JPH02501250A - Ｔゲートおよびトランジスタの処理方法およびそれにより形成されたｔゲートおよびトランジスタ - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 Ｔゲートおよびトランジスタの処理方法およびそれにより形成されたＴゲートお よびトランジスタ発明の背景 本発明は半導体トランジスタ、特に電界効果トランジスタ用のゲート電極に関す る。

半導体トランジスタはほとんど全ての電子装置に見られる。

それらは、集積回路および縮小されたその他の電子パッケージにおいて使用でき る小型の形態に形成されることができる。

トランジスタの導入および継続的な小型化への開発は、携帯用計算機およびパー ソナルコンピュータのような市販装置の普及の増加、および精巧なビジネスおよ び軍事電子システムの出現の主要な要因の１つである。

小型トランジスタの動作は一般的に理論的に理解されているが、しかし高い再現 性および信頼性の下に市販用の装置を構成する製造技術には開発の余地が残され ている。トランジスタが縮小されるにしたがって、大型装置を調整するために通 常使用される製造技爾の多くはある本質的な物理的制限に達するために使用され ることができない。例えば、大きいトランジスタを製造するために使用される紫 外線光／フォトレジスト技術は光学効果によって与えられる制限のために大きさ がマイクロメータ以下の装置に対しては同じ形態で使用されることができない。

したがってさらに大きさが減少されると、良く知られている製造技術は使用でき ない可能性がある。

それ故、さらに小型化するための努力は所望の構造を調整するための処理の発展 と密接に関連している。

ある重要なタイプのトランジスタは複数の変形を実行され得る電界効果トランジ スタである。金属半導体電界効果トランジスタすなわちＭＥ　Ｓ　Ｆ　Ｅ　Ｔは 、電圧制御可変抵抗器である。制御可能な電流はＭＥＳＦＥＴのソースとドレイ ン電極との間に設けられ、電流はソースとドレイン電極との間の半導体の基体上 に位置されたゲート電極に供給される電圧によって制御される。

電界効果トランジスタは多数のタイプの半導体材料から形成されることができる 。ヒ化ガリウムは高い周波数で使用するためにすぐれた特性を有する半導体であ る。ヒ化ガリウムＭＥＳＦＥＴは、特に信号の低雑音増幅、高い効率の電力発生 および高速論理機能のために電子回路における使用に重要なものである。集積回 路およびその他の適用における使用のためにヒ化ガリウムＭＥＳＦＥＴの大きさ を減少する研究が進められている。

ＭＥＳＦＥＴの特性はゲート電極のディメンション、電気抵抗およびキャパシタ ンスによって部分的に決定される。ゲート電極の高い電気抵抗およびキャパシタ ンスは装置および回路におけるＭＥＳＦＥＴの高周波特性を低下させるために望 ましくない。電流の方向に平行な接触表面の長さまたは電極のゲート長が減少さ れるにしたがって、ゲートの抵抗（特定のゲート金属厚に対する）が増加し、そ のキャパシタンスが減少する。すなわち、ゲート長が短くされると、その抵抗が 高まり、ＭＥＳＦＥＴの動作周波数を制限する支配的要因になる。ＭＥＳＦＥＴ が小型にされると、ゲートを小さくする必要性が生じてその特性を制限するため もっと小型にすることができない。

種々の幾何学的配列およびゲート電極を調整するための関連技術が提案されてお り、結果的に現在の技術において最小ゲート長は約０．２５マイクロメータに減 少されている。許容可能な低い電気抵抗およびキャパシタンスを有する・このよ うな短いゲートを調整するための１つの方法は、減少されたキャパシタンスで短 い接触長を与えるように半導体基体に接触しているＴの底部に短い脚部と、抵抗 を低くするために多くの金属を含むＴの上部ヘッドとを有する文字“Ｔ”の断面 形状を有するゲートを調整することである。

