JP3165712B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device

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JP3165712B2
JP3165712B2 JP20380991A JP20380991A JP3165712B2 JP 3165712 B2 JP3165712 B2 JP 3165712B2 JP 20380991 A JP20380991 A JP 20380991A JP 20380991 A JP20380991 A JP 20380991A JP 3165712 B2 JP3165712 B2 JP 3165712B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Projection-Type Copiers In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関するもので、特にリセスゲート構造を有する電界効
果型GaAsトランジスタのゲート形成工程に使用され
るものである
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a gate of a field effect GaAs transistor having a recess gate structure.

【0002】。[0002]

【従来の技術】リセスゲート構造を有する電界効果型G
aAsトランジスタの従来例として、HEMT(High E
lectron Mobility Transistor 、高電子移動度トランジ
スタ)を取り上げ、図面を参照して従来技術について説
明する。
2. Description of the Related Art Field effect type G having a recess gate structure
As a conventional example of an aAs transistor, HEMT (High E
Electron Mobility Transistor, a high electron mobility transistor), and the related art will be described with reference to the drawings.

【0003】図7は、製造工程中のHEMTデバイスに
おいて、リセスエッチング(recessetching、堀り込み
エッチング)した後、リフトオフ直前の断面図である。
同図においてGaAs基板1上にエピタキシャル成長法
により、バッファ層2、2次電子供給層3及びキャップ
層4d,4sが形成されている。キャップ層4d及び4
sに、それぞれオーム接触するドレイン電極6d及びソ
ース電極6sが形成される。開口部9を含むレジスト膜
5上にゲートメタル7及び7gが積層されている。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a HEMT device in a manufacturing process immediately after lift etching after recess etching (recess etching).
In FIG. 1, a buffer layer 2, a secondary electron supply layer 3, and cap layers 4d and 4s are formed on a GaAs substrate 1 by an epitaxial growth method. Cap layers 4d and 4
A drain electrode 6d and a source electrode 6s that are in ohmic contact with each other are formed at s. Gate metals 7 and 7 g are laminated on the resist film 5 including the opening 9.

【0004】次にゲート形成方法の第1の従来例、すな
わちレジストの開口部9の側壁が垂直形状の場合につい
て、図8及び図9を参照して、以下説明する。図8
(a)において、GaAs基板1上にバッファ層2、2
次電子供給層3及びキャップ層4をエピタキシャル成長
法により積層した基板を用意する。次にポジ型レジスト
膜5を塗布した後、電子ビーム露光装置により、該レジ
スト膜5に、ゲート形成用の微細なラインパターンを描
画する。次に現像して、レジスト膜5に側壁がほぼ垂直
な開口部9を得る。図8(b)において、レジストをマ
スクにして、キャップ層4及び2次電子供給層3をエッ
チングする。このエッチングはリセスエッチングと呼ば
れ、通常はドレイン電極6d及びソース電極6s(図7
参照)間に電流を流し、電流をチェックしながら2次電
子供給層3のエッチングをする。次に図9(a)に示す
ように開口部9を含むレジスト膜5上にゲートメタル7
及び7gを蒸着する。なおゲートメタル7gをゲート電
極と呼ぶこともある。次に図9(b)に示すように、リ
フトオフ法によりレジスト膜5上のゲートメタル7を除
去し、ゲート電極7gを形成する。
Next, a first conventional example of the gate forming method, that is, a case where the side wall of the opening 9 of the resist has a vertical shape will be described below with reference to FIGS. FIG.
1A, a buffer layer 2, 2 on a GaAs substrate 1 is formed.
A substrate in which the next electron supply layer 3 and the cap layer 4 are stacked by an epitaxial growth method is prepared. Next, after applying the positive resist film 5, a fine line pattern for forming a gate is drawn on the resist film 5 by an electron beam exposure apparatus. Next, development is performed to obtain an opening 9 whose side wall is substantially perpendicular to the resist film 5. In FIG. 8B, the cap layer 4 and the secondary electron supply layer 3 are etched using the resist as a mask. This etching is called recess etching, and is usually performed by a drain electrode 6d and a source electrode 6s (FIG. 7).
2), a current is supplied, and the secondary electron supply layer 3 is etched while checking the current. Next, as shown in FIG. 9A, a gate metal 7 is formed on the resist film 5 including the opening 9.
And 7 g are deposited. The gate metal 7g may be called a gate electrode. Next, as shown in FIG. 9B, the gate metal 7 on the resist film 5 is removed by a lift-off method to form a gate electrode 7g.

