JP4052872B2 - Method for manufacturing compound semiconductor device having T-type gate electrode - Google Patents

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Description

【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関するものである。特に、HEMT(High Electron Mobility Transistor:高電子移動度トランジスタ)などの高周波数対応の半導体装置を構成する上で必要とされるT型電極を製造するための方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
T型電極は、HEMTなどの高周波数対応の化合物半導体を中心として広く用いられている。T型電極を製造するには、T型特有のレジストパターン形成工程が必要である。このため、様々なレジストパターン形成工程が検討されてきた。
【0003】
図17〜図23を参照して、A. S. Wakitaらが文献"J. Vac. Sci. Technol. Vol.13, No.6, 1995, pp.2725-2728"で開示しているT型電極の製造方法について説明する。
【0004】
まず、図17に示すように、半導体基板1の上面に線状のソース電極2aとドレイン電極2bとを、活性領域を挟んで平行に並ぶように形成する。これらの上面をSi34膜101で覆う。この上にポジ型レジストである日本ゼオン株式会社製の「ZEP520」を塗布し、第1レジスト層102を形成する。さらにこの上にポジ型レジストであるPMGI(poly(dimethylglutarimide))を塗布し、第2レジスト層103を形成する。さらにこの上に、再度ZEP520を塗布し、第3レジスト層104を形成する。したがって、レジストは3層構造となる。
【0005】
図17に示すように、上面からエネルギー線として電子線を照射する。電子線の照射は、上から見たときにソース電極2aとドレイン電極2bとの間隙に沿った線状領域に対して行なう。次に、メチルエチルケトンとメチルイソブチルケトンとの混合有機現像液で、最上層であった第3レジスト層104を現像する。この現像工程においては、第3レジスト層104のZEP520は現像されるが、第2レジスト層103のPMGIは全く現像されないので、図18に示すように第3レジスト層104に開口部105を得ることができる。次に、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドで第2レジスト層103を現像する。この現像工程においては、先ほどとは逆にZEP520からなる第3レジスト層104および第1レジスト層102は全く現像されない。その結果、図19に示すように第2レジスト層103の内部に空洞106の広がった構造になる。次に、第1レジスト層102を、メチルイソブチルケトンとイソプロピルアルコールの混合有機現像液で現像する。この現像工程においては、第2レジスト層103のPMGIは全く現像されないので、図20に示すように第1レジスト層102に開口部107のあいた構造を得ることができる。さらに、図21に示すようにSi34膜101をエッチングして開口し、半導体基板1の表面を露出させる。
【0006】
次に、T型電極の材料となるべき金属を上方から蒸着させる。図22に示すように、金属は、開口部105を通じて空洞106の内部に積もる。この後、リフトオフ工程を行ない、3層構造のレジストを溶解除去する。その結果、図23に示すように、根元が半導体基板1につながっていて上部が幅広となったT型電極7を得ることができる。このT型電極7は、ソース電極2aやドレイン電極2bと同様に図23の紙面奥手前方向に線状に延びている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述の製造方法では、レジスト塗布工程が3回必要であったことに加えて、現像工程が3回必要であったため、時間がかかり、製造費用の増大をもたらしていた。
【0008】
そこで、本発明では、このようなT型電極を備える半導体装置の製造方法において、工程数を減らし、製造時間を短縮することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に基づく半導体装置の製造方法の一つの局面では、半導体基板の表面上にレジスト中での酸の発生を抑制することができる成分を含んだ酸発生抑制層を形成する酸発生抑制層形成工程と、上記酸発生抑制層の上側を覆うように上記レジストを塗布するレジスト塗布工程と、塗布した上記レジストを乾燥してレジスト膜とする乾燥工程と、上記レジスト膜の所望領域を感光させるために上記所望領域にエネルギー線を照射する露光工程と、加熱することによって上記レジスト膜中に酸を発生させるベーク工程と、レジスト現像液によって上記レジスト膜の現像を行なうことによって凹部を得る現像工程と、上記凹部の内部に導電体層を形成する導電体層形成工程と、上記レジスト膜を溶解させて除去するリフトオフ工程とを含む。この構成を採用することにより、レジストの塗布および乾燥の工程や、現像の工程の回数を減らすことができ、従来より短時間でT型電極を備える半導体装置を製造することができる。
【0010】
また、この方法は、化学増幅型レジストだけを用いてT型ゲート電極用レジストパターンを形成することができるので、電子線などのエネルギー線の照射量を低減することができ、さらにビーム電流値を低減できる。したがって、ビームを絞ることができ、1つ当たりの加工時間は従来のままでも、従来より微細なパターンを形成することが可能になる。ビーム照射量が低減されることで、電子線の照射によるデバイス損傷についても低減できる。
【0011】
上記発明において好ましくは、上記酸発生抑制層形成工程は、上記成分を含んだ抑制液を塗布する工程である。この方法を採用することにより、簡単に酸発生抑制層を形成することができる。
【0012】
上記発明において好ましくは、上記抑制液は、上記レジスト現像液に可溶である。この構成を採用することにより、レジスト膜の現像と同時に酸発生抑制層も貫通することができる。
【0013】
上記発明において好ましくは、上記半導体基板の表面上にソース電極およびドレイン電極を活性領域を挟んで並ぶように形成する電極形成工程を、上記塗布工程の前に含み、上記所望領域は上記活性領域の上方に位置する。この構成を採用することにより、HEMTを製造することができる。