拡大された大きさのヘッドは本質的にＴにおける金属と、製造のりフトオフ段階 中に除去されるポリマーレジスト層の表面上の金属との間を連続させる傾向があ るため、要求される小さい寸法にＴ形状の金属構造を形成することは困難だが必 要である。このような連続性は、ポリマーレジスト系が金属リフトオフ処理中に 溶解された場合にＴゲートを破壊する結果となる。したがって、製造過程におい てＴ構造と全体的に付着された金属間の連続する金属フィルムのどのような可能 性も回避する必要がある。

０．２５マイクロメータおよびもっと短い長さのＴゲートは通常σよ外線光りソ ゲラフ技術を使用して形成されることはできない。その代わりに、電子ビームリ ソグラフのような集束ビーム技術によってそれらを処理することが必要である。

このような集束ビーム技術は動作可能であるが、ゲートはプログラムされた電子 ビーム書込みユニットによって一度に１個づつ前に基体上に付着され、その後表 面の金属化の前に現像される感光ポリマー層に形成されなければならないという 重大な欠点を有する。この一連の（ステップおよび反復）製造過程は緩慢であり 、Ｔゲートを有する装置の生産率を減少する。集束電子ビームによるパターンは 大型で高価な機械において達成される。チップ上の回路が数百のＭＥＡＦＥＴを 含む場合、全体の生産速度は低く、１つ以上の集束電子ビームユニットのために 多額の費用が必要となる。

もちろん生産性を高め、小さいＴゲート電極を含む装置を形成するために必要な 費用を減少する一方で、小さい寸法を維持し、もっと寸法を小さくすることが重 要である。今のところ高速度および満足できる安価な費用で高品質の装置を得る 大量生産技術は発見されていない。したがって、ＦＥＴおよびその他の電子装置 において使用される小型Ｔゲートの市販水準の形成を可能にするゲート電極形成 技術が必要である。

本発明はこの必要性を満足させ、さらに関連した利点をもた本発明は半導体装置 用の電極を形成するための、特に電界効果トランジスタ用のＴゲート電極を形成 するための多ステップ処理に関する。処理方法は金属が付着される開口管限定す るために既知のフォトレジスト材料の新しい装置と共に光学的フラッド照明を使 用する。フラッド照明の使用により、高価な集束電子ビーム装置またはイオンビ ーム装置を使用せずにウェハ上に多数のゲートを同時に限定することが可能とな る。現在の技術的段階である約０．２５マイクロメータ以下の非常に小さいゲー ト長を得ることができる。処理は技術的に知られている個々のステップおよび材 料により実行されることができ、信頼性が高く、電界効果トランジスタおよびそ の他の回路素子の関連処理に十分に匹敵するものである。

基体上にＴゲート金属構造を調整するための処理は、深い紫外線光に対して光感 応性であり、第１の溶媒中で現像されるポジフォトレジストポリマー材料の第１ の層を基体に対して付着し、深い紫外線光に対して光感応性であり、第２の溶媒 中で現像されるポジフォトレジストポリマー材料の第２の層を第１の層上に付着 し、深い紫外線光に対して光感応性であり、第２の層を現像するために使用され たものとは異なる溶媒中で現像されるポジフォトレジストポリマー材料の第５の 層を第２の層上に付着し、中間範囲の紫外線光に対して光感応性であるフォトレ ジストポリマー材料の第４の層を第３の層上に付着し、中間範囲の紫外線光を使 用して第４の層におけるストライブを露光して第４の層中のストライブを現像し 、第４の層から第３の層の上部表面まで通る開口を形成し、第４の層をマスクと して使用して深い紫外線光により第４の層中の開口を通して第１、第２および第 ３の層中のパターンを露光し、第３、第２および第１の層から基体までの開口を 形成するために第３の層、第２の層および第１の層におけるパターンを連続的に 現像し、それによってパターン化された基体を生成し、パターン化された基体上 に下方向に金属を付着するステップを含む。したがって、この金属化は通常ポリ マー層の残留部分を除去し、それによってＴゲートを完成すＴゲート電極ゲート 構造は、脚部またはＴの下方に延在する中央部分と半導体の表面間の短い接触長 を可能にする。この接触長は、短い長さを再現可能に生成されることができる電 界効果トランジスタ用のゲートを形成する。Ｔ字のヘッドまたは交叉部分は短い ゲート長に対して考えられるよりも多量の金属を含み、それによってＴゲート電 極の電気抵抗を減少する。