【0005】図8及び図9に示すように、開口部9の側
壁が垂直形状では、ゲート電極7gの底部幅が大きくな
らないゲート形成が可能である。しかしメタル蒸着装置
のコンディションにより、蒸着するゲートメタルの入射
方向の斜め成分が大きくなると、開口部側壁にメタルが
付着し、リフトオフ後にゲート電極7gにバリ8を発生
させることがある。またリセスエッチングでは、サイド
エッチングが行なわれたとしても、ウェットエッチング
処理のため深さ方向と同等のサイドエッチング距離が得
られる程度である。そのためリセスエッチング端12
と、ゲートメタル端11との間に十分な距離が得られ
ず、HEMT特性上、ドレイン耐圧が大きくならず、そ
の他のDC特性も悪くなる傾向にある。
As shown in FIGS. 8 and 9, when the side wall of the opening 9 has a vertical shape, a gate can be formed without increasing the bottom width of the gate electrode 7g. However, when the oblique component of the incident direction of the gate metal to be deposited becomes large due to the condition of the metal deposition apparatus, the metal may adhere to the side wall of the opening, and burrs 8 may be generated on the gate electrode 7g after lift-off. Also, in the recess etching, even if the side etching is performed, a side etching distance equivalent to the depth direction can be obtained because of the wet etching process. Therefore, recess etching end 12
And a sufficient distance from the gate metal end 11 cannot be obtained, the drain breakdown voltage does not increase in the HEMT characteristics, and other DC characteristics tend to deteriorate.

【0006】次に上記問題点を改善したゲート形成方法
の第2の従来例について、図10ないし図12を参照し
て説明する。この方法は、レジスト膜を2層構造とし、
開口部側壁をオーバーハング形状に形成し、メタルのリ
フトオフを容易にすると共にリセスエッチング端とゲー
トメタル端との間に十分な間隔が得られるようにしたも
のである。
Next, a second conventional example of a gate forming method which solves the above problem will be described with reference to FIGS. In this method, the resist film has a two-layer structure,
The side wall of the opening is formed in an overhang shape to facilitate the lift-off of the metal and to obtain a sufficient space between the recess etching end and the gate metal end.

【0007】図10(a)において、第1の方法と同
様、GaAs基板1上に、バッファ層2、2次電子供給
層3及びキャップ層4を形成した積層基板を用意し、下
層レジスト膜15を塗布し、さらにその上に上層レジス
ト膜16を塗布する。次に電子ビーム露光装置により、
上層レジスト膜16に、ゲート用の微細なラインパター
ンを描画した後、現像して開口部10aを形成する。次
に図10(b)に示すように、下層レジスト15を露光
し、現像してオーバハング形状の開口部10を形成す
る。次に図11(a)において、開口部10を有する2
層レジスト膜をマスクにしてリセスエッチングを行なっ
た後、図11(b)に示すように、全面にゲートメタル
7及び7gを積層する。次に図12に示すように、リフ
トオフ法によりレジスト上のゲートメタル7を除去し、
ゲート電極7gを得る。この場合ゲートメタル7gの底
面の幅はほぼ上層レジスト膜16の開口部10aの幅と
等しくなる。そのためリセスエッチング端とゲートメタ
ル7g端との間に十分な間隔を取ることができると共
に、第1の従来例のようなバリの発生は少なくなる。こ
れによりドレイン耐圧を大きくできる。しかしながら2
層レジスト構造のため、レジスト塗布、描画、現像など
の工程が増加するため、レジストパターンの形成時間が
単層レジスト工程と比べて長くなってしまう。
In FIG. 10 (a), as in the first method, a laminated substrate having a buffer layer 2, a secondary electron supply layer 3 and a cap layer 4 formed on a GaAs substrate 1 is prepared, and a lower resist film 15 is formed. , And an upper resist film 16 is further applied thereon. Next, by an electron beam exposure device,
A fine line pattern for a gate is drawn on the upper resist film 16 and then developed to form an opening 10a. Next, as shown in FIG. 10B, the lower resist 15 is exposed and developed to form an overhang-shaped opening 10. Next, in FIG.
After the recess etching is performed using the layer resist film as a mask, as shown in FIG. 11B, gate metals 7 and 7g are laminated on the entire surface. Next, as shown in FIG. 12, the gate metal 7 on the resist is removed by a lift-off method,
A gate electrode 7g is obtained. In this case, the width of the bottom surface of the gate metal 7g is substantially equal to the width of the opening 10a of the upper resist film 16. Therefore, a sufficient space can be provided between the recess etching end and the end of the gate metal 7g, and the occurrence of burrs as in the first conventional example is reduced. Thereby, the drain withstand voltage can be increased. However 2
Due to the layered resist structure, steps such as resist application, drawing, and development are increased, so that the formation time of the resist pattern is longer than in the single-layered resist step.

