JP3146685B2 - ゲート電極の形成方法 - Google Patents

ゲート電極の形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ゲート電極の形成方法
に関する。具体的にいうと、本発明は、電界効果トラン
ジスタにおけるゲート電極の形成方法に関する。
【0002】
【背景技術】従来より、GaAs−MESFETの高性
能化を図るため、ゲート長が0.2μmで且つゲート抵
抗が小さいマッシュルーム型のゲート電極が実用化され
ている。
【0003】図3(a)ないし(d)に従来のゲート電
極の形成方法を示す。このゲート電極の形成方法にあっ
ては、図3(a)に示すように、半導体基板31上に低
感度の第一のフォトレジスト膜32及び高感度の第二の
フォトレジスト膜33を順に積層した後、電子ビーム露
光装置を用いてゲート電極形成領域の中央の幅d(例え
ば、0.2μm)の領域に強い電子ビーム(E.B.)を走
査することによって、第一及び第二のフォトレジスト膜
32,33の幅dの部分を露光させる。次いで、ゲート
電極形成領域の全幅D(例えば、0.5μm)にわたっ
て弱い電子ビームを走査して第二のフォトレジスト膜3
3のみを幅Dにわたって露光させる。
【0004】次に、これを現像して、露光させた部分の
フォトレジスト膜32,33を除去すると、図3(b)
に示すように、フォトレジスト膜32,33にゲートパ
ターン34が開口する。リセスエッチングを施した後、
ゲート金属35を表面全体に蒸着すると、図3(c)に
示すように、ゲートパターン34内には下部の幅d、上
部の幅Dのマッシュルーム型ゲート電極35aが形成さ
れる。最後に、不要となったレジスト膜32,33等を
リフトオフしてマッシュルーム型ゲート電極35aを完
成する〔図3(d)〕。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ゲート電極の形成方法にあっては、露光する領域全体に
電子ビームを走査してフォトレジスト膜32,33を露
光するので、解像力が良い反面、スループットが悪く、
また、電子ビーム露光装置は装置コストが高くつくとい
う問題があった。
【0006】通常のフォトリソグラフィー法によれば、
装置コストを下げ、スループットを向上させることがで
きるが、露光に使用する紫外線の波長が電子ビームの波
長よりも長いため、解像力が悪く、ゲート長が0.5μ
m以下のゲート電極を形成することが困難である。
【0007】本発明は、叙上の従来例の欠点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、ゲート長
を0.5μm以下のゲート電極を安価な装置で、且つス
ループット良く形成することができるゲート電極の形成
方法を提供することにある。
【0008】本発明のゲート電極の形成方法は、半導体
基板上に少なくともゲート電極形成領域近傍が可溶性と
なった第一のフォトレジスト膜、スペーサー層及び第二
のフォトレジスト膜を積層する工程と、フォトリソグラ
フィー法によって当該第二のフォトレジスト膜に第一の
ゲートパターンを開口し、前記スペーサー層を前記第一
のフォトレジスト膜に達するまでエッチングして当該開
口の下方に当該開口よりも幅の広い空間を形成する工程
と、当該第二のフォトレジスト膜をマスクとして前記第
一のフォトレジスト膜に異方性プラズマを斜めに照射す
ることにより、当該第一のフォトレジスト膜のうち前記
第一のゲートパターンの中央部と対向する領域を可溶性
の領域のまま残してその両側に位置する当該第一のフォ
トレジスト膜のプラズマ照射領域を現像液に対して不溶
化させる工程と、当該第一のフォトレジスト膜の可溶領
域を除去して当該第一のフォトレジスト膜に第一のゲー
トパターンより幅の狭い第二のゲートパターンを開口
し、当該第二のゲートパターンを通して半導体基板の表
面にゲート金属を蒸着させることによってゲート電極を
形成する工程とを備えたことを特徴としている。
【0009】
【作用】本発明のゲート電極の形成方法にあっては、フ
ォトリソグラフィー法によって第一のゲートパターンを
開口された第二のフォトレジスト膜をマスクとして異方
性プラズマを斜めに照射することによって、第一のフォ
トレジスト膜の可溶領域の一部を不溶化させるので、第