【0014】
上記発明において好ましくは、上記エネルギー線は電子線である。この構成を採用することにより、簡単に露光することができる。
【0015】
上記発明において好ましくは、上記導電体層は、ニッケルおよび金のうち少なくとも一方を含む。この構成を採用することにより、抵抗値の低いT型電極を得ることができる。
【0016】
上記発明において好ましくは、上記導電体層形成工程は、蒸着によって行なう。この構成を採用することにより、確実に導電体層を形成することができる。
【0017】
上記目的を達成するため、本発明に基づく半導体装置の製造方法の他の局面では、半導体基板の表面上にレジスト中での酸の発生を制御することができる成分を含んだ酸発生制御層を形成する酸発生制御層形成工程と、上記酸発生制御層の上側を覆うように上記レジストを塗布するレジスト塗布工程と、塗布したレジストを乾燥してレジスト膜とする乾燥工程と、上記レジスト膜の所望領域を感光させるために上記所望領域にエネルギー線を照射する露光工程と、加熱することによって上記レジスト膜中に酸を発生させるベーク工程と、レジスト現像液によって上記レジスト膜の現像を行なうことによって凹部を得る現像工程と、上記凹部の内部に導電体層を形成する導電体層形成工程と、上記レジスト膜を溶解させて除去するリフトオフ工程とを含み、上記酸発生制御層の厚みおよび上記酸発生制御層の温度を制御することにより、上記レジスト膜から得られる上記凹部の形状を制御する。この構成を採用することにより、レジストの塗布および乾燥の工程や、現像の工程の回数を減らすことができ、従来より短時間でT型電極を備える半導体装置を製造することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
(製造方法)
図1〜図12を参照して、本発明に基づく実施の形態1における半導体装置の製造方法について説明する。
【0019】
図1に示すように、半導体基板1の上面に線状のソース電極2aとドレイン電極2bとを、活性領域9を挟んで並ぶように形成する。まず、塗布工程として、これらの表面を覆うように、後述するレジスト膜4の中での酸の発生を抑制することができる成分を含んだ抑制液を塗布して、図2に示すように酸発生抑制層3を形成する。抑制液としては、たとえば、アンモニア、アミンなどの塩基性物質を含んだものを用いることができる。
【0020】
次に、レジスト膜形成工程として、酸発生抑制層3の上側を覆うようにポジ型の化学増幅レジストを塗布し、乾燥させ、図3に示すようにレジスト膜4を形成する。露光工程として、図3に示すように、上面からレジスト膜4を感光させることのできるエネルギー線として電子線5を照射する。エネルギー線はレジスト膜4を感光させることができるものであれば、電子線以外であってもよい。電子線5は一定幅で線状に照射する。この電子線5が照射される領域を以下「照射領域」12とする。照射領域12は、上から見たときにソース電極2aとドレイン電極2bとの間隙に沿っており、紙面奥手前方向に線状に延びている。この例の場合、電子線5の電子は、レジスト膜4を一旦通過するが、レジスト膜4を通過する際にはレジストを感光させるだけであってエネルギーを失なうわけではない。レジスト膜4を一旦通過した電子は、レジスト膜4の下側の半導体基板1などに当たって反射する。レジスト膜4側に反射した電子はさらにレジスト膜4を感光させる。参考のため、図4に、半導体基板1の上にレジスト膜4を形成した構造において電子線5を照射した場合の電子の散乱の様子を示す。
【0021】
レジスト膜4が感光するか否かは、上述のように透過および散乱する電子の動く範囲によって決まるため、感光部分とそうでない領域との境目は、実際にははっきりしたものではなく、図5に示すように照射領域12の中心から遠ざかるにつれて徐々に感光強度が低くなっていくが、図3では説明の便宜上、後の現像工程でレジスト膜4が除去されるに十分な程度以上に感光している(酸が発生している)か否かによって「感光部分」と呼ぶか否かを区別するものとし、外側の破線で感光部分の外形線を示している。さらに、感光部分のうち、後述のように酸発生抑制層3によって酸の発生が抑制されてもレジスト膜4が除去されるに十分な程度以上に感光している(酸が発生している)部分を高感光部分11と呼ぶこととする。感光部分のうち高感光部分11以外の部分を低感光部分10と呼ぶこととする。図6に示すように、高感光部分11となる領域の幅は狭く、低感光部分10となる領域の幅は比較的広い。その結果、図3に示すように、レジスト膜4の内部で高感光部分11の周囲を低感光部分10が取り囲む形になる。
【0022】
レジスト膜4のうち感光部分に酸を発生させるために、ベーク工程として、全体を加熱する。この加熱により、低感光部分10内では本来、酸が発生するところであるが、この工程を行なう時点までにあるいはベーク工程としての加熱中に、酸発生抑制層3からレジスト膜4内部に向かってある程度の深さまで酸発生抑制成分が侵入し、レジストの感度(酸の発生量)を変化させている。一般的に、レジストの感度の特性は、酸発生抑制成分の作用で、図7の実線で示す曲線から破線で示す曲線へと変化する。すなわち、酸発生抑制成分の作用により、通常ではレジスト膜がすべて感光して除去される程度の感光レベルにおいても、レジスト膜が残るようになる。
【0023】
こうして、図8に示すように、レジスト膜4の中には抑制成分によってレジストの感度が変化した下部4kと、変化していない上部4jとが共存することとなる。上部4jの低感光部分10では、ベーク工程によって従来通り酸が発生するが、下部4kの低感光部分10では酸の発生が抑制される。一方、下部4kの高感光部分11では感光強度が高いので抑制成分の影響を加味しても、酸の発生量はレジスト膜4を除去するに十分な量となる。したがって、レジスト膜4を除去するに十分な程度に酸が発生した領域13は、図9に示すような形状になる。
【0024】
この次に現像工程として、レジスト現像液によってレジスト膜4の現像を行なうが、上述のように低感光部分10の一部で酸の発生が抑制されていたので、図9に示したように一定以上に酸が発生している(感光している)領域13だけが除去される。したがって、現像の結果、図10に示すように、下部においては細く、上部においては幅広な形状の凹部8が形成される。
【0025】
図10では、凹部8は酸発生抑制層3も貫通するように形成されているが、酸発生抑制層3がレジストの現像液に可溶である場合にはこのように、レジスト膜4の現像と同時に酸発生抑制層3も貫通して凹部8の底面には半導体基板1を露出させることができる。仮に、酸発生抑制層3がレジストの現像液に可溶でない場合には、レジスト膜4の現像の後に、酸発生抑制層3の現像を行なう。