【0008】以上レジストパターンの開口部の形状に起
因する問題点について、第1及び第2の従来例に分けて
述べたが、現状では現像処理方法についても次のような
問題がある。すなわちレジストパターン形成に関し、1
回の現像処理だけで形成を終えようとすると、開口部寸
法が大きくなってしまうという問題がある。これは電子
ビームによりレジストが露光されるとき、電子ビーム
は、レジストに入射する際のフォアースキャッタの影響
及びレジスト膜を透過しGaAs基板面に衝突する際の
バックスキャッタの影響を受け、横方向に散乱する電子
を発生し、これによりあらかじめ決められた電子ビーム
の走査幅すなわち開口部の設計寸法d0 より大きな幅に
わたってレジストは感光される。図5はこの状態を説明
するためのレジスト膜43の模式的断面図である。同図
において、GaAs基板40上に積層されたポジ型レジ
スト膜43は、電子ビーム41により露光される。符号
44はフォアースキャッタ等により広がった電子ビーム
により感光したレジスト領域、45はバックスキャッタ
等により広がった電子ビームにより感光したレジスト領
域である。1回だけの現像処理のときは、従来の方法で
は、感光したレジストのすべてが現像されるようにする
ため、図6(a)に示すように開口部46の幅も広くな
ってしまう。
The problems caused by the shape of the opening of the resist pattern have been described above in the first and second conventional examples. At present, however, the developing method also has the following problems. That is, regarding formation of a resist pattern, 1
There is a problem in that the size of the opening is increased if the formation is completed only by performing the development process twice. This is because when the resist is exposed by the electron beam, the electron beam is affected by the foreground scatter when entering the resist and the backscatter when the resist is transmitted through the resist film and collides with the GaAs substrate surface. The scattered electrons are generated, so that the resist is exposed over a predetermined scanning width of the electron beam, that is, a width larger than the design dimension d 0 of the opening. FIG. 5 is a schematic sectional view of the resist film 43 for explaining this state. In the figure, a positive resist film 43 laminated on a GaAs substrate 40 is exposed by an electron beam 41. Reference numeral 44 denotes a resist area exposed by an electron beam spread by a forescatter or the like, and reference numeral 45 denotes a resist area exposed by an electron beam spread by a backscatter or the like. In the case of a single development process, the width of the opening 46 is increased as shown in FIG. 6A in order to develop all of the exposed resist in the conventional method.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】これまで述べたよう
に、リセスゲート構造(FETの動作層のゲート電極直
下の部分をエッチングにより除去して所望の動作層厚と
する構造)を有するHEMT等の電界効果型トランジス
タのゲート形成において、前記第1の従来例のように、
レジスト膜の開口部の側壁が垂直形状の場合には、リセ
スエッチング後の開口部底面の横幅すなわちリセスエッ
チング端と開口部底面に積層されるゲートメタル端との
間に十分な距離を得ることが難しく、ドレイン耐圧が大
きくならず、またリフトオフ後のゲートメタルにバリを
生ずるという課題がある。また前記第2の従来例のよう
に、レジスト膜を2層構造とすることにより第1従来例
の課題は、ある程度改善されるが工程数が長くなった
り、寸法制御に問題がある。
As described above, an electric field of an HEMT or the like having a recess gate structure (a structure in which a portion immediately below a gate electrode of an operation layer of an FET is removed by etching to obtain a desired operation layer thickness). In the formation of the gate of the effect transistor, as in the first conventional example,
When the side wall of the opening of the resist film has a vertical shape, it is necessary to obtain a sufficient width of the bottom surface of the opening after the recess etching, that is, a sufficient distance between the recess etching end and the gate metal end laminated on the bottom of the opening. However, there is a problem that the drain withstand voltage does not increase and burrs occur in the gate metal after lift-off. Further, the problem of the first conventional example can be improved to some extent by forming the resist film into a two-layer structure as in the second conventional example, but the number of steps becomes longer and there is a problem in dimensional control.

