JP5768397B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィールドプレート構造を有する半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１には、半導体層の表面の一部に絶縁膜を形成し、半導体層及び絶縁膜の表面に一体的に金属層を形成する半導体装置の製造方法が開示されている。この半導体装置の製造方法では、絶縁膜を所望の形状にするための露光及び現像処理と、金属層を所望の形状にするための露光及び現像処理（以後、金属膜用露光処理という）が実施される。そして、金属層のうち半導体層上の部分はゲート電極として機能し、絶縁膜上の部分はフィールドプレートとして機能する。

特開２００５−０９３８６４号公報 特開２００７−００５３７９号公報 特開平０８−１４８５０８号公報

フィールドプレート形成のためには、絶縁膜に開口を形成して、当該開口及び絶縁膜の表面に金属層を形成する。絶縁膜上の金属層であるフィールドプレートは開口中心に対して所定の位置に形成されることが望ましい。ところが、金属膜用露光処理のばらつきによって、開口中心に対するフィールドプレート構造の位置がばらつくことがあった。そのため、半導体装置の特性がばらつくことがあった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、フィールドプレート構造を絶縁膜の開口中心に対してばらつきなく形成できる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本願の発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体層の表面に絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜の表面に開口を有するレジストを形成する工程と、該レジストと架橋反応するパターンシュリンク剤を該レジストに付着させ、該レジストの内周に硬化層を形成する工程と、該レジスト及び該硬化層をマスクとして該絶縁膜をエッチングする工程と、該硬化層を除去する工程と、該半導体層、該絶縁膜、及び該レジストの表面に金属層を形成する工程と、リフトオフ法により該レジスト及び該レジストの表面の該金属層を除去する工程と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、金属膜用露光処理を行うことなくフィールドプレート構造を絶縁膜の開口中心に対してばらつきなく形成できる。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 半導体層の表面に絶縁膜を形成したことを示す図である。 絶縁膜の表面にレジストを形成したことを示す図である。 レジストに開口を形成したことを示す図である。 ＲＥＬＡＣＳ処理により硬化層を形成したことを示す図である。 絶縁膜をエッチングしたことを示す図である。 硬化層を除去したことを示す図である。 金属層を形成したことを示す図である。 リフトオフ法によりフィールドプレート構造を備えるゲート電極を形成したことを示す図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 半導体層の表面に第１絶縁膜を形成し、第１絶縁膜の表面に第２絶縁膜を形成したことを示す図である。 エッチングにより開口を有する第１絶縁膜と開口を有する第２絶縁膜を形成したことを示す図である。 第２絶縁膜を選択エッチングしたことを示す図である。 多段形状のフィールドプレート構造を備えるゲート電極を示す図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法は図１に沿って説明する。まず、半導体層の表面に絶縁膜を形成する（ステップ１０）。ステップ１０は図２を参照して説明する。図２は半導体層３２の表面に絶縁膜３４を形成したことを示す図である。半導体層３２は基板３０の表面に形成する。基板３０はＳｉＣで形成し、半導体層３２はＧａＮ／ＡｌＧａＮで形成する。そして、半導体層３２の表面にＳｉＮで絶縁膜３４を形成する。

次いで、絶縁膜３４の表面にレジストを形成する（ステップ１２）。ステップ１２は図３を参照して説明する。図３は絶縁膜３４の表面にレジスト３６を形成したことを示す図である。レジスト３６は感光により酸性へと変化する材料を含んでいる。

次いで、レジスト３６に開口を形成する（ステップ１４）。ステップ１４は図４を参照して説明する。図４はレジストに開口を形成したことを示す図である。ステップ１４では、レジストのうち本工程後に開口すべき部分に露光し、現像処理を施して開口を有するレジスト３６ａ（以後レジスト３６ａという）を形成する。レジストの感光部分は現像処理によって除去されるが、レジスト３６ａの内周部には有限の酸成分が残存している。