【0026】
図10に示すレジスト膜4の構造を「T型レジストパターン」と呼ぶ。このT型レジストパターンの凹部8を鋳型として用いて、上方から金属を蒸着することによって、図11に示すように、凹部8内に金属層6が形成される。金属層6の材料としては、Ni、Auなどを用いることができる。
【0027】
リフトオフ工程としてレジスト膜4および酸発生抑制層3を溶解除去することによって、レジスト膜4およびレジスト膜4の上側に形成されていた金属層6は除去され、図12に示すようになる。ここでは、凹部8内にあった金属層6が残って、T型電極7となっている。このT型電極7を用いて、HEMTを構成することができる。
【0028】
(作用・効果)
従来技術に基づく製造方法の場合、現像工程が3回必要であったが、本実施の形態における製造方法においては、1回または2回で済む。また、従来技術に基づく製造方法の場合、レジストの塗布および乾燥の工程が3回必要であったが、本実施の形態における製造方法においては、1回で済む。したがって、本実施の形態における製造方法を採用することで、工程数を減らすことができ、より短い製造時間で、T型電極を備える半導体装置を製造することができる。
【0029】
なお、酸発生抑制層を形成する前に、ソース電極2a、ドレイン電極2bおよび活性領域の上面に、密着性を増し、接触抵抗を低減するためにSi34膜などを形成することとしてもよい。さらに、酸発生抑制層およびSi34膜の2層に代えて、密着性改善とともに酸発生抑制機能を兼ね備えた膜を用いてもよい。
【0030】
なお、T型電極となる材料は金属としたが、導電体であれば金属には限らない。たとえば、ポリシリコンなどの導電体であってもよい。
【0031】
(T型電極の形状制御)
図13〜図16を参照して、T型電極7の形状を制御する方法について説明する。T型レジストパターンの凹部8は、図14に示すように幅広部81と根元部82とを有する。図13に示すように、酸発生抑制層3を薄く塗った場合には、抑制液がレジスト膜4の内部に侵入する深さも小さいので、図14に示すように根元部82の高さは低くなり、その分、幅広部81の高さが増す。図15に示すように、酸発生抑制層3を厚く塗った場合には、抑制液がレジスト膜4の内部に侵入する深さが大きくなり、図16に示すように根元部82の高さは高くなり、その分、幅広部81の高さが小さくなる。このように、抑制液の塗布量ないし酸発生抑制層3の厚みを適宜変えることで、T型レジストパターンの形状を制御することができる。したがって、T型レジストパターンから最終的に得られるT型電極の形状を制御することができる。また、加熱工程の温度や時間によっても、T型レジストパターンの形状を制御することができる。
【0032】
なお、上記各実施の形態では、酸の発生を抑制する酸発生抑制層を用いる例について説明したが、酸発生抑制層に代えて、酸の発生を増加させる酸発生促進層を用いても同様の考え方を適用してT型レジストパターンの形状を制御することができる。あるいは、酸発生を抑制したり増加させたりできる酸発生制御層を用いてもよい。
【0033】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば、酸発生抑制層の働きにより、自己整合的にT型電極のためのT型レジストパターンを製造することができるので、レジストの塗布および乾燥の工程や、現像の工程の回数を減らすことができ、従来より短時間でT型電極を備える半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に基づく実施の形態1における半導体装置の製造方法の第1の説明図である。
【図2】 本発明に基づく実施の形態1における半導体装置の製造方法の第2の説明図である。
【図3】 本発明に基づく実施の形態1における半導体装置の製造方法の第3の説明図である。
【図4】 本発明に基づく実施の形態1において参考となる、電子の散乱の様子を示す説明図である。
【図5】 本発明に基づく実施の形態1において参考となる、位置と感光強度との関係を示す第1のグラフである。
【図6】 本発明に基づく実施の形態1において参考となる、位置と感光強度との関係を示す第2のグラフである。
【図7】 本発明に基づく実施の形態1において参考となる、レジストの感度が変化する様子を示すグラフである。
【図8】 本発明に基づく実施の形態1における半導体装置の製造方法の第4の説明図である。
【図9】 本発明に基づく実施の形態1における半導体装置の製造方法の第5の説明図である。
【図10】 本発明に基づく実施の形態1における半導体装置の製造方法の第6の説明図である。
【図11】 本発明に基づく実施の形態1における半導体装置の製造方法の第7の説明図である。
【図12】 本発明に基づく実施の形態1における半導体装置の製造方法の第8の説明図である。
【図13】 本発明に基づく実施の形態1における半導体装置の製造方法で酸発生抑制層を薄く形成した例を示す断面図である。
【図14】 図13に示した状態から得られるT型レジストパターンの断面図である。
【図15】 本発明に基づく実施の形態1における半導体装置の製造方法で酸発生抑制層を厚く形成した例を示す断面図である。
【図16】 図15に示した状態から得られるT型レジストパターンの断面図である。
【図17】 従来技術に基づく半導体装置の製造方法の第1の説明図である。
【図18】 従来技術に基づく半導体装置の製造方法の第2の説明図である。
【図19】 従来技術に基づく半導体装置の製造方法の第3の説明図である。
【図20】 従来技術に基づく半導体装置の製造方法の第4の説明図である。
【図21】 従来技術に基づく半導体装置の製造方法の第5の説明図である。
【図22】 従来技術に基づく半導体装置の製造方法の第6の説明図である。
【図23】 従来技術に基づく半導体装置の製造方法の第7の説明図である。
【符号の説明】
1 半導体基板、2a ソース電極、2b ドレイン電極、3 酸発生抑制層、4 レジスト膜、4j 上部、4k 下部、5 電子線、6 金属層、7 T型電極、8 凹部、9 活性領域、10 低感光部分、11 高感光部分、12照射領域、13 (十分に酸が発生した)領域、81 幅広部、82 根元部、101 Si34膜、102 第1レジスト層、103 第2レジスト層、104 第3レジスト層、105,107 開口部、106 空洞。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device. In particular, the present invention relates to a method for manufacturing a T-type electrode required for configuring a high-frequency compatible semiconductor device such as a HEMT (High Electron Mobility Transistor).