【0010】本発明は、上記の課題にかんがみなされた
もので、その目的は、リセスゲート形成のためのレジス
ト膜を単層構造とし、開口部底面のリセスエッチング寸
法を安定して制御でき、そのリセスエッチング端と開口
部底面上に積層されるゲートメタル端との間の距離を十
分大きくでき、これにより容易にリフトオフが可能であ
ると共に素子のドレイン耐圧等の特性向上が得られる半
導体装置の製造方法を提供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to form a resist film for forming a recess gate into a single-layer structure, to stably control a recess etching dimension at the bottom of an opening, A method of manufacturing a semiconductor device, in which a distance between an etched end and a gate metal end laminated on the bottom of an opening can be made sufficiently large, whereby lift-off can be easily performed and characteristics such as drain withstand voltage of an element can be improved. It is to provide.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段とその作用】本発明の半導
体装置の製造方法は、リセスゲート構造を有する電界効
果型トランジスタの製造方法において、(a)半導体基
板上にノボラック系ポジ型レジストを塗布する工程と、
(b)前記ポジ型レジスト膜にゲートパターンを電子ビ
ーム露光装置で描画する工程と、(c)ゲートパターン
を描画した前記ポジ型レジスト膜に、現像、水洗及び乾
燥からなる第1回目のレジスト処理工程を施した後、さ
らに現像、水洗及び乾燥からなるレジスト処理工程を1
回または複数回繰り返し、前記ポジ型レジスト膜に、側
壁の角度が逆テーパーでかつ前記基板面に達する開口部
を形成する工程と、(d)前記ポジ型レジスト膜をマス
クとしてリセスエッチングした後、ゲートメタルを積層
させ、レジスト上のメタルをリフトオフにより除去する
工程とを、具備することを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a field effect transistor having a recess gate structure, comprising: (a) applying a novolak-based positive resist on a semiconductor substrate; Process and
(B) a step of drawing a gate pattern on the positive resist film by an electron beam exposure apparatus; and (c) a first resist treatment comprising development, washing and drying on the positive resist film on which the gate pattern has been drawn. After performing the steps, a resist processing step including development, washing, and drying is further performed in one step.
Forming an opening in the positive resist film, the angle of the side wall being reverse tapered and reaching the substrate surface, and (d) recess etching using the positive resist film as a mask, Stacking a gate metal and removing the metal on the resist by lift-off.

【0012】ノボラック系ポジ型レジストに電子ビーム
によりゲートパターン(通常ライン状のパターンで、そ
の線幅をゲート電極幅またはゲートメタル幅と呼ぶ)を
描画すると、電子ビームにより感光したレジスト領域は
スキャッタ等により線幅が設計寸法d0 より広がる(図
5参照)。このような感光レジストに対し上記(c)項
記載の現像処理、すなわちステップ現像を行なうと、側
壁が逆テーパーとなる開口部を形成することができる。
すなわち開口部頂面の幅よりも開口部底面の幅が大きく
なる。このレジストをマスクにしてリセスエッチングを
施すと、開口部底面の幅はサイドエッチ分だけさらに大
きくなる。このような開口部を持つレジスト上にゲート
メタルを積層したとき、開口部底面上に積層されるゲー
トメタル幅は、開口部頂面の幅にほぼ等しい。これによ
り、開口部底面のリセスエッチング端と開口部底面上に
積層されるゲートメタル端との間の距離を安定して十分
大きい距離とすることができる。
When a gate pattern (usually a linear pattern, the line width of which is called a gate electrode width or a gate metal width) is drawn on a novolak-based positive resist by an electron beam, the resist area exposed by the electron beam is scattered. As a result, the line width becomes wider than the design dimension d 0 (see FIG. 5). When such a photosensitive resist is subjected to the development processing described in the above item (c), that is, step development, an opening having a side wall having an inversely tapered shape can be formed.
That is, the width of the bottom surface of the opening is larger than the width of the top surface of the opening. When recess etching is performed using this resist as a mask, the width of the bottom surface of the opening is further increased by the side etch. When a gate metal is laminated on a resist having such an opening, the width of the gate metal laminated on the bottom of the opening is substantially equal to the width of the top surface of the opening. Thereby, the distance between the recess etching end on the bottom of the opening and the end of the gate metal laminated on the bottom of the opening can be stably set to a sufficiently large distance.

