方が狭い幅をもつ形状を持ち、その溝の深さが上記の絶縁膜に達する、予め決められた平面形状をもつゲート電極パターンを形成する工程と、上記の絶縁膜をエッチングする第1のエッチング工程と、上記の多層レジスト塗布膜を予め決められた膜厚に相当する分エッチングする第2のエッチング工程と、半導体基板表面を予め決められた膜厚に相当する分エッチングする第3のエッチング工程と、ゲート電極材料の原子ビームあるいは分子ビームなどの粒子線を用いてゲート電極層を形成する工程と、多層レジスト塗布膜を除去してゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴としている。
【0016】
また、本発明における第3の発明は、電界効果トランジスタのゲート電極の作製方法に関しており、断線の少ない構造にするために、ゲート長をLgとし、最下層レジストの膜厚をaとし、上記の半導体基板に形成された絶縁膜の厚さと上記の第3のエッチング行程でエッチングされる半導体基板表面の深さとの厚さの合計をbとし、上記の第2のエッチング工程において形成されるゲート電極パターンにおける最下層レジストの横方向の拡がりをxとするとき、x>((a/tan75°)−Lg/2)、かつ、b<(tan75°×Lg/2)、を満たすことを特徴としている。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。実施形態として、InP基板上にHEMTを形成する例を、図1(a)から(d)に示して説明する。
【0018】
図1(a)においては、InAlAsバッファー層、InGaAsチャネル層、InAlAsスペーサー層、InAlAs電子供給層、InPエッチングストッパー層、およびInGaAsコンタクト層からなる多層膜構造をもった半導体基板にソース電極5とドレイン電極6が形成され、その上にマスク層として厚さ=約20nmのシリコン酸化膜4が形成され、厚さ=200nmの最下層レジスト層3と厚さ=450nmの中間層レジスト層2と厚さ=200nmの最上層レジスト層1が塗布されている。最下層レジスト3と最上層レジスト1は、ともにポジレジストのZEPである。中間層レジスト2は、ポジレジストPMGIである。
【0019】
このレジスト構造を用いて、ゲートパターンを形成するには、以下のような手続きで処理する。
1)まず、最上層レジスト層1と中間層レジスト層2とを、電子ビーム露光法を用いて、最下層レジスト3の露光条件に影響を与えない程度に小さい露光量で露光し、高感度現像のできる現像液で現像する。このとき、露光する範囲はT型ゲートの上部の幅を決定する大きさとする。
【0020】
2)次に、最下層レジスト3を、大きい露光量で露光し、低感度の現像液で現像する。このとき、露光する範囲はT型ゲートの下部の幅を決定する大きさとする。この時点における断面を示したのが、図1(a)である。
【0021】
3)次に、図1(b)に示す様に、最下層レジスト層3をエッチングマスクにしてシリコン酸化膜4を異方性の強いRIE(反応性イオンエッチング)でドライエッチングし、パターニングする。このときのエッチング条件は、エッチングガスCF4、エッチング時間1分である。
【0022】
4)次に、図1(c)に示す様に、酸素プラズマを用いたレジストアッシングプロセスにより、レジストの一部を除去する。このプロセスは、当方的にアッシング(レジストのエッチング)が進行するので、それぞれのレジストが後退する。このとき、後に行うゲート形成用金属膜の良好な堆積のためには、ゲート長をLgとし、最下層レジストの膜厚をaとし、シリコン酸化膜の厚さとコンタクト層の厚さの合計をb、最下層レジストの横方向の拡がりをx、とするとき、x>((a/tan75°)−Lg/2)、かつ、b<(tan75°×Lg/2)、とすることが望ましい。
【0023】
5)次に、図1(d)に示す様に、シリコン酸化膜4直下のコンタクト層7に当方性エッチングによりリセス構造を形成する。このエッチングにおいては、エッチングダメージが残らない様にウェットエッチングを行うことが望ましい。このときのエッチング条件は、クエン酸系エッチング溶液で5分間である。
【0024】
次に異方性の強い堆積法によりゲート形成用金属(Ti(チタン)、Pt(白金)、あるいはAu(金)膜の堆積を行う。異方性の強い堆積法としては、ビーム源を遠方に配置した、電子ビーム蒸着、レーザアブレーション、ヒータ加熱による蒸着、コリメータを用いたスパッタリング、等を用いた堆積法があり、これらのどの方法によってもよい。
【0025】
次に、それぞれのレジスト層を、有機溶剤によって溶解して、除去する。この除去によって、レジスト層の上に堆積したゲート金属層が除去され、半導体基板から分離されることは、リフトオフプロセスとして、既によく知られている。
【0026】
上記のプロセスにより得られたゲート電極の断面構造の例を図4(a)に示す。第1のオーバーハング10と第2のオーバーハング11とが形成されていることが分かる。また、比較のために、図4(b)に、上記の第2の従来例によるゲート電極の断面構造の例を示す
【0027】
以上、実施の形態を、InPを基板とするHEMTについて説明したが、基板としては、上記の他に、GaAs、GaN、SiC、サファイア、Si、Ge、InAs等を用いることができ、また、MESFET、MISFET、MOSFET、等の電界効果トランジスタに本発明を適用することは、容易である。
