JP2904094B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の製造方
法に係わり、特に電界効果型半導体装置の製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】GaAsを半導体材料とする電界効果型
トランジスタ(以下、FET、と称す)の特性向上のた
めに、ゲート長の短縮化が行われている。また、ゲート
抵抗の低減のために、電子ビーム露光技術を使用して、
いわゆるT型ゲートが製造されている。
【0003】この製造方法の従来技術の例を図4を参照
して説明する。
【0004】まず図4(A)に示すように、GaAs基
板31上に電子露光用低感度レジストを厚さが例えば
0.3μm〜0.4μmに塗布し、次に電子露光用高感
度レジストを厚さが例えば1.0μmに塗布する。
【0005】次に幅広の電子ビームを上層の高感度レジ
ストに照射した後現像し、例えば寸法Bが0.7μm〜
0.8μmの開口33Tを有する高感度レジストパター
ン33を形成する。次に下層の低感度レジストに電子ビ
ームを照射した後現像し、ゲート長に相当する寸法Aが
例えば0.15μmの開口32Tを有する低感度レジス
トパターン32を形成する。
【0006】次にこのレジストパターンをマスクにし
て、例えばリン酸系エッチャントによりGaAs基板3
1をエッチングし、リセス34を形成する。
【0007】次に、図4(B)に示すように、ゲート電
極形成用金属層35を蒸着する。この際に開口32Tお
よび33T内の金属層35はT型ゲート電極35Gの構
造となる。
【0008】次に、図4(C)に示すように、リフトオ
フ法を用いて、低高感度レジストパターン32,33お
よび高感度レジストパターン33上のゲート電極形成用
金属層35の部分を除去し、残余するゲート電極形成用
金属膜35によりT型ゲート電極35Gを形成する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】現在、HJFETの高
性能化のために、ゲート長は0.2μm前後のものから
0.1μm程度のものに移行しつつある。
【0010】このような現状において、上記した従来技
術の製造方法のように、一度にT型のレジストパターン
を形成し、蒸着リフトオフによりT型ゲートを形成する
と、蒸着の際のメタルの成長方向の問題により、ゲート
電極の下部の柱状部分と上部の幅広状部分との接合部3
6の埋め込み性が悪く、上下の接合が悪くなる。そのた
め、ゲートのはがれといったトラブルや、ゲート断面積
の低下によりゲート抵抗が大幅に増加する事による特性
劣化といった問題が生じてしまう。
【0011】この問題への対策として、レジストの厚さ
やテーパー角の変更等が考えられてきたが、有効な対策
とはなっていない。
【0012】したがって本発明の目的は、ゲートのはが
れやゲート抵抗の増加を防止したT型ゲート電極を形成
する半導体装置の製造方法を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、半導体
基板の主面上に第1のレジストパターンを形成し、該第
1のレジストパターンを直接的もしくは間接的にマスク
にして該半導体基板の主面にリセスを形成する工程と、
前記第1のレジストパターンを用いたリフトオフ法によ
り前記リセスに第1の金属層からT型ゲート電極の下部
の柱状部分を形成する工程と、全面に酸化膜を堆積する
工程と、前記酸化膜上に第2のレジストパターンを形成
する工程と、前記第2のレジストパターンをマスクにし
て前記酸化膜をエッチングすることにより前記T型ゲー
ト電極の下部の柱状部分の頭部の箇所を露出させるよう
にその表面から内部に所定の深さを有する凹部を形成す
る工程と、前記酸化膜の前記凹部の底面より露出した前
記柱状部分の頭部の箇所に第2の金属層を堆積する工程
と、前記第2のレジストパターンを用いたリフトオフ法
により前記第2の金属層からなるT型ゲート電極の上部
の幅広状部分を形成する工程とを有して電界効果型半導
体装置のT型ゲート電極を形成する半導体装置の製造方
法にある。
【0014】ここで前記第1のレジストパターンを前記
半導体基板の主面に直接被着して形成し、前記第1のレ
ジストパターンを直接的にマスクにして前記半導体基板
の主面に前記リセスを形成することができる。あるい
は、前記第1のレジストパターンを前記半導体基板の主
面に絶縁層を介して形成し、前記第1のレジストパター
ンを用いてサイドエッチにより該第1のレジストパター
ンの開口より大きい開口を有するパターンを前記絶縁層
に形成し、この絶縁層パターンをマスクにして用いて前
記半導体基板の主面に前記リセスを形成することによ
り、前記第1のレジストパターンを間接的にマスクにし
て前記半導体基板の主面にリセスを形成するようにする
こともできる。