第１、第２および第３の層は、通常は電界効果トランジスタ用として入力電極、 出力電極、およびそれらの間のチャンネル領域と共に前に調整された半導体であ る基体にフォトレジスト材料の３つの層を連続的に供給することによって形成さ れる。大規模な生産において、多数のこのようなトランジスタが単一チップ上に 存在することが可能である。第１、第２および第３の層のフォトレジスト材料は 、約３００ナノメータより低い波長を有する深い紫外線光に対して光感応性であ り、約２２０ナノメータのピーク吸収波長を有することが好ましい。第２の層に おいて使用されるフォトレジスト材料は、３つの層が後で連続的に現像されるこ とができるように第１の層を現像するために使用されたもの、および第３の層を 現像するために使用されたものとは異なる溶媒において現像される。これらの３ つの層にとって好ましいポリマーは第１の層にはポリ（メチルメタクリレート（ ａ＋ｅｔｈｙｌ　ａ＋ｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）　）すなわちＰＭＭＡであり、 第２の層にはポリ（メチルメタクリレート）中のポリメタクリル酸のコポリマー であり、第３の層にはポリ（メチルメタクリレート）である。

第４の層の材料は、約３５０から４５０ナノメータ、好ましくは約４００ナノメ ータの中間範囲の波長の紫外線光に光感応性であるフォトレジストポリマーであ ることが異なっている。

第４の層の材料は第１、第２および第３の層の材料と同じ範囲の紫外線には感応 しない。したがって、第４の層は下に存在する層に影響を与えずにパターン化さ れることができ、下の層は第４の層をマスクとして使用してパターン化されるこ とができる。第４の層の材料は、露光された領域の化学構造が後で現像される際 に除去されるように変化されるポジフォトレジストであることが好ましいが絶対 ではない。第４の層の材料は、コグツク８０９フオトレジスト等の市販の利用可 能なタイプのナフトキノンジアジド（ｎａｐｔｈｏｑｕｉｎｏｎｅ　ｄｉａｚｉ ｄｅ　）化合物のようなポジフォトレジストであることが好ましい。

４つの各層において使用される材料は、このような各材料に対する通常の実行に したがって調整される。方法は典型的にスピンキャスティング溶媒中でフォトレ ジストポリマー材料を溶解することを含む。層は任意の適切な技術、好ましくは スピンキャシティングによって所望の厚さに形成される。

０．２５マイクロメータのライン幅を達成するために、層の厚さは典型的に第１ の層に対して約０，３マイクロメータ、第２の層に対して０．３マイクロメータ 、第３の層に対して０．２マイクロメータおよび第４の層に対して０．５マイク ロメータである。

基体のパターン化は、Ｔゲートの脚部が望まれる基体上のポイントのすぐ上の第 ４の層中のストライブを露光および現像することで始まる。約ｏ、２５マイクロ メータのゲート長を有する脚部を形成するために、ストライブは約０．５−乃至 約０，８ヒ化素ガリウム電界効果トランジスタに対して約７５マイクロメータで ある。ストライブは、第４の層の露光された領域において化学変化を引起こす中 間範囲の紫外線光を使用して表面の上方に位置されたマスクを通して露光される が、下方の第１、第２および第３の層にはほとんど影響を与えない。ストライブ は第４の層のポリマーに適切な溶媒中で現像され、ポリマーの露光部分（ポジフ ォトレジストが使用された）を除去される。その結果、第４の屑から第３の層へ の開口が生じ、開口は露光ストライブの形状を有する。