【0028】
上記のように形成されたゲート電極は、下記のような特徴を持っている。1)ゲート電極の上部と半導体表面とを充分離間させた構造とすることができ、ゲート上部に関係した寄生ゲート容量を小さく保つことができる。2)また、ゲート電極と半導体基板のコンタクト部分を、50nm以下に形成した場合でも、上方に徐々に幅が広がる構造なので、そのくびれた部分のくびれを抑制することができる。このため、素子の信頼度が改善され、ゲート電極の寄生抵抗値が減少することにより周波数特性および低ノイズ特性が改善される。
【0029】
【発明の効果】
この発明は上記した構成からなるので、以下に説明するような効果を奏することができる。
【0030】
まず、第1の発明において、電界効果トランジスタのゲート電極の断面構造を、上部よりも下部の方が狭い幅をもつ形状とし、複数段のオーバーハング構造を有するようにしたので、T型ゲート電極上部に関係した寄生ゲート容量を小さく保つことができ、また、素子の信頼度が改善され、ゲート抵抗値が減少することにより周波数特性および低ノイズ特性が改善される。
【0031】
また、第2の発明では、電界効果トランジスタのゲート電極の作製方法において、多層レジスト塗布膜を用いたリフトオフ法によりゲート電極を作製する際に、半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜上に、リフトオフに使用する光レジストあるいは電子線レジストを塗布する工程と、前記の光レジストあるいは電子線レジストに、その断面構造が、すくなくともその一部において上部よりも下部の方が狭い幅をもつ形状を持ち、その溝の深さが上記の絶縁膜に達する、予め決められた平面形状をもつゲート電極パターンを形成する工程と、上記の絶縁膜をエッチングする第1のエッチング工程と、上記の多層レジスト塗布膜を予め決められた膜厚に相当する分エッチングする第2のエッチング工程と、半導体基板表面を予め決められた膜厚に相当する分エッチングする第3のエッチング工程と、ゲート電極材料の原子ビームあるいは分子ビームなどの粒子線を用いてゲート電極層を形成する工程と、多層レジスト塗布膜を除去してゲート電極を形成する工程とを含むようにしたので、ゲート電極の断面構造を、上部よりも下部の方が狭い幅をもつ形状とし、複数段のオーバーハング構造を有するようにすることができる。
【0032】
また、第3の発明では、第2の発明に加えて、ゲート長をLgとし、最下層レジストの膜厚をaとし、上記の半導体基板に形成された絶縁膜の厚さと上記の第3のエッチング行程でエッチングされる半導体基板表面の深さとの厚さの合計をbとし、上記の第2のエッチング工程において形成されるゲート電極パターンにおける最下層レジストの横方向の拡がりをxとするとき、x>((a/tan75°)−Lg/2)、かつ、b<(tan75°×Lg/2)、を満たすようにしたので、ゲート電極における断線の発生が抑制されて歩留まりが向上し、ゲート抵抗が減少されて周波数特性および低ノイズ特性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電界効果トランジスタのゲート電極の作製方法を示す断面図。
【図2】第1の従来例をしめす断面図。
【図3】第2の従来例をしめす断面図。
【図4】作製したゲート電極の断面透過電子顕微鏡写真。
【符号の説明】
1 最上層レジスト
2 中間層レジスト
3 最下層レジスト
4 シリコン酸化膜
5 ソース電極
6 ドレイン電極
7 コンタクト層
8 半導体基板
9 ゲート電極
10 第1のオーバーハング
11 第2のオーバーハング
14 シリコン窒化膜
20 電子線レジスト
21 レジスト層
22 金属薄膜[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gate of a high-frequency field effect transistor such as a HEMT (high electron mobility transistor) having a short gate length, a small gate resistance, a cut-off frequency characteristic in a submillimeter wave band, and excellent noise characteristics. The present invention relates to an electrode and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
HEMTs are known as field effect transistors having high frequency characteristics and excellent low noise characteristics. The cross-sectional structure of the gate electrode is usually a T-shaped structure in order to shorten the gate length and suppress an increase in gate resistance.