[0002]
[Prior art]
T-type electrodes are widely used mainly for high frequency compound semiconductors such as HEMTs. In order to manufacture the T-type electrode, a resist pattern formation process peculiar to the T-type is required. For this reason, various resist pattern formation processes have been studied.
[0003]
17 to 23, AS Wakita et al. Manufactured a T-type electrode disclosed in the document "J. Vac. Sci. Technol. Vol. 13, No. 6, 1995, pp.2725-2728". A method will be described.
[0004]
First, as shown in FIG. 17, linear source electrodes 2 a and drain electrodes 2 b are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 1 so as to be arranged in parallel with the active region interposed therebetween. These upper surfaces are covered with a Si 3 N 4 film 101. On top of this, “ZEP520” manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., which is a positive resist, is applied to form a first resist layer 102. Further, a positive resist PMGI (poly (dimethylglutarimide)) is applied thereon to form a second resist layer 103. Further thereon, ZEP 520 is applied again to form a third resist layer 104. Therefore, the resist has a three-layer structure.
[0005]
As shown in FIG. 17, an electron beam is irradiated as an energy beam from the upper surface. The electron beam irradiation is performed on a linear region along the gap between the source electrode 2a and the drain electrode 2b when viewed from above. Next, the uppermost third resist layer 104 is developed with a mixed organic developer of methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone. In this development step, the ZEP 520 of the third resist layer 104 is developed, but the PMGI of the second resist layer 103 is not developed at all, so that an opening 105 is obtained in the third resist layer 104 as shown in FIG. Can do. Next, the second resist layer 103 is developed with tetramethylammonium hydroxide. In this development step, the third resist layer 104 and the first resist layer 102 made of ZEP 520 are not developed at all, contrary to the previous case. As a result, as shown in FIG. 19, a structure in which the cavity 106 is expanded inside the second resist layer 103 is obtained. Next, the first resist layer 102 is developed with a mixed organic developer of methyl isobutyl ketone and isopropyl alcohol. In this development step, the PMGI of the second resist layer 103 is not developed at all, so that a structure having an opening 107 in the first resist layer 102 can be obtained as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 21, the Si 3 N 4 film 101 is etched and opened to expose the surface of the semiconductor substrate 1.