パターンの第４の層中の開口を通る第１、第２および第３の層への浸透は、整合 マスクとして第４の層を使用してウェハを深い紫外線フラッド露光することによ って達成される。

整合マスクはこれらの層に関して固定して位置されているため、パターンは正確 に制御されることができる。パターンは第１、第２および第３の層の露光部分に おいて化学変化を引起こすが、第４の層にはほとんど影響を与えない深い紫外線 光によって露光される。

第１、第２および第３の層は整合マスクを通じて露光され、第１の層（基体表面 に隣接した）中の露光領域の幅は第４の層である整合マスク中のストライブ開口 の幅よりも狭い。第２の層における露光領域の幅は第１の領域のものよりも広く 、第４の層である整合マスク中のストライブ開口の幅よりも広い。第３の層中の 露光領域の幅は通常第３の領域の幅と第４の層中のストライブ開口の幅との中間 である。したがって第１、第２および第３の層中の露光領域は断面部分において いくぶん球根状であり、脚部は第４の層中のストライブ開口よりも狭い幅の基体 と接触している。

第１、第２および第３の層におけるパターンは連続的に現像され、第３の層から 始められる。連続的な現像は、第１および第３の層中のポリマー材料とは異なる 溶媒中で現像されるようなものである第２の層中のポリマー材料を選択すること によって可能となる。露光された基体は第３の層の露光ポリマーを溶解する溶媒 中に浸されるか、もしくはそれを吹付けられ、それから所望により非溶媒で任意 にリンスされ、第２の層の露光ポリマーを溶解する溶媒中に浸されるか、もしく はそれを吹付けられ、それから所望により非溶媒で任意にリンスされ、第３の層 の露光ポリマーを溶解する溶媒中に浸されるか、もしくはそれを吹付けられ、そ れから非溶媒でリンスされる。その結果、球根断面形状を有し、ポリマー材料の 堆積層の中に形成されたパターン化された複合堆積となる。

基体のパターン化が完了する。

したがって、金属はＴゲート電極を形成するために基体上に下向きに付着される 。金属は先行するステップで限定された開口中に付着し、一般にレジスト構造の 上部表面上にも付着する。開ロバターン内において、金属は第１の層の幅によっ て決定された幅で基体に直接付着している。第４の層中のストライブ開口の幅よ りも狭いこの幅はＴゲートの脚部またはゲート長を限定する。第２の層の中の開 口の幅が第１の層の幅よりも広いため、脚部の上方のＴゲートの部分は金属が付 着されたときに拡大されたヘッドを形成する。

第２と第３の層の間の開口の後方に傾斜したまたは凹んだ部分は、Ｔゲートヘッ ドの金属と堆積したレジスト構造の表面上に付着されたものとの間の分離を限定 する。この分離は、続くリフトオフステップにおける付着金属の望ましくない部 分の明確な除去のために必要である。金属化において使用される金属は、電界効 果トランジスタにおいて使用される材料に適切な任意の金属が可能である。ヒ化 ガリウムＭＥ　Ｓ　Ｆ　ＥＴに対して、好ましい金属化はチタン、プラチナ、金 の３層システムである。金属化の厚さは第１、第２および第３の層の合計した厚 さよりも薄いように選択され、最も好ましい構造としては約０，７５マイクロメ ータである。

レジスト構造の上部に付着された堆積金属と共に、ポリマーレジスト構造（第１ ．第２．第３および第４の層、もっとも第４の層はこのステップの前に除去され ていてもよい）はりフトオフ処理で除去される。構造は、基体の表面からポリマ ー層を除去するために残留ポリマー層またはそれらのほとんどの部分を溶解する 溶媒に浸される。金属Ｔゲートは基体の表面上に残る。したがって、基体は必要 に応じてさらに処理されることができる。