[0003]
FIG. 2 is a view showing a first conventional example, and an outline of a manufacturing process thereof is shown below. (For example, "Electron beam lithography process for T- and Γ-shaped gate fabrication using chemically amplified DUV resists and PMMA", Journal of Vacuum Science & Technology B, vol. 17, No. 6, pp. 2507-2511 (1999) )
1) A semiconductor substrate on which an FET or especially a HEMT can be formed is prepared, and a
2) After applying the electron beam resist 20, after forming the cross-sectional structure of FIG.
3) As shown in FIG. 2B, the
4) Next, after removing the electron beam resist 20, a
5) Next, the
6) A thin film layer serving as the gate electrode 9 (there is no number in FIG. 2) is formed by metal vapor deposition to obtain a structure having a cross section shown in FIG. 2D.
7) Next, the transistor is manufactured by peeling off the
In this manufacturing process, since the
[0004]
For this reason, a manufacturing process including a step of removing a silicon nitride film located between a gate electrode and a source or drain electrode is disclosed in, for example, JP-A-10-135240. In a transistor formed by this manufacturing process, it was necessary to use a thin mask layer to shorten the gate length. However, when the mask layer was made thinner, the gate electrode came closer to the source or drain electrode, and the gate electrode was thinned. The parasitic capacitance (between the gate and the source or between the gate and the drain) related to the upper portion becomes large, and also in this case, sufficient frequency characteristics cannot be obtained.
[0005]
Further, a manufacturing process using a two-layer or three-layer resist has been proposed for manufacturing a T-type gate electrode. FIG. 3 is a diagram showing such a second conventional example, and its outline is shown below.
[0006]
In FIG. 3A, a
[0007]
Next, as shown in FIG. 3B, the silicon oxide film 4 is dry-etched by RIE (reactive ion etching) with strong anisotropy using the lowermost resist layer 3 as an etching mask, and is patterned. Next, a recess structure is formed in the
[0008]
Such a manufacturing process is described in, for example, materials (“Novel high-yield trilayer resist process for 0.1 μm T-gate fabrication”, Journal of Vacuum Science & Technology, Vol. 27, No. 27, Vol. 27, Vol. , (1995)).
[0009]
It is known that the gate length that can be manufactured by this manufacturing process depends on the thickness of the lowermost resist. For this reason, a fabrication process using a thin resist layer has been proposed, but has not been sufficiently effective. Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-89907 discloses a manufacturing process in which a notch is formed in the lowermost resist by using a three-layered film of a resist layer, a mask layer, and a resist layer from the side closer to the semiconductor substrate.
[0010]
However, the conventional gate electrode of the field-effect transistor and the method for manufacturing the same have several problems in achieving higher frequency characteristics. For example, in order to realize a transistor capable of obtaining a sufficiently large gain in the sub-millimeter wave band, it is necessary to make the gate length smaller than the conventional one and smaller than 50 nm. When the lowermost resist is made thinner, as described above, there is a problem that the parasitic capacitance is generated and the frequency characteristics are not extended. Therefore, it is necessary to increase the thickness of the lowermost resist to some extent. The ratio ((resist thickness) / (gate length)) increases.
[0011]
In general, when a metal film is formed so as to be embedded in a pattern having a large aspect ratio, the substrate is formed by irradiating a metal beam perpendicular to the substrate. However, even in this case, there are some problems when a pattern having a large aspect ratio is used.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
When a pattern having a large aspect ratio as described above is buried by irradiating it with a metal beam, as shown in FIG. 3, the upper and lower portions of the T-type gate electrode are spatially separated or a cavity is formed therebetween. The connection was inadequate. For this reason, the high-frequency characteristics, the low-noise characteristics, the yield, and the reliability have been deteriorated due to the increase in the gate resistance.
[0013]
The present invention has been proposed in view of the above, and has a high frequency characteristic, a low noise characteristic, a high yield of a field effect transistor having a cutoff frequency in a sub-millimeter wave band, a yield, and a gate electrode of a field effect transistor capable of improving reliability. It is intended to provide a manufacturing method.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention relates to a gate electrode of a field effect transistor, and has a multi-stage structure in which a cross-sectional structure has a shape in which a lower portion has a narrower width than an upper portion. Is characterized by having an overhang structure.