一のフォトレジスト膜に第一のゲートパターンよりも幅
の小さい可溶領域すなわち第二のゲートパターンを形成
することができる。したがって、フォトリソグラフィー
法の下限である0.5μm以下の例えば0.2μm程度の
第二のゲートパターンを開口することができ、ひいては
ゲート長が0.2μm程度のゲート電極を形成すること
ができる。
【0010】また、ここで利用するフォトリソグラフィ
ー法においては、従来例のように高価な電子ビーム露光
装置を使用することなく、安価な紫外線露光装置を使用
するので、装置コストを低減させることができる。ま
た、従来例のように露光する領域に電子ビームを走査す
るのではなく、マスクを介して紫外線を一括照射して露
光するので、スループットを向上させることができる。
【0011】
【実施例】図1(a)(b)(c)(d)(e)及び図
2に本発明の一実施例によるゲート電極の形成方法を示
す。このゲート電極の形成方法にあっては、まず、図1
(a)に示すように、半導体基板1(例えば、GaAs
基板)上にポジ型の第一のフォトレジスト膜2を形成し
た後、スパッタ法や低温CVD法によってSiO X膜や
SiNX膜のような絶縁膜(スペーサー層)3を形成
し、さらにポジ型の第二のフォトレジスト膜4を形成す
る。ここで、第一のフォトレジスト膜2は第二のフォト
レジスト膜4よりも高感度のものを使用する。
【0012】なお、第一のフォトレジスト膜2の膜厚T
1により後述するゲート電極7の下部の高さが決まるの
で、所定の値(例えば、T1=2000Å)に設定す
る。また、絶縁膜3の膜厚T2及び第二のフォトレジス
ト膜4の膜厚T3は後述するゲート電極7のゲート長d
に関係するので所定の値(例えば、T2=4000Å,
3=3000Å)に設定する。
【0013】次いで、幅Dの開口を有するフォトマスク
で表面を覆い、半導体基板1のゲート電極形成領域に紫
外線を照射することによって、第一及び第二のフォトレ
ジスト膜2,4を露光し、これを現像して第二のフォト
レジスト膜4に幅Dの上層のゲートパターン4aを開口
する。このとき、第一のフォトレジスト膜2の紫外線を
照射された幅Dの領域2aは現像液に可溶性に変性して
いるものの、絶縁膜3で覆われているため現像によって
除去されない。なお、上層のゲートパターン4aの開口
幅Dは、例えば紫外線を使用したフォトリソグラフィー
法で再現性良く形成できる下限の0.5μmとする。
【0014】次に、上層のゲートパターン4aを通して
例えばウェットエッチング法による等方性エッチングを
施し、図1(b)に示すように、上層のゲートパターン
4aの下方及びその近傍の絶縁膜3をエッチング除去
し、空間3aを形成する。
【0015】次に、図1(c)及び図2に示すように、
例えば平行平板電極を備えたリアクティブイオンエッチ
ング装置内において半導体基板1を電極に一定角度θ
(例えば、25度)傾けてセットし、低圧の弗化炭素
(CF4)ガスを導入して放電させ、異方性のCF4プラ
ズマを照射する。CF4プラズマは、表面にある第二の
フォトレジスト膜4は勿論、上層のゲートパターン4a
を通して第一のフォトレジスト膜2にも照射され、CF
4プラズマを照射された第二のフォトレジスト膜4全体
と第一のフォトレジスト膜2の一部の領域2bは変性し
て現像液に不溶性となる。
【0016】このとき、もし半導体基板1を傾けずにC
4プラズマを垂直に照射すれば、上層のゲートパター
ン4aを通して第一のフォトレジスト膜2の可溶性とな
った領域2aの全幅DにわたってCF4プラズマが照射
されるが、CF4プラズマを上層のゲートパターン4a
から斜めに照射するので、第一のフォトレジスト膜2の
可溶性となった領域2aについては図2に示す幅dp
D−(T2+T3)tanθの領域にのみCF4プラズマが照
射され、不溶化される。ここで、角度θは、この幅dp
が0以上でD/2以下になるように設定しておく。
【0017】次に、半導体基板1を同じ角度θだけ逆に
傾けてセットし、同様にして異方性のCF4プラズマを
照射する。これにより、第一のフォトレジスト膜2の可
溶性の領域2aの両端の幅dpの部分がそれぞれ不溶性
となり、中央の幅d=D−2dpの部分は可溶性のまま
残る。この幅dはCF4プラズマを照射する角度θを適
当な範囲で変えることにより、0からDの間で自由に変