電界効果トランジスタは、集束ビームにその中の材料を露光する必要なしにフラ ッド露光技術だけを使用してもっと経済的な方法で製造される。この方法は複数 の電界効果トランジスタを有する基体が集束充電ビーム法よりももっと経済的に 形成されることを可能にする。

したがって、好ましい実施例において半導体装置において使用するために半導体 基体と接触している脚部および脚部上にありそれと一体の拡大ヘッドを有するＴ ゲート金属構造を調製する処理は、約０．３マイクロメータの厚さを有するポリ （メチルメタクリレート）の第１の層を基体上に付着し；第１の層の上にポリメ タクリル酸と約０．３マイクロメータの厚さを有するポリ（メチルメタクリレー ト）のコポリマーの第２の層を付着し；第２の層の上に約０．２マイクロメータ の厚さを有するポリ（メチルメタクリレート）の第３の層を付着し；第３の層の 上に約４００ナノメータの波長の紫外線光に光感応性であるポリマー材料の第４ の層を付着し；約４００ナノメータの波長を有する紫外線光を使用して第４の層 における約０．５乃至約０．８マイクロメータの幅のストライブを露光して露光 領域を現像し、第４の層を通る約０，５乃至約０．８マイクロメータの幅を有す る開口を形成し、第３の層の上部表面を現し；第４の層中の開口を通して第１、 第２および第３の層中のパターンを約２２０ナノメータの波長を有する紫外線光 で露光して第４の層をマスクとして使用し、第１の層中のパターンの幅は第４の 層を通る開口の幅よりも狭く、第２の層中のパターンの幅よりも狭く；第３、第 ２および第１の層から基体まで通る開口を形成するために第３の層、第２の層、 および第１の層中のパターンを連続的に現像し；第１の層中のパターンの幅の脚 部およびもっと広い幅のヘッドを有するＴゲートを形成するために現像されたパ ターンを金属化するステップを含む。その後、ポリマー層中の残留材料およびＴ ゲートの部分でない堆積金属がリフトオフ方法によって除去される。説明された ばかりの処理が、多数の電界効果トランジスタを有する基体上に複数のＴゲート を形成するために使用されることが最も好ましく、ゲートは同時に形成される。

本発明の処理、およびそれによって形成されるＴゲートおよび電界効果トランジ スタは集積回路製造の技術において重要な進展をもたらすことが理解されるであ ろう。０．２５マイクロメータ以下のゲート長を有するＴゲートは紫外線光を使 用するフラッド照明技術によって形成され、１個または複数の基体チップ上の非 常に多数のＴゲートが同時に形成されることができる。高価な集束電子ビーム装 置は必要ない。その代わりに安価で通常利用できる光学系が使用される。すなわ ち、本発明の技術は特に短いゲート長を必要とする非常に多数の電界効果トラン ジスタを有する集積回路の大量生産に適している。本発明のその他の特徴おより 利点は、本発明の原理を示す以デのさらに詳細な説明および添付２面から明らか になるであろう。

図面の簡単な説明 第１図はＴゲートをイ、する電界効果トランジスタの側面図である。

第２図Ａ乃至Ｊは、本発明の好ましい処理のフロー図であり、各段階で得られる 構造を示す。

第３図は第２図りの構造の側面図であり、深い紫外線光の回折されたビームの空 間的な強度を示す。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図は、本発明の好ましい実施例と共に部分的に構成されるタイプのエンファ ンスメントモードのヒ化ガリウムＭＥＳＦＥＴＩＯを示す。ＭＥＳＦＥＴＩＯは ヒ化ガリウム単結晶のベース１４およびベース１４上のヒ化ガリウムのドープ層 １Ｂを有する基体１２を含む。ドープ層１Ｂはｎドープまたはｐドープされるこ とができる。