[0015]
Further, the second invention of the present invention relates to a method for manufacturing a gate electrode of a field effect transistor, wherein an insulating film is formed on a semiconductor substrate when a gate electrode is manufactured by a lift-off method using a multilayer resist coating film. A step of applying a photo resist or an electron beam resist used for lift-off on the insulating film, and the photo resist or the electron beam resist has a cross-sectional structure at least partially lower than the upper portion. Forming a gate electrode pattern having a predetermined planar shape, wherein the gate electrode pattern has a shape having a narrower width and the depth of the groove reaches the insulating film; and a first step of etching the insulating film. An etching step, a second etching step of etching the multilayer resist coating film by an amount corresponding to a predetermined thickness, and a semiconductor substrate. A third etching step of etching the surface by an amount corresponding to a predetermined film thickness, a step of forming a gate electrode layer using a particle beam such as an atomic beam or a molecular beam of a gate electrode material, and a multi-layer resist coating film And forming a gate electrode by removing the same.
[0016]
The third invention of the present invention relates to a method for manufacturing a gate electrode of a field effect transistor. In order to obtain a structure with less disconnection, the gate length is set to Lg, the thickness of the lowermost resist is set to a, and The sum of the thickness of the insulating film formed on the semiconductor substrate and the depth of the surface of the semiconductor substrate etched in the third etching step is b, and the gate electrode formed in the second etching step is When the lateral spread of the lowermost resist in the pattern is x, x> ((a / tan75 °) -Lg / 2) and b <(tan75 ° × Lg / 2) are satisfied. I have.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As an embodiment, an example in which a HEMT is formed on an InP substrate will be described with reference to FIGS.
[0018]
In FIG. 1A, a
[0019]
To form a gate pattern using this resist structure, processing is performed in the following procedure.
1) First, the uppermost resist
[0020]
2) Next, the lowermost resist 3 is exposed with a large exposure amount and developed with a low-sensitivity developer. At this time, the exposure range has a size that determines the width of the lower portion of the T-type gate. FIG. 1A shows a cross section at this time.
[0021]
3) Next, as shown in FIG. 1B, the silicon oxide film 4 is dry-etched by RIE (reactive ion etching) with strong anisotropy using the lowermost resist layer 3 as an etching mask, and is patterned. The etching conditions at this time are an etching gas CF 4 and an etching time of 1 minute.
[0022]
4) Next, as shown in FIG. 1C, a part of the resist is removed by a resist ashing process using oxygen plasma. In this process, ashing (resist etching) proceeds isotropically, so that each resist recedes. At this time, in order to favorably deposit the metal film for forming a gate later, the gate length is set to Lg, the thickness of the lowermost resist is set to a, and the total thickness of the silicon oxide film and the contact layer is set to b. When the lateral spread of the lowermost resist is x, it is preferable that x> ((a / tan75 °) −Lg / 2) and b <(tan75 ° × Lg / 2).
[0023]
5) Next, as shown in FIG. 1D, a recess structure is formed in the
[0024]
Then, a gate forming metal (Ti (titanium), Pt (platinum), or Au (gold) film is deposited by a highly anisotropic deposition method. And a deposition method using electron beam evaporation, laser ablation, evaporation by heating with a heater, sputtering using a collimator, or the like, and any of these methods may be used.
[0025]
Next, each resist layer is dissolved by an organic solvent and removed. This removal of the gate metal layer deposited on the resist layer and separation from the semiconductor substrate is already well known as a lift-off process.
[0026]
FIG. 4A shows an example of a cross-sectional structure of the gate electrode obtained by the above process. It can be seen that the
As described above, the embodiment has been described with respect to the HEMT using InP as a substrate. However, other than the above, GaAs, GaN, SiC, sapphire, Si, Ge, InAs, or the like can be used as the substrate. It is easy to apply the present invention to a field effect transistor such as a MISFET, a MOSFET, and the like.
[0028]
The gate electrode formed as described above has the following characteristics. 1) A structure in which the upper part of the gate electrode and the semiconductor surface are charged and separated can be provided, and the parasitic gate capacitance related to the upper part of the gate can be kept small. 2) Even when the contact portion between the gate electrode and the semiconductor substrate is formed to have a thickness of 50 nm or less, since the width gradually increases upward, the narrowing of the narrowed portion can be suppressed. For this reason, the reliability of the element is improved, and the frequency characteristic and the low noise characteristic are improved by reducing the parasitic resistance value of the gate electrode.
[0029]
【The invention's effect】
Since the present invention has the above-described configuration, the following effects can be obtained.
[0030]
First, in the first invention, the cross-sectional structure of the gate electrode of the field-effect transistor is formed such that the lower portion has a narrower width than the upper portion and has a multistage overhang structure. The parasitic gate capacitance associated with the upper portion can be kept small, the reliability of the device is improved, and the frequency characteristics and low noise characteristics are improved by reducing the gate resistance value.
[0031]
According to a second aspect, in the method for manufacturing a gate electrode of a field effect transistor, a step of forming an insulating film on a semiconductor substrate when manufacturing the gate electrode by a lift-off method using a multilayer resist coating film; A step of applying a photo resist or an electron beam resist to be used for lift-off on the insulating film, and a cross-sectional structure of the photo resist or the electron beam resist, in which at least part of the lower part is narrower at the lower part than at the upper part. A step of forming a gate electrode pattern having a predetermined planar shape, the depth of the groove reaching the insulating film, and a first etching step of etching the insulating film; A second etching step of etching the multi-layer resist coating film by an amount corresponding to a predetermined film thickness; A third etching step of etching corresponding to the thickness of the gate electrode layer, a step of forming a gate electrode layer using a particle beam such as an atomic beam or a molecular beam of a gate electrode material, and a step of removing the multilayer resist coating film. Since the step of forming the gate electrode is included, the cross-sectional structure of the gate electrode can be formed to have a shape in which the lower portion has a smaller width than the upper portion, and has a multi-stage overhang structure.
[0032]
Further, in the third invention, in addition to the second invention, the gate length is Lg, the film thickness of the lowermost resist is a, and the thickness of the insulating film formed on the semiconductor substrate is the same as that of the third invention. When the sum of the depth and the thickness of the semiconductor substrate surface etched in the etching step is b, and the lateral spread of the lowermost resist in the gate electrode pattern formed in the second etching step is x, Since x> ((a / tan75 °) -Lg / 2) and b <(tan75 ° × Lg / 2) are satisfied, the occurrence of disconnection in the gate electrode is suppressed, and the yield is improved. The gate resistance is reduced and the frequency characteristics and low noise characteristics are improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a gate electrode of a field-effect transistor of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a first conventional example.
FIG. 3 is a sectional view showing a second conventional example.
FIG. 4 is a cross-sectional transmission electron micrograph of a manufactured gate electrode.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
該絶縁膜上に、リフトオフに使用する光レジストあるいは電子線レジストを塗布する工程と、
前記の光レジストあるいは電子線レジストに、その断面構造が、すくなくともその一部において上部よりも下部の方が狭い幅をもつ形状を持ち、その溝の深さが上記の絶縁膜に達する、予め決められた平面形状をもつゲート電極パターンを形成する工程と、
上記の絶縁膜をエッチングする第1のエッチング工程と、
上記の多層レジスト塗布膜を予め決められた膜厚に相当する分エッチングする第2のエッチング工程と、
半導体基板表面を予め決められた膜厚に相当する分エッチングする第3のエッチング工程と、
ゲート電極材料の原子ビームあるいは分子ビームなどの粒子線を用いてゲート電極層を形成する工程と、
多層レジスト塗布膜を除去してゲート電極を形成する工程とを含むことを特徴とする電界効果トランジスタのゲート電極の作製方法。When manufacturing a gate electrode by a lift-off method using a multilayer resist coating film,
Forming an insulating film on the semiconductor substrate;
A step of applying a photo resist or an electron beam resist used for lift-off on the insulating film;
The above-mentioned optical resist or electron beam resist has a cross-sectional structure in which at least a part thereof has a shape in which the lower part has a narrower width than the upper part, and the depth of the groove reaches the insulating film. Forming a gate electrode pattern having a given planar shape;
A first etching step of etching the insulating film,
A second etching step of etching the multilayer resist coating film by an amount corresponding to a predetermined thickness;
A third etching step of etching the semiconductor substrate surface by an amount corresponding to a predetermined film thickness;
Forming a gate electrode layer using a particle beam such as an atomic beam or a molecular beam of the gate electrode material;
Removing the multi-layer resist coating film to form a gate electrode.
x>((a/tan75°)−Lg/2)、かつ、b<(tan75°×Lg/2)、
を満たすことを特徴とする請求項2に記載した電界効果トランジスタのゲート電極の作製方法。The gate length is Lg, the thickness of the lowermost resist is a, and the thickness of the thickness of the insulating film formed on the semiconductor substrate and the depth of the surface of the semiconductor substrate etched in the third etching step are described. When the total is b and the lateral spread of the lowermost resist in the gate electrode pattern formed in the second etching step is x,
x> ((a / tan75 °) -Lg / 2) and b <(tan75 ° × Lg / 2),
3. The method for manufacturing a gate electrode of a field effect transistor according to claim 2, wherein:
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