[0006]
Next, a metal to be a material for the T-type electrode is deposited from above. As shown in FIG. 22, the metal accumulates inside the cavity 106 through the opening 105. Thereafter, a lift-off process is performed to dissolve and remove the three-layer resist. As a result, as shown in FIG. 23, it is possible to obtain a T-type electrode 7 whose root is connected to the semiconductor substrate 1 and whose upper portion is wide. The T-type electrode 7 extends linearly in the front direction of the paper in FIG. 23, like the source electrode 2a and the drain electrode 2b.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the manufacturing method described above, in addition to the need for the resist coating process three times, the development process is required three times, which takes time and increases the manufacturing cost.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to reduce the number of steps and shorten the manufacturing time in a method of manufacturing a semiconductor device including such a T-type electrode.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in one aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, an acid generation suppressing layer containing a component capable of suppressing acid generation in a resist on the surface of a semiconductor substrate is provided. An acid generation suppressing layer forming step to be formed; a resist coating step of applying the resist so as to cover the upper side of the acid generation suppressing layer; a drying step of drying the applied resist to form a resist film; and the resist film An exposure process for irradiating the desired area with energy rays to expose the desired area, a baking process for generating an acid in the resist film by heating, and developing the resist film with a resist developer. A developing step for obtaining a recess by the step, a conductor layer forming step for forming a conductor layer inside the recess, and a lift for dissolving and removing the resist film And a full process. By adopting this configuration, the number of resist coating and drying steps and development steps can be reduced, and a semiconductor device provided with a T-type electrode can be manufactured in a shorter time than conventional.
[0010]
In addition, this method can form a resist pattern for a T-type gate electrode using only a chemically amplified resist, so that the amount of energy rays such as an electron beam can be reduced, and the beam current value can be reduced. Can be reduced. Therefore, the beam can be narrowed down, and a finer pattern than before can be formed even if the processing time per one remains the same. By reducing the beam irradiation amount, device damage due to electron beam irradiation can also be reduced.
[0011]
Preferably, in the above invention, the acid generation suppressing layer forming step is a step of applying a suppressing liquid containing the above components. By employing this method, the acid generation suppressing layer can be easily formed.
[0012]
Preferably, in the above invention, the inhibitor is soluble in the resist developer. By adopting this configuration, it is possible to penetrate the acid generation suppressing layer simultaneously with the development of the resist film.
[0013]
Preferably, in the above invention, an electrode forming step of forming a source electrode and a drain electrode on the surface of the semiconductor substrate so as to be arranged with an active region in between is included before the coating step, and the desired region is formed of the active region. Located above. By adopting this configuration, a HEMT can be manufactured.
[0014]
Preferably, in the above invention, the energy beam is an electron beam. By adopting this configuration, exposure can be performed easily.
[0015]
In the present invention, preferably, the conductor layer includes at least one of nickel and gold. By adopting this configuration, a T-type electrode having a low resistance value can be obtained.
[0016]
Preferably, in the above invention, the conductor layer forming step is performed by vapor deposition. By adopting this configuration, the conductor layer can be reliably formed.
[0017]
In order to achieve the above object, in another aspect of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, an acid generation control layer containing a component capable of controlling the generation of acid in a resist on the surface of a semiconductor substrate is provided. An acid generation control layer forming step to be formed; a resist coating step of applying the resist so as to cover an upper side of the acid generation control layer; a drying step of drying the applied resist to form a resist film; and An exposure process for irradiating the desired area with energy rays to expose the desired area; a baking process for generating an acid in the resist film by heating; and developing the resist film with a resist developer. A developing step for obtaining a recess, a conductor layer forming step for forming a conductor layer inside the recess, and a lift-off process for dissolving and removing the resist film Wherein the door by controlling the temperature of the thickness and the acid generation control layer of the acid generator control layer, to control the shape of the recess resulting from the resist film. By adopting this configuration, the number of resist coating and drying steps and development steps can be reduced, and a semiconductor device provided with a T-type electrode can be manufactured in a shorter time than conventional.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
(Production method)
With reference to FIGS. 1-12, the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 based on this invention is demonstrated.
[0019]
As shown in FIG. 1, linear source electrodes 2 a and drain electrodes 2 b are formed on the upper surface of a semiconductor substrate 1 so as to be arranged with an active region 9 interposed therebetween. First, as a coating process, a suppression solution containing a component capable of suppressing the generation of acid in the resist film 4 described later is applied so as to cover these surfaces, and an acid as shown in FIG. The generation suppression layer 3 is formed. As the inhibitor, for example, a solution containing a basic substance such as ammonia or amine can be used.
[0020]
Next, as a resist film forming step, a positive chemically amplified resist is applied so as to cover the upper side of the acid generation suppressing layer 3 and dried to form a resist film 4 as shown in FIG. As an exposure process, as shown in FIG. 3, an electron beam 5 is irradiated from the upper surface as an energy beam capable of exposing the resist film 4. The energy beam may be other than an electron beam as long as the resist film 4 can be exposed. The electron beam 5 is irradiated linearly with a constant width. Hereinafter, an area irradiated with the electron beam 5 is referred to as an “irradiation area” 12. The irradiation region 12 is along the gap between the source electrode 2a and the drain electrode 2b when viewed from above, and extends linearly in the direction toward the back of the page. In this example, the electrons of the electron beam 5 once pass through the resist film 4, but when passing through the resist film 4, only the resist is exposed and energy is not lost. The electrons that have once passed through the resist film 4 strike the semiconductor substrate 1 below the resist film 4 and are reflected. The electrons reflected toward the resist film 4 further sensitize the resist film 4. For reference, FIG. 4 shows how electrons are scattered when an electron beam 5 is irradiated in a structure in which a resist film 4 is formed on a semiconductor substrate 1.