えることができる。なお、後述するマッシュルーム型ゲ
ート電極7のゲート長はこの幅dで決まるので、所定の
幅(例えば、0.2μm)に設定する。
【0018】しかして、これを現像すると現像液に可溶
性の領域2aは除去されて、図1(d)に示すように、
第一のフォトレジスト膜2に開口幅dの下層のゲートパ
ターン5が開口される。この後、ウエットエッチングを
施して下層のゲートパターン5から露出した半導体基板
1の表面をごく薄くエッチング除去し、リセス領域6を
形成する。
【0019】最後に、上層及び下層のゲートパターン4
a,5を通してゲート金属(例えば、Ti/Pt/A
u)を例えば真空蒸着法によって蒸着し、不要となった
フォトレジスト膜2,4等を除去し、リフトオフ法によ
って上部の幅D、下部の幅d、下部の高さ略T1のマッ
シュルーム型ゲート電極7を完成する〔図1(e)〕。
【0020】
【発明の効果】本発明のゲート電極の形成方法によれ
ば、フォトリソグラフィー法により開口可能なゲートパ
ターンよりも狭い開口幅(例えば、0.2μm程度)の
ゲートパターンを開口することができ、例えばゲート長
が0.2μm程度のゲート電極を形成することができ
る。
【0021】また、従来例のように高価な電子ビーム露
光装置を使用せず、安価な紫外線露光装置を使用するの
で、装置コストを低減させることができる。
【0022】また、従来例のように露光領域に電子ビー
ムを走査するのではなく、紫外線を一括照射するので、
スループットを向上させることができる。
【0023】また、ゲート長は第一のゲートパターンの
開口幅と第二のフォトレジスト膜及び絶縁膜の膜厚とプ
ラズマを照射する角度で決まるので、ウェハ全体に均一
に形成することができる。
【0024】また、ゲートパターンの開口は現像液で行
うため、半導体基板へのダメージも無いという利点もあ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)(b)(c)(d)(e)は本発明の一
実施例によるゲート電極の形成方法を示す断面図であ
る。
【図2】同上のプラズマ処理工程を示す断面図である。
【図3】(a)(b)(c)(d)は従来例によるゲー
ト電極の形成方法を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体基板 2 第一のフォトレジスト膜 2a 可溶性の領域 2b 不溶性の領域 3 絶縁膜(スペーサー層) 4 第二のフォトレジスト膜 4a 上層のゲートパターン 5 下層のゲートパターン 7 マッシュルーム型ゲート電極
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/338 H01L 21/28 H01L 29/812

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に少なくともゲート電極形
    成領域近傍が可溶性となった第一のフォトレジスト膜、
    スペーサー層及び第二のフォトレジスト膜を積層する工
    程と、 フォトリソグラフィー法によって当該第二のフォトレジ
    スト膜に第一のゲートパターンを開口し、前記スペーサ
    ー層を前記第一のフォトレジスト膜に達するまでエッチ
    ングして当該開口の下方に当該開口よりも幅の広い空間
    を形成する工程と、 当該第二のフォトレジスト膜をマスクとして前記第一の
    フォトレジスト膜に異方性プラズマを斜めに照射するこ
    とにより、当該第一のフォトレジスト膜のうち前記第一
    のゲートパターンの中央部と対向する領域を可溶性の領
    域のまま残してその両側に位置する当該第一のフォトレ
    ジスト膜のプラズマ照射領域を現像液に対して不溶化さ
    せる工程と、 当該第一のフォトレジスト膜の可溶領域を除去して当該
    第一のフォトレジスト膜に第一のゲートパターンより幅
    の狭い第二のゲートパターンを開口し、当該第二のゲー
    トパターンを通して半導体基板の表面にゲート金属を蒸
    着させることによってゲート電極を形成する工程とを備
    えたことを特徴とするゲート電極の形成方法。
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