【0015】また、前記第1のレジストパターンは電子
ビーム露光法によりパターンの形成を行ない、前記第2
のレジストパターンは光学露光法によりパターンの形成
を行なうことが好ましい。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を説
明する。
【0017】図1および図2は本発明の第1の実施の形
態の製造方法を工程順に示す断面図である。
【0018】まず図1(A)に示すように、GaAs基
板1の主面に被着して電子露光用レジストを厚さが例え
ば0.3μm〜0.4μm程度に塗布し、その後の電子
ビーム露光、現像処理によりゲート長に相当する寸法
A、例えば0.15μmの開口2Tを有する第1のレジ
ストパターン2を形成する。ゲート長は微細であり高精
度を必要とするからこのように電子ビーム露光法を用い
る。
【0019】その後、この第1のレジストパターン2を
マスクにして、例えばリン酸系エッチャントによりGa
As基板1をエッチングし、幅が0.4μmのリセス8
を形成する。
【0020】次に、図1(B)に示すように、第1のゲ
ート金属層3として例えばアルミ(Al)を膜厚0.2
μm蒸着する。
【0021】次に、図1(C)に示すように、リフトオ
フ法により、第1のレジストパターンおよびその上の第
1のゲート金属層3を除去して、第1のレジストパター
ン2の開口2T内に残余していた第1のゲート金属層3
により、リセス8の底面に接続する、T型ゲート電極の
下部である柱状部分3Gを形成する。
【0022】次に、図1(D)に示すように、全面に絶
縁膜として例えばCVDシリコン酸化膜4を膜厚1.0
μm堆積する。その後、光学露光用レジストを塗布し、
光学露光、現像処理によりT型ゲート電極の上部である
幅広状部分、すなわち、ひさし部分にあたる寸法Bが例
えば0.7μm〜0.8μmの開口5Tを有する第2の
レジストパターン5を形成する。この寸法Bはゲート長
を決定する寸法Aよりも精度を要求されないから、第2
のレジストパターン5のパターン形成はこのように生産
性のよい光学露光法を用いる。
【0023】次に、図2(A)に示すように、第2のレ
ジストパターン5をマスクにしてCHF3 ガスで選択的
にドライエッチングを行ってCVDシリコン酸化膜4に
凹部4Tを形成し、これによりゲート電極の下部である
柱状部分3の頭出しを行う。すなわち、柱状部分3の頭
部の箇所3Uを露出させる。
【0024】次に、図2(B)に示すように、T型ゲー
ト電極の上部である幅広状部分を形成するために、第2
のゲート金属層6として例えばアルミ(Al)を膜厚
0.8μm蒸着して、ゲート電極の下部の柱状部分3の
露出している頭部の箇所3Uと結合させる。
【0025】次に、図2(C)に示すように、リフトオ
フ法により、第2のレジストパターン5およびその上の
第2のゲート金属層6を除去して、第1のレジストパタ
ーン2の開口2T内に残余していた第2のゲート金属層
6により、T型ゲート電極の上部である幅広状部分6G
を形成し、柱状部分3Gとともに全体としてT型ゲート
電極10を構成する。
【0026】この実施の形態のように、2段階でT型ゲ
ート電極を形成することにより、ゲート長が0.1μm
から0.2μmと短いにもかかわらず、T型ゲート電極
の下部の柱状部分と上部のひさし状の幅広状部分との接
合部の埋め込み性の問題による、上下の接合の悪化とい
う問題は発生せず、ゲートはがれといったトラブルが無
くなった。さらに、ゲート抵抗については、従来方法の
約1/2に低減できた。
【0027】次に図3(A)乃至(C)を参照して本発
明の第2の実施の形態の製造方法を工程順に示す断面図
である。
【0028】まず図3(A)に示すように、GaAs基
板1上に、例えば絶縁層としてCVDシリコン酸化膜7
を0.5μm堆積する。その後、第1の実施の形態と同
様に第1のレジスト層にゲート長相当の開口2Tを有す
る第1のレジストパターン2を形成する。その後、この
第1のレジストパターン2をマスクとしてCVDシリコ
ン酸化膜7をウエットエッチングによりサイドエッチを
行い、開口2Tより大きい開口7Tを形成する。その
後、このCVDシリコン酸化膜7をマスクとしてリン酸
系エッチャントにより開口7T下のGaAs基板1の主
面部分に幅1.0μmのリセス18を形成する。このよ
うにこの実施の形態では、リセス18の形成は、直接的
にはCVDシリコン酸化膜7のパターンにより行なわ
れ、間接的には第1のレジストパターン2により行なわ
れる。
【0029】次に図3(B),(C)に示すように、第
1の実施の形態と同様にして、T型ゲート電極を形成す
る。
【0030】このように寸法の大きいワイドレセス18
を形成しなければならない場合、レジストを直接マスク
にするとレジストの変形等の問題が起こる。そのため、
レジストの下のシリコン酸化膜をマスクとしてリセスを