[0021]
Whether or not the resist film 4 is exposed is determined by the range of movement of the transmitted and scattered electrons as described above, and therefore the boundary between the photosensitive portion and the non-sensitive region is not actually clear. As shown in FIG. 3, the photosensitive intensity gradually decreases as the distance from the center of the irradiation region 12 increases. However, in FIG. 3, for the convenience of explanation, the photosensitive film is exposed to a degree sufficient to remove the resist film 4 in a later development process. Whether or not to be called a “photosensitive portion” is distinguished depending on whether or not it is present (acid is generated), and the outline of the photosensitive portion is indicated by an outer broken line. Furthermore, even if the generation of acid is suppressed by the acid generation suppressing layer 3 as will be described later, the photosensitive portion is exposed to a degree sufficient to remove the resist film 4 (acid is generated). This portion will be referred to as a highly photosensitive portion 11. Of the photosensitive portion, a portion other than the high photosensitive portion 11 is referred to as a low photosensitive portion 10. As shown in FIG. 6, the width of the region that becomes the high photosensitive portion 11 is narrow, and the width of the region that becomes the low photosensitive portion 10 is relatively wide. As a result, as shown in FIG. 3, the low photosensitive portion 10 surrounds the periphery of the high photosensitive portion 11 in the resist film 4.
[0022]
In order to generate an acid in the photosensitive portion of the resist film 4, the whole is heated as a baking step. By this heating, an acid is originally generated in the low-sensitivity portion 10, but to some extent from the acid generation suppressing layer 3 to the inside of the resist film 4 by the time when this step is performed or during the heating as the baking step. The acid generation inhibitory component penetrates to a depth of 1 to change the resist sensitivity (acid generation amount). In general, the sensitivity characteristic of the resist changes from the curve shown by the solid line in FIG. 7 to the curve shown by the broken line by the action of the acid generation inhibiting component. That is, due to the action of the acid generation inhibiting component, the resist film remains even at a photosensitivity level that usually removes the resist film by exposure.
[0023]
Thus, as shown in FIG. 8, in the resist film 4, the lower portion 4k in which the sensitivity of the resist has changed due to the suppression component and the upper portion 4j that has not changed coexist. In the low photosensitive portion 10 of the upper portion 4j, acid is generated as usual by the baking process, but the generation of acid is suppressed in the low photosensitive portion 10 of the lower portion 4k. On the other hand, since the photosensitive intensity is high in the highly photosensitive portion 11 of the lower part 4k, the amount of acid generated is sufficient to remove the resist film 4 even if the influence of the suppression component is taken into account. Accordingly, the region 13 where the acid is generated to a degree sufficient to remove the resist film 4 has a shape as shown in FIG.
[0024]
Next, as a development step, the resist film 4 is developed with a resist developer. Since the generation of acid is suppressed in a part of the low-sensitivity portion 10 as described above, the development is constant as shown in FIG. Only the region 13 where the acid is generated (photosensitized) is removed. Therefore, as a result of the development, as shown in FIG. 10, a concave portion 8 is formed which is thin at the lower portion and wide at the upper portion.
[0025]
In FIG. 10, the recess 8 is formed so as to penetrate the acid generation suppressing layer 3, but when the acid generation suppressing layer 3 is soluble in the resist developer, the development of the resist film 4 is performed as described above. At the same time, the semiconductor substrate 1 can be exposed on the bottom surface of the recess 8 through the acid generation suppressing layer 3. If the acid generation suppression layer 3 is not soluble in the resist developer, the acid generation suppression layer 3 is developed after the development of the resist film 4.
[0026]
The structure of the resist film 4 shown in FIG. 10 is referred to as a “T-type resist pattern”. By using the concave portion 8 of the T-type resist pattern as a mold and depositing metal from above, a metal layer 6 is formed in the concave portion 8 as shown in FIG. As a material for the metal layer 6, Ni, Au, or the like can be used.
[0027]
By dissolving and removing the resist film 4 and the acid generation suppressing layer 3 as a lift-off process, the resist film 4 and the metal layer 6 formed on the upper side of the resist film 4 are removed, as shown in FIG. Here, the metal layer 6 that has been in the recess 8 remains to form the T-type electrode 7. The TMT electrode 7 can be used to configure a HEMT.
[0028]
(Action / Effect)
In the case of the manufacturing method based on the prior art, the development process is required three times, but in the manufacturing method in the present embodiment, only one or two steps are required. Further, in the case of the manufacturing method based on the prior art, the resist coating and drying steps are required three times, but in the manufacturing method according to the present embodiment, only one time is required. Therefore, by employing the manufacturing method in this embodiment, the number of steps can be reduced, and a semiconductor device including a T-type electrode can be manufactured in a shorter manufacturing time.
[0029]
Before forming the acid generation suppressing layer, a Si 3 N 4 film or the like may be formed on the upper surfaces of the source electrode 2a, the drain electrode 2b and the active region in order to increase adhesion and reduce contact resistance. Good. Furthermore, instead of the two layers of the acid generation suppressing layer and the Si 3 N 4 film, a film having an acid generation suppressing function as well as an adhesion improvement may be used.