次いで、ＲＥＬＡＣＳ（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ａｓｉｓｔｅｄ ｂｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｈｒｉｎｋ）処理により硬化層を形成する（ステップ１６）。ステップ１６は図５を参照して説明する。図５はＲＥＬＡＣＳ処理により硬化層３８ａ及び３８ｂを形成したことを示す図である。硬化層３８ａ及び３８ｂは、レジスト３６ａの酸成分を触媒として架橋反応するパターンシュリンク剤をレジスト３６ａに付着させることにより形成する。架橋反応は加熱処理により生じる。レジスト３６ａの内周に硬化層３８ａ及び３８ｂが形成されたことにより、開口幅（絶縁膜３４が露出する幅）は、レジスト３６ａの開口幅よりも硬化層３８ａ及び３８ｂの分だけシュリンクする。

次いで、絶縁膜３４をエッチングする（ステップ１８）。ステップ１８は図６を参照して説明する。図６は絶縁膜をエッチングしたことを示す図である。絶縁膜は、レジスト３６ａ、並びに硬化層３８ａ及び３８ｂをマスクとしてエッチングする。このエッチングはフッ素ラジカルによるドライエッチング、フッ酸系ウェットエッチング、もしくは両者を併用したエッチングで行う。このエッチングにより開口を有する絶縁膜３４ａを形成する。

次いで、硬化層を除去する（ステップ２０）。ステップ２０は図７を参照して説明する。図７は硬化層を除去したことを示す図である。硬化層は強アルカリ薬液により除去する。硬化層を除去したことにより硬化層の下に位置していた「開口を有する絶縁膜３４ａ」の一部が表面に露出するようになる。

次いで、金属層を形成する（ステップ２２）。ステップ２２は図８を参照して説明する。図８は金属層４０を形成したことを示す図である。金属層４０は半導体層３２、開口を有する絶縁膜３４ａ、及びレジスト３６ａの表面に形成する。

次いで、リフトオフ法によりフィールドプレート構造を備えるゲート電極を形成する（ステップ２４）。ステップ２４は図９を参照して説明する。図９はリフトオフ法によりフィールドプレート構造を備えるゲート電極４０ａを形成したことを示す図である。レジスト３６ａ及びその表面の金属層をリフトオフ法で除去し、半導体層３２と開口を有する絶縁膜３４ａの表面に金属層を残す。残った金属層がフィールドプレート構造を備えるゲート電極４０ａとなる。なお、フィールドプレート構造は開口を有する絶縁膜３４ａの表面に残った金属層である。本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法は上述の工程を備える。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法によれば、硬化層３８ａ及び３８ｂを形成して開口幅をシュリンクさせた状態で絶縁膜をエッチングし、硬化層３８ａ及び３８ｂを除去して開口幅を広げた状態でフィールドプレート構造を備えるゲート電極４０ａを形成する。従って金属膜用露光処理の必要が無くなり、フィールドプレート構造を絶縁膜の開口中心に対してばらつきなく形成できる。また、金属膜用露光処理を要しないので工程を簡素化できる。

図１０は本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の変形例を示す図である。この図に示すように、絶縁膜を、開口を有する絶縁膜３４ａ、及びＳｉＯｘで形成された絶縁膜３３の積層構造としてもよい。このように２種以上の膜を積層させて絶縁膜を形成してもよい。

実施の形態２．
図１１は本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。このフローチャートのうち、図１と同じ符号が付けられた工程は上述の通りであるため説明を省略する。

まず半導体層の表面に第１絶縁膜及び第２絶縁膜を形成する（ステップ１０ａ）。ステップ１０ａは図１２を参照して説明する。図１２は半導体層３２の表面に第１絶縁膜５０を形成し、第１絶縁膜５０の表面に第２絶縁膜５２を形成したことを示す図である。第１絶縁膜５０はＳｉＮで形成され、第２絶縁膜５２はＳｉＯｘで形成する。