【0013】請求項2記載の製造方法は、レジストの膜
厚をゲートメタルの膜厚より厚くしてレジスト上のゲー
トメタルを確実にリフトオフできるようにし、また第1
回目のレジスト処理工程の現像時間を30秒ないし60
秒として、側壁の角度を確実に逆テーパーにすることが
できる製造方法である。
According to a second aspect of the present invention, the thickness of the resist is made larger than the thickness of the gate metal so that the gate metal on the resist can be reliably lifted off.
The development time of the second resist process is 30 seconds to 60 seconds.
This is a manufacturing method that can ensure that the angle of the side wall is inversely tapered in seconds.

【0014】請求項3記載の製造方法は、第1回目のレ
ジスト処理工程を施した後、1回若しくは繰り返して行
なう処理工程における現像時間を30秒以内とするもの
で、開口部側壁のレジストプロファイルを所望の逆テー
パー形状に制御するために必要である。
According to a third aspect of the present invention, in the manufacturing method of the first aspect, after the first resist processing step, the developing time in the processing step performed once or repeatedly is set to 30 seconds or less. Is required to control the desired reverse tapered shape.

【0015】[0015]

【実施例】図1は、本発明の製造方法を適用して形成し
たHEMTデバイスのリセスエッチング後、ゲートメタ
ルをリフトオフする直前の断面図である。GaAs基板
1等から成る積層基板上にノボラック系ポジ型レジスト
25が塗布されている。レジスト25には、角度が逆テ
ーパーの側壁27を持つ開口部26が形成されている。
図1で図7と同符号は同一部分または対応部分をあらわ
すので説明を省略する。
FIG. 1 is a sectional view of a HEMT device formed by applying the manufacturing method of the present invention, immediately after lift-off of a gate metal after recess etching. A novolak-based positive resist 25 is applied on a laminated substrate composed of a GaAs substrate 1 or the like. An opening 26 having a side wall 27 having an inversely tapered angle is formed in the resist 25.
In FIG. 1, the same reference numerals as those in FIG. 7 represent the same or corresponding parts, and thus the description thereof will be omitted.

【0016】次に上記HEMTデバイスの製造方法につ
いて、図2ないし図4を参照し説明する。図2(a)に
示すように、GaAs基板1上にエピタキシャル成長法
により、バッファ層2、2次電子供給層3、キャップ層
4を積層する。その上にノボラック系ポジ型レジスト膜
25をスピンコート法により塗布する。レジストとして
はノボラック系ポジ型レジストMP−2400(シプレ
ー社)を用いた。またレジスト膜の層厚は、後述するゲ
ートメタルの膜厚よりも厚くする必要がある。一般に5
00nmないし1000nm程度とする。次にポジ型レ
ジスト膜25に微細なゲートパターンを、電子ビーム露
光装置で描画する。
Next, a method of manufacturing the HEMT device will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2A, a buffer layer 2, a secondary electron supply layer 3, and a cap layer 4 are stacked on a GaAs substrate 1 by an epitaxial growth method. A novolak-based positive resist film 25 is applied thereon by spin coating. As a resist, a novolak-based positive resist MP-2400 (Shipley) was used. Further, the thickness of the resist film needs to be larger than the thickness of a gate metal described later. Generally 5
It is set to about 00 nm to 1000 nm. Next, a fine gate pattern is drawn on the positive resist film 25 by an electron beam exposure apparatus.

【0017】次にゲートパターンを描画したポジ型レジ
スト膜に、現像、水洗及び乾燥からなる第1回目のレジ
スト処理工程を施す。現像液としてはMP2401を使
用した。現像液の液温は23℃ないし25℃が望まし
く、現像時間は30秒ないし60秒の間で、試行により
決定する。図2(a)は、上記第1回目のレジスト処理
を施した後の断面図で、凹部26aが形成される。
Next, the positive resist film on which the gate pattern has been drawn is subjected to a first resist processing step including development, washing and drying. MP2401 was used as a developer. The temperature of the developer is preferably 23 ° C. to 25 ° C., and the developing time is 30 seconds to 60 seconds, which is determined by trial. FIG. 2A is a cross-sectional view after the first resist process is performed, in which a concave portion 26a is formed.