[0030]
Although the material for the T-type electrode is a metal, it is not limited to a metal as long as it is a conductor. For example, a conductor such as polysilicon may be used.
[0031]
(T-shaped electrode shape control)
A method for controlling the shape of the T-type electrode 7 will be described with reference to FIGS. The concave portion 8 of the T-type resist pattern has a wide portion 81 and a root portion 82 as shown in FIG. As shown in FIG. 13, when the acid generation suppressing layer 3 is thinly coated, the depth of penetration of the suppressing liquid into the resist film 4 is small, so that the height of the root portion 82 is low as shown in FIG. Accordingly, the height of the wide portion 81 increases accordingly. As shown in FIG. 15, when the acid generation suppression layer 3 is applied thickly, the depth of the penetration of the suppression solution into the resist film 4 increases, and the height of the root portion 82 is as shown in FIG. The height of the wide portion 81 is reduced accordingly. As described above, the shape of the T-type resist pattern can be controlled by appropriately changing the coating amount of the suppressing liquid or the thickness of the acid generation suppressing layer 3. Therefore, the shape of the T-type electrode finally obtained from the T-type resist pattern can be controlled. Also, the shape of the T-type resist pattern can be controlled by the temperature and time of the heating process.
[0032]
In each of the above embodiments, the example using the acid generation suppressing layer that suppresses the generation of acid has been described. However, the same may be applied even if an acid generation promoting layer that increases the generation of acid is used instead of the acid generation suppressing layer. The shape of the T-type resist pattern can be controlled by applying the above concept. Alternatively, an acid generation control layer that can suppress or increase acid generation may be used.
[0033]
In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0034]
【The invention's effect】
According to the present invention, a T-type resist pattern for a T-type electrode can be produced in a self-aligned manner by the action of the acid generation suppressing layer, so that the number of resist coating and drying steps and development steps can be increased. Thus, a semiconductor device including a T-type electrode can be manufactured in a shorter time than conventional.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a first explanatory diagram of a semiconductor device manufacturing method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a second explanatory diagram of the method of manufacturing the semiconductor device in the first embodiment based on the present invention.
3 is a third explanatory diagram of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the state of electron scattering, which is a reference in the first embodiment based on the present invention.
FIG. 5 is a first graph showing the relationship between position and photosensitive intensity, which is a reference in the first embodiment based on the present invention.
FIG. 6 is a second graph showing the relationship between position and photosensitive intensity, which is a reference in the first embodiment based on the present invention.
FIG. 7 is a graph showing how the sensitivity of a resist changes for reference in the first embodiment based on the present invention.
8 is a fourth explanatory view of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 9 is a fifth explanatory view of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention;
10 is a sixth explanatory view of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention; FIG.
11 is a seventh explanatory view of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention; FIG.
12 is an eighth explanatory view of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention; FIG.
13 is a cross-sectional view showing an example in which an acid generation suppressing layer is thinly formed by the method for manufacturing a semiconductor device in the first embodiment based on the present invention; FIG.
14 is a cross-sectional view of a T-type resist pattern obtained from the state shown in FIG.
FIG. 15 is a cross sectional view showing an example in which an acid generation suppressing layer is formed thick by the method for manufacturing a semiconductor device in the first embodiment based on the present invention;
16 is a cross-sectional view of a T-type resist pattern obtained from the state shown in FIG.
FIG. 17 is a first explanatory view of the semiconductor device manufacturing method based on the conventional technique;
FIG. 18 is a second explanatory view of the semiconductor device manufacturing method based on the prior art.
FIG. 19 is a third explanatory view of the semiconductor device manufacturing method based on the prior art.
FIG. 20 is a fourth explanatory view of the semiconductor device manufacturing method based on the conventional technique;
FIG. 21 is a fifth explanatory diagram of the semiconductor device manufacturing method based on the prior art;
FIG. 22 is a sixth explanatory view of the semiconductor device manufacturing method based on the prior art;
FIG. 23 is a seventh explanatory diagram of the semiconductor device manufacturing method based on the conventional technique;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate, 2a source electrode, 2b drain electrode, 3 acid generation | occurrence | production suppression layer, 4 resist film, 4j upper part, 4k lower part, 5 electron beam, 6 metal layer, 7 T type electrode, 8 recessed part, 9 active region, 10 low Photosensitive portion, 11 highly sensitive portion, 12 irradiated region, 13 (sufficiently acid generated region), 81 wide portion, 82 root portion, 101 Si 3 N 4 film, 102 first resist layer, 103 second resist layer, 104 Third resist layer, 105, 107 opening, 106 cavity.

Claims (9)

半導体基板の表面上にレジスト中での酸の発生を抑制することができる成分を含んだ酸発生抑制層を形成する酸発生抑制層形成工程と、
前記酸発生抑制層の上側を覆うように前記レジストを塗布するレジスト塗布工程と、
塗布した前記レジストを乾燥してレジスト膜とする乾燥工程と、
前記レジスト膜の所望領域を感光させるために前記所望領域にエネルギー線を照射する露光工程と、
加熱することによって前記レジスト膜中に酸を発生させるベーク工程と、
レジスト現像液によって前記レジスト膜の現像を行なうことによって凹部を得る現像工程と、
前記凹部の内部に導電体層を形成する導電体層形成工程と、
前記レジスト膜を溶解させて除去するリフトオフ工程とを含む、
T型ゲート電極を備える化合物半導体装置の製造方法。
An acid generation suppressing layer forming step of forming an acid generation suppressing layer containing a component capable of suppressing acid generation in the resist on the surface of the semiconductor substrate;
A resist coating step of coating the resist so as to cover the upper side of the acid generation suppressing layer;
A drying step of drying the applied resist to form a resist film;
An exposure step of irradiating the desired region with energy rays to sensitize the desired region of the resist film;
A baking step of generating an acid in the resist film by heating;
A development step of obtaining a recess by developing the resist film with a resist developer;
A conductor layer forming step of forming a conductor layer inside the recess;
A lift-off process for dissolving and removing the resist film,
A method of manufacturing a compound semiconductor device including a T-type gate electrode .
前記酸発生抑制層形成工程は、前記成分を含んだ抑制液を塗布する工程である、請求項1に記載のT型ゲート電極を備える化合物半導体装置の製造方法。The method for producing a compound semiconductor device including a T-type gate electrode according to claim 1, wherein the acid generation suppressing layer forming step is a step of applying a suppressing liquid containing the component. 前記酸発生抑制層は、前記レジスト現像液に可溶である、請求項1または2に記載のT型ゲート電極を備える化合物半導体装置の製造方法。The method for producing a compound semiconductor device comprising a T-type gate electrode according to claim 1, wherein the acid generation suppressing layer is soluble in the resist developer. 前記半導体基板の表面上にソース電極およびドレイン電極を活性領域を挟んで並ぶように形成する電極形成工程を、前記塗布工程の前に含み、前記所望領域は前記活性領域の上方に位置する、請求項1から3のいずれかに記載のT型ゲート電極を備える化合物半導体装置の製造方法。An electrode forming step of forming a source electrode and a drain electrode on the surface of the semiconductor substrate so as to be arranged with an active region in between is included before the coating step, and the desired region is located above the active region. Item 4. A method for manufacturing a compound semiconductor device comprising the T-type gate electrode according to any one of Items 1 to 3. 前記エネルギー線は電子線である、請求項1から4のいずれかに記載のT型ゲート電極を備える化合物半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a compound semiconductor device including a T-type gate electrode according to claim 1, wherein the energy beam is an electron beam. 前記導電体層は、ニッケルおよび金のうち少なくとも一方を含む、請求項1から5のいずれかに記載のT型ゲート電極を備える化合物半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a compound semiconductor device including a T-type gate electrode according to claim 1, wherein the conductor layer includes at least one of nickel and gold. 前記導電体層形成工程は、蒸着によって行なう、請求項1から6のいずれかに記載のT型ゲート電極を備える化合物半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a compound semiconductor device comprising a T-type gate electrode according to claim 1, wherein the conductor layer forming step is performed by vapor deposition. 半導体基板の表面上にレジスト中での酸の発生を制御することができる成分を含んだ酸発生制御層を形成する酸発生制御層形成工程と、
前記酸発生制御層の上側を覆うように前記レジストを塗布するレジスト塗布工程と、
塗布した前記レジストを乾燥してレジスト膜とする乾燥工程と、
前記レジスト膜の所望領域を感光させるために前記所望領域にエネルギー線を照射する露光工程と、
加熱することによって前記レジスト膜中に酸を発生させるベーク工程と、
レジスト現像液によって前記レジスト膜の現像を行なうことによって凹部を得る現像工程と、
前記凹部の内部に導電体層を形成する導電体層形成工程と、
前記レジスト膜を溶解させて除去するリフトオフ工程とを含み、
前記酸発生制御層の厚みおよび前記酸発生制御層の温度を制御することにより、前記レジスト膜から得られる前記凹部の形状を制御する、T型ゲート電極を備える化合物半導体装置の製造方法。
An acid generation control layer forming step of forming an acid generation control layer containing a component capable of controlling the generation of acid in the resist on the surface of the semiconductor substrate;
A resist coating step of coating the resist so as to cover the upper side of the acid generation control layer;
A drying step of the resist film and drying the applied the resist,
An exposure step of irradiating the desired region with energy rays to sensitize the desired region of the resist film;
A baking step of generating an acid in the resist film by heating;
A development step of obtaining a recess by developing the resist film with a resist developer;
A conductor layer forming step of forming a conductor layer inside the recess;
A lift-off step of dissolving and removing the resist film,
A method for manufacturing a compound semiconductor device comprising a T-type gate electrode , wherein the shape of the recess obtained from the resist film is controlled by controlling the thickness of the acid generation control layer and the temperature of the acid generation control layer.
前記酸発生制御層は、前記レジスト現像液に可溶である、請求項8に記載のT型ゲート電極を備える化合物半導体装置の製造方法。9. The method of manufacturing a compound semiconductor device comprising a T-type gate electrode according to claim 8, wherein the acid generation control layer is soluble in the resist developer.
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