続いて、ステップ１２、１４及び１６を終えると、レジスト５４と硬化層５６ａ及び５６ｂをマスクとして第１絶縁膜５０及び第２絶縁膜５２をエッチングする（ステップ１８ａ）。ステップ１８ａは図１３を参照して説明する。図１３はエッチングにより開口を有する第１絶縁膜５０ａ（以後第１絶縁膜５０ａという）と開口を有する第２絶縁膜５２ａ（以後第２絶縁膜５２ａという）を形成したことを示す図である。

次いで、第２絶縁膜５２ａを選択エッチングする（ステップ１９）。ステップ１９は図１４を参照して説明する。図１４は第２絶縁膜５２ａを選択エッチングしたことを示す図である。第２絶縁膜５２ａは、フッ素ラジカルによるドライエッチング、フッ酸系ウェットエッチング、もしくは両者を併用してエッチングする。このエッチングにより第２絶縁膜５２ｂの開口幅は、第１絶縁膜５０ａの開口幅よりも広くなる。なお、第２絶縁膜５２ｂの開口幅はレジスト５４の開口幅よりは狭くする。

続いてステップ２０、２２、及び２４を処理して多段形状のフィールドプレート構造を備えるゲート電極を形成する。図１５は、多段形状のフィールドプレート構造を備えるゲート電極６０を示す図である。フィールドプレート構造は第１絶縁膜５０ａに乗る部分と第２絶縁膜５２ｂに乗る部分を有することにより多段形状となっている。このようにフィールドプレート構造を多段形状とすると、半導体装置の耐圧を高めることができる。

このように、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法によれば、第２絶縁膜５２を第１絶縁膜５０に対し選択エッチング可能な材料にする事により、多段形状のフィールドプレート構造を備えるゲート電極６０を形成することができる。また、第２絶縁膜５２ａを選択エッチングするときに第１絶縁膜５０ａはエッチングしないので、ゲート開口部のサイドエッチを抑えることができる。

本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法は、複数種の膜を絶縁膜として用いてフィールドプレート構造を多段形状とすることを特徴とする。従って、絶縁膜の種類は選択エッチングできれば２種以上であってもよい。

また、硬化層を除去してから選択エッチングを行ってもよいし、選択エッチングを複数回行って絶縁膜の開口幅を調整してもよい。

３０ 基板、 ３２ 半導体層、 ３４ 絶縁膜、 ３６ レジスト、 ３８ａ，３８ｂ 硬化層、 ４０ 金属層、 ４０ａ フィールドプレート構造を備えるゲート電極

Claims (5)

1. 半導体層の表面に絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜の表面に開口を有するレジストを形成する工程と、
   前記レジストと架橋反応するパターンシュリンク剤を前記レジストに付着させ、前記レジストの内周に硬化層を形成する工程と、
   前記レジスト及び前記硬化層をマスクとして前記絶縁膜をエッチングする工程と、
   前記硬化層を除去する工程と、
   前記半導体層、前記絶縁膜、及び前記レジストの表面に金属層を形成する工程と、
   リフトオフ法により前記レジスト及び前記レジストの表面の前記金属層を除去する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記レジストは感光により酸へ変化する材料で形成され、
   前記硬化層を形成する工程の前に前記レジストを感光させ、
   前記架橋反応は前記酸を触媒とし前記パターンシュリンク剤を加熱処理することによって起こり、
   前記硬化層の除去は強アルカリ薬液で行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記絶縁膜は異なる２種以上の膜が積層したものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記絶縁膜は選択エッチング可能な２種以上の膜が積層したものであり、
   前記金属層を形成する工程の前に、前記２種以上の膜の内の少なくとも１つの膜を他の膜よりも開口幅が広くなるように選択エッチングする工程と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記硬化層を除去する工程は、前記レジストを残しつつ行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

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