【0018】次に再度同じ現像液を使い、30秒の現像
を行ない水洗、乾燥して、図2(b)に示すような基板
面に達する開口部26bが得られる。さらにもう1度、
同じ現像液を使用し、30秒現像を行ない、水洗、乾燥
して図3(a)に示すような側壁27が逆テーパー形状
の開口部26cを得る。開口部26cの側壁の角度は、
70度ないし80度の角度とすることが望ましい。この
実施例では、3回のレジスト処理工程で、現像時間合計
90秒であるが、一般には現像時間の合計は90〜12
0秒程度であり、開口部側壁のプロファイルによって
は、例えば4回に分けて現像を行なう。
Next, using the same developer again, development is performed for 30 seconds, washing with water and drying are performed to obtain an opening 26b reaching the substrate surface as shown in FIG. 2 (b). One more time,
Using the same developing solution, development is performed for 30 seconds, and washing and drying are performed to obtain an opening 26c having an inverted tapered side wall 27 as shown in FIG. The angle of the side wall of the opening 26c is
It is desirable that the angle be 70 degrees to 80 degrees. In this embodiment, the total development time is 90 seconds in three resist processing steps, but generally the total development time is 90 to 12 seconds.
The time is about 0 second, and development is performed, for example, four times depending on the profile of the opening side wall.

【0019】レジストパターンの形成終了後、図3
(b)に示すように、レジスト膜25をマスクとしてリ
ン酸系のエッチング液にて、基板のキャップ層4、2次
電子供給層3のリセスエッチングを行なう。次に図4
(a)に示すように、Al系またはAu系のゲートメタ
ル7及び7gを、レジスト膜25を積層した基板全面に
蒸着する。次にレジスト膜25上の不要のゲートメタル
7を、リフトオフ法により除去し、図4(b)に示すよ
うにゲート電極膜7gが得られる。
After completion of the formation of the resist pattern, FIG.
As shown in (b), the cap layer 4 and the secondary electron supply layer 3 of the substrate are recess-etched with a phosphoric acid-based etchant using the resist film 25 as a mask. Next, FIG.
As shown in FIG. 3A, Al or Au gate metals 7 and 7 g are deposited on the entire surface of the substrate on which the resist film 25 is laminated. Next, the unnecessary gate metal 7 on the resist film 25 is removed by a lift-off method, and a gate electrode film 7g is obtained as shown in FIG.

【0020】上記の製造方法では、ゲート形成のための
レジスト膜は単層構造であり、2層レジスト構造である
前記第2の従来例において、レジストパターン形成に時
間がかかり過ぎるという課題は解決される。
In the above-described manufacturing method, the problem that the resist pattern formation takes too much time in the second conventional example, in which the resist film for forming the gate has a single-layer structure and the two-layer resist structure, is solved. You.

【0021】従来技術では1回の現像でレジストパター
ンを形成するのに対し、上記製造方法においてはステッ
プ現像でこれを形成する。図5及び図6を参照して両方
法の相違について説明する。図5において、GaAs基
板40上に塗布されたノボラック系ポジ型レジスト膜4
3に、電子ビーム41によりゲートパターンを描画する
と、電子ビームにより感光するレジスト領域は、線幅が
設計寸法d0 より広がる。すなわちフォアースキャッタ
等で広がった電子ビームにより感光した領域44及びバ
ックスキャッタ等で広がった電子ビームにより感光した
領域45だけ外周に感光領域は広がる。
In the prior art, a resist pattern is formed by a single development, whereas in the manufacturing method described above, the resist pattern is formed by a step development. The difference between the two methods will be described with reference to FIGS. In FIG. 5, a novolak-based positive resist film 4 applied on a GaAs substrate 40 is formed.
3, when drawing a gate pattern by the electron beam 41, the resist region sensitized by electron beam, the line width increases from the design size d 0. In other words, the photosensitive region is extended to the outer periphery only by the region 44 exposed by the electron beam spread by the forescatter or the like and the region 45 exposed by the electron beam spread by the backscatter or the like.