３個の電極は基体１２の上面１８に接触されている。ソース電電極はソース電極 ２０とドレイン電極２２との間に位置されている。Ｔゲート電極２４はゲート２ ６である表面に沿って基体１２と接触し、接触長はゲート長１１として限定され る。１１の横のディメンションを有するＴの下方延在部分はＴゲート電極２４の 脚部２８と呼ばれる。実際的にマツシュルームのヘッドに類似した形状のＴの断 面部分はヘッド３０と呼ばれる。

第２図は本発明の処理方法の好ましい実施例を示す。Ｔゲート電極２４の調整の ための開始点は、第２囚人に示されるようにすでに設置されているソース電極２ ０とドレイン電極２２を典型的に取付けられている基体１２である。

第１の層３２は基体１２の上面１８上に付着され、第２の層３４は第１の層３２ 上に付着され、第３の層３６は第２の層３４上に付着され、第４の層３８は第３ の層３６上に付着され、結果的に第２図Ｂに示された構造になる。層３２．３４ ．３６および３８はスピンキャスティングによって供給されることが好ましく、 各層の材料はスピンキャスティング溶媒中に溶解され、・溶液は被覆されるべき 表面に供給され、表面にわたって均一に溶液を分布するために表面が回転される 。供給後、溶媒は溶液から気化されて層を形成する溶質材料を残す。各層は、レ ジスト層をキュアしてスピンキャスティング溶媒の全てのトレースを除去し、次 の層のスピンキャスティング溶媒と接触する各層の部分の中間拡散を防止するた めに典型的に高温で焼成される。

好ましい実施例において、第１の層３２はスピンキャスティング溶媒クロロベン ゼン（この溶液はここでは“ＰＭＭＡ溶液゛と呼ばれる）中のポリ（メチルメタ クリレート）の４％の溶液から調堕される。十分な量のこのＰＭＭＡ溶液が、キ ュア後に固体の第１の層３２を約０．３マイクロメータの厚さで形成するために 基体１２の表面上に与えられる。基体は表面にわたって均一に溶液を分布するた めに２５００回転／分（ｒｐｍ）の速度で回転される。その後、被覆された基体 １２は３０分間１８０℃の温度で焼成され、５分間で周辺温度に冷却される。

第２の層３４は、前に説明されたように調整されたＰ　ＭＭＡ溶液中の１０％の ポリメタクリル酸のコポリマー溶液から調整される。十分な量のこの溶液は、キ ャスティング溶媒の気化の後で約０．３乃至０．３５　（好ましくは０．３４） マイクロメータの厚さで固体の第２の層３４を形成するために（すでに焼成され た層３２を設けられた）基体１２上に与えられる。基体は表面にわたって均一に 溶液を分布するために２００Ｏｒｐｍの速度で回転される。それから、被覆基体 １２は２０分間１２５℃の温度で焼成され、５分間で周辺温度に冷却される。

第３の層３６は、第１の層３２に関連して前に説明されたように調整された同一 のＰＭＭＡ溶液から調整される。十分な量のこの溶液は、気化の後に約０．２マ イクロメータの厚さで固体の第３の層３θを形成するために（すでに焼成された 層３２および３４を設けられた）基体１２上に与えられる。基体は表面にわたつ て均一に溶液を分布するために８００Ｏｒ　ｐ　ｍの速度で回転される。それか ら、被覆基体１２は２０分間１８０℃の温度で焼成され、５分間で周辺温度に冷 却される。

第４（しばしば“トップ″とも呼ばれる）の層３８は、コグツク８０９フオトレ ジスト等の市販の利用可能なタイプのナフトキノンジアジド化合物のような中間 範囲の紫外線光に感応するポジフォトレジスト材料から調整される。十分な量の この溶液は、気化の後に約０．５マイクロメータの厚さで固体の第４の層３８を 形成するために（すでに焼成された層３２．３４および３６を設けられた）基体 １２上に与えられる。基体は表面にわたって均一に溶液を分布するために３００ （ｌ　ｒ　ｐ　ｍの速度で回転される。それから、被覆基体１２は３０分間９０ ℃の温度で焼成され、５分間で周辺温度に冷却される。

基体１２はこのように層３２．３４．３８および３８で被覆され、パターン露光 、現像および金属化のために準備される。

そこを通る開口４２を有する分離した外部ガラスマスク４０は、接触プリンタ（ マスク整列装置）において第４の層３８の上部に設けられ、波長４００ナノメー タの紫外線光のフラッド照明が、第２図Ｃのように第４の層３８の上面の方に下 に向けられる。開口４２は約０．４乃至約０．８マイクロメータの横幅および必 要に応じた長さを有する長方形であることが好ましい。したがって、上方から見 ると第４の層３８の露光領域４４は長方形のストライブである。下に存在する第 １の層３２、第２の層３４および第３の層３６は本質的にこの波長範囲の紫外線 光に対する感応性を持たず、それ故実質的にこの露光の影響を受けない。マスク ４０は紫外線光に対して不透明なので、第４の層３８は開口４２の下の領域にお いて露光されるが、マスク４０の不透明な部分の下では露光されない。露光は５ 秒間２０ミリワット／Ｃ−の量である。外部マスク４０は除去され、第４の層３ ８は４部の水中のコグツク８０９現像液の１部の混合液において１分間現像され る。コグツク８０９ポリマーはポジフォトレジストなので、開口４２の下の第４ の層３８の露光部分は開口４２と同じ寸法およびディメンション、特にマスク４ ０によって限定された幅に対応した幅１４を有する開口４Ｂを第４の層３８中に 形成するために溶媒現像液において溶解されることができ除去される。表面は脱 イオン水の中で２分間リンスされ、窒素中で乾燥される。

パターン４８は、約２２０ナノメータの波長を有する深い紫外線光によって第１ の層３２、第２の層３４および第３の層３６において露光される。（ここで使用 ゛されるように、中間範囲の紫外線光は約３５０から約４５０ナノメータまでの 波長を有し、深い紫外線光は約３００ナノメータより短い波長を有する。）それ を通る開口４６を有する第４の層３８は、この露光中に第３の届３Ｂの上面に接 着された整合マスクとして作用する。整合マスクは、マスクの横および縦方向の 位置が層３２．３４および３６に関して固定されているので正確に限定されたパ ターン４８となる。好ましい露光は３分間の１５ミリワット／Ｃ−の光度である 。露光処理は第２図りに示されており、パターン４８の全体的な形状は第２図り および第３図において破線によって示されている。

露光パターン４８の形状はＴゲート電極２４の最終的な形状から推定され得る。

第３の層３６中のパターン４８の幅は本質的に開口４６の幅１４に等しい。第２ の層３４中のパターン４８の幅は１４より大きく、第１の層３２中のパターン４ ８の幅は１４より小さい。この可能な説明に限定するつもりはないが、第２の層 ３４中のパターン４８の広い幅および第１の層３２中のパターン４８の狭い幅は 、深い紫外線光が第４の層３８によって形成された整合マスク中の開口４Ｂを通 る際のその回折のためであると考えられる。この開口４６の幅は光の波長の約２ 乃至３倍であり、第３図に示された形状の回折パターン５０を生じる。回折パタ ーン５０のサイドローブは第２の層３４の領域において最も著しく、結果的にこ の領域において露光パターン４８を効果的に広くする。これらのサイドローブは 第１の層３２において大きく減少されるため、回折パターン５０の狭い中央ピー ク領域における光エネルギだけが第１の層３２を露光させる。中央ピークは１４ よりもかなり狭いため、第１の層３２中の露光領域も１４より狭い。この領域が 完成されたＴゲート電極２４の脚部２８となり、その幅がストライプ１４の幅よ りも狭いゲート長１１