形成する。この第2の実施の形態では、そのような場合
でも、良好な形状のT型ゲート電極を形成できる。
【0031】
【発明の効果】以上、説明したように本発明は、例えば
電子ビーム露光によるリフトオフゲート形成において、
2段階でT型ゲート電極を形成することにより、ゲート
長が0.2μm以下の場合に問題となるT型ゲート電極
の上下の接合の悪化の問題は発生しないで、ゲートのは
がれといったトラブルは発生しない。また、ゲート抵抗
については、従来方法の約1/2に低減できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の半導体装置の製造
方法を工程順に示す断面図である。
【図2】図1の続きの工程を順に示す断面図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態の半導体装置の製造
方法を工程順に示す断面図である。
【図4】従来技術の半導体装置の製造方法を工程順に示
す断面図である。
【符号の説明】
1 GaAs基板 2 第1のレジストパターン 2T 第1のレジストパターンの開口 3 第1のゲート金属層 3G T型ゲート電極の下部である柱状部分 3U T型ゲート電極の下部である柱状部分の頭部箇
所 4 CVDシリコン酸化膜 4T CVDシリコン酸化膜の凹部 5 第2のレジストパターン 5T 第2のレジストパターンの開口 6 第2のゲート金属層 6G T型ゲート電極の上部である幅広状部分 7 CVDシリコン酸化膜 7T CVDシリコン酸化膜の開口 8,18 リセス 10 T型ゲート電極 31 GaAs基板 32 低感度レジストパターン 32T 低感度レジストパターンの開口 33 高感度レジストパターン 33T 高感度レジストパターンの開口 34 リセス 35 ゲート電極形成用金属層 35G T型ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/28 - 21/288 H01L 21/44 - 21/445 H01L 29/40 - 29/51 H01L 29/872

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の主面上に第1のレジストパ
    ターンを形成し、該第1のレジストパターンを直接的も
    しくは間接的にマスクにして該半導体基板の主面にリセ
    スを形成する工程と、前記第1のレジストパターンを用
    いたリフトオフ法により前記リセスに第1の金属層から
    T型ゲート電極の下部の柱状部分を形成する工程と、全
    面に酸化膜を堆積する工程と、前記酸化膜上に第2のレ
    ジストパターンを形成する工程と、前記第2のレジスト
    パターンをマスクにして前記酸化膜をエッチングするこ
    とにより前記T型ゲート電極の下部の柱状部分の頭部の
    箇所を露出させるようにその表面から内部に所定の深さ
    を有する凹部を形成する工程と、前記酸化膜の前記凹部
    の底面より露出した前記柱状部分の頭部の箇所に第2の
    金属層を堆積する工程と、前記第2のレジストパターン
    を用いたリフトオフ法により前記第2の金属層からなる
    T型ゲート電極の上部の幅広状部分を形成する工程とを
    有して電界効果型半導体装置のT型ゲート電極を形成す
    ることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第1のレジストパターンを前記半導
    体基板の主面に直接被着して形成し、前記第1のレジス
    トパターンを直接的にマスクにして前記半導体基板の主
    面に前記リセスを形成することを特徴とする請求項1記
    載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第1のレジストパターンを前記半導
    体基板の主面に絶縁層を介して形成し、前記第1のレジ
    ストパターンを用いてサイドエッチにより該第1のレジ
    ストパターンの開口より大きい開口を有するパターンを
    前記絶縁層に形成し、この絶縁層パターンをマスクにし
    て用いて前記半導体基板の主面に前記リセスを形成する
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 前記第1のレジストパターンは電子ビー
    ム露光法によりパターンの形成を行ない、前記第2のレ
    ジストパターンは光学露光法によりパターンの形成を行
    なうことを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造
    方法。
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