【0022】図6(a)は、図5の基板を従来の方法す
なわち連続して120秒現像を1回した場合、同図
(b)は、本発明のステップ現像、すなわち第1回目6
0秒現像と水洗、乾燥した後、30秒現像及び水洗乾燥
のレジスト処理を繰り返し2回施した場合、それぞれに
おける開口部形状を示す。現像回数1回の場合には、図
6(a)に見られるように感光したレジストはすべて現
像され、したがって開口部46の開口寸法d1 は設計寸
法d0 より大きくなる。これに対しステップ現像の場合
には図6(b)に見られるように開口寸法はほぼ設計寸
法に近いd0 の値となる。現像、水洗、乾燥から成るレ
ジスト処理において、現像されたレジストの水洗乾燥過
程で、難溶性のレジスト層が形成され、レジスト表面に
残る。難溶層はその後のレジスト処理速度を鈍化する。
ステップ現像においては、レジスト処理を繰り返す都
度、レジストの難溶層は積層され、図6(b)に示すよ
うに難溶層47が形成され、開口寸法の増大は防止さ
れ、逆テーパーの側壁を形成することができる。
FIG. 6A shows a case where the substrate of FIG. 5 is subjected to the conventional method, that is, once continuous development for 120 seconds, and FIG.
When the resist process of development for 30 seconds, washing with water, and drying is repeated twice after developing for 0 seconds, washing with water, and drying, the shape of the opening in each case is shown. In the case of developing number once, photosensitive resist as seen in FIG. 6 (a) all developed, thus opening size d 1 of the opening 46 is larger than the design dimension d 0. On the other hand, in the case of the step development, as shown in FIG. 6B, the opening dimension has a value of d 0 which is almost close to the design dimension. In a resist treatment including development, washing, and drying, a hardly soluble resist layer is formed in the washing and drying process of the developed resist and remains on the resist surface. The hardly soluble layer slows down the subsequent resist processing speed.
In the step development, each time the resist process is repeated, the hardly soluble layer of the resist is laminated, a hardly soluble layer 47 is formed as shown in FIG. 6B, the increase in the opening size is prevented, and the side wall of the reverse taper is removed. Can be formed.

【0023】図3(b)に示す開口部26の頂部の幅w
1 に対し、開口部26の底部の幅w2 は、側壁が逆テー
パーであるのでw2 >w1 である。逆テーパー形状は、
ステップ現像により十分制御されているので安定してい
る。またリセスエッチングを介してリセス部分の幅w3
を制御することができる。また図4(a)に示すゲート
メタル7gの幅w4 は、開口部の頂部の幅w1 にほぼ等
しいので、結果としてリセスエッチング端とゲートメタ
ル端の間の距離(w3 −w4 )/2を十分大きくするこ
とができ、ドレイン耐圧等素子のDC特性の向上を可能
にした。また逆テーパー形状であるので容易にリフトオ
フが可能である。
The width w of the top of the opening 26 shown in FIG.
On the other hand, the width w 2 of the bottom of the opening 26 satisfies w 2 > w 1 because the side wall has an inverse taper. The reverse taper shape is
It is stable because it is sufficiently controlled by step development. Further, the width w 3 of the recessed portion is formed through the recess etching.
Can be controlled. The width w 4 of the gate metal 7g shown in FIG. 4 (a), since substantially equal to the width w 1 of the top of the opening, the distance between the recess etching end and gate metal edge as a result (w 3 -w 4) / 2 can be made sufficiently large, and the DC characteristics of the element such as the drain withstand voltage can be improved. In addition, because of the inverse tapered shape, lift-off can be easily performed.

【0024】上記実施例では、HEMTデバイスについ
て説明したが、本発明は、リセスゲート構造を有するM
ESFET等その他の電界効果トランジスタの製造方法
にも適用できる。
In the above embodiment, the HEMT device has been described. However, the present invention relates to an MMT having a recess gate structure.
The present invention can be applied to a method for manufacturing other field effect transistors such as an ESFET.

【0025】[0025]

【発明の効果】これまで説明したように、本発明は、リ
セスゲート形成のためのレジスト膜を単層構造とし、レ
ジストパターンの開口部側壁を逆テーパー構造にし、か
つ開口部底面のリセスエッチング寸法の安定制御が可能
となった。これらにより、本発明は、開口部底面上に積
層されるゲートメタル端とリセスエッチング端との間の
距離を十分大きくでき、容易にリフトオフが可能である
と共に、素子のドレイン耐圧等の特性向上が得られる半
導体装置の製造方法を提供することができた。
As described above, according to the present invention, the resist film for forming the recess gate has a single layer structure, the side wall of the opening of the resist pattern has an inverted tapered structure, and the recess etching dimension of the bottom of the opening is reduced. Stable control became possible. As a result, the present invention can sufficiently increase the distance between the gate metal end laminated on the bottom surface of the opening and the recess etching end, facilitate lift-off, and improve characteristics such as drain withstand voltage of the element. A method for manufacturing the obtained semiconductor device could be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用したHEMTデバイスのゲートメ
タルのリフトオフ直前の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a HEMT device to which the present invention is applied, immediately before lift-off of a gate metal.

【図2】本発明の半導体装置の製造工程を示す断面図で
ある。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the semiconductor device of the present invention.

【図3】本発明の半導体装置の図2に続く製造工程を示
す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following that of FIG. 2 of the semiconductor device of the present invention;

【図4】本発明の半導体装置の図3に続く製造工程を示
す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following that of FIG. 3 of the semiconductor device of the present invention;

【図5】電子ビームにより感光するレジスト領域を説明
するための断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a resist region exposed by an electron beam.

【図6】図5の感光レジストを、同図(a)は従来の現
像、同図(b)は本発明のステップ現像、したときの開
口部形状を示す断面図である。
6A is a cross-sectional view showing the shape of an opening when the photosensitive resist of FIG. 5 is subjected to conventional development and FIG. 6B is subjected to step development of the present invention.

【図7】従来のHEMTデバイスのゲートメタルのリフ
トオフ直前の断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a conventional HEMT device immediately before lift-off of a gate metal.

【図8】第1の従来例の製造工程を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the first conventional example.

【図9】第1の従来例の図8に続く製造工程を示す断面
図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing step subsequent to FIG. 8 of the first conventional example.

【図10】第2の従来例の製造工程を示す断面図であ
る。
FIG. 10 is a sectional view showing a manufacturing process of a second conventional example.

【図11】第2の従来例の図10に続く製造工程を示す
断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following that of FIG. 10 of the second conventional example.

【図12】第2の従来例の図11に続く製造工程を示す
断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 11 of the second conventional example.

【符号の説明】 1 GaAs基板 2 バッファ層 3 2次電子供給層 4 キャップ層 5 レジスト膜 7 ゲートメタル 7g ゲートメタル(ゲート電極) 15 レジスト膜 25 ノボラック系ポジ型レジスト膜 26 開口部[Description of Signs] 1 GaAs substrate 2 buffer layer 3 secondary electron supply layer 4 cap layer 5 resist film 7 gate metal 7g gate metal (gate electrode) 15 resist film 25 novolak-based positive resist film 26 opening

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−233530(JP,A) 特開 平1−165126(JP,A) 特開 平2−214126(JP,A) 特開 平2−303117(JP,A) 特開 平2−208934(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/027 G03B 27/32 G03F 7/16 G03F 7/20 521 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-233530 (JP, A) JP-A-1-165126 (JP, A) JP-A-2-214126 (JP, A) JP-A-2- 303117 (JP, A) JP-A-2-208934 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/027 G03B 27/32 G03F 7/16 G03F 7/20 521

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】リセスゲート構造を有する電界効果型トラ
ンジスタの製造方法において、 (a)半導体基板上にノボラック系ポジ型レジストを塗
布する工程と、(b)前記ポジ型レジスト膜にゲートパ
ターンを電子ビーム露光装置で描画する工程と、 (c)ゲートパターンを描画した前記ポジ型レジスト膜
に、現像、水洗及び乾燥からなる第1回目のレジスト処
理工程を施した後、さらに現像、水洗及び乾燥からなる
レジスト処理工程を1回または複数回繰り返し、前記ポ
ジ型レジスト膜に、側壁の角度が逆テーパーでかつ前記
基板面に達する開口部を形成する工程と、 (d)前記ポジ型レジスト膜をマスクとしてリセスエッ
チングした後、ゲートメタルを積層させ、レジスト上の
メタルをリフトオフにより除去する工程とを、具備する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
1. A method of manufacturing a field-effect transistor having a recess gate structure, comprising: (a) applying a novolak-based positive resist on a semiconductor substrate; and (b) applying a gate pattern to the positive resist film by an electron beam. (C) performing a first resist processing step including development, washing and drying on the positive resist film on which the gate pattern has been drawn, and further developing, washing and drying. Repeating the resist processing step once or a plurality of times to form an opening in the positive resist film having an inversely tapered side wall and reaching the substrate surface; and (d) using the positive resist film as a mask. Stacking the gate metal after the recess etching, and removing the metal on the resist by lift-off. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim.
【請求項2】ノボラック系ポジ型レジストをゲートメタ
ルの膜厚を超える膜厚で形成し、第1回目のレジスト処
理工程における現像時間が30秒ないし60秒である請
求項1記載の半導体装置の製造方法。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the novolak-based positive resist is formed with a thickness exceeding the thickness of the gate metal, and the developing time in the first resist processing step is 30 seconds to 60 seconds. Production method.
【請求項3】1回または複数回繰り返す前記レジスト処
理工程の現像時間が、30秒を超えない請求項1または
請求項2いずれか記載の半導体装置の製造方法。
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a development time of said resist processing step repeated once or plural times does not exceed 30 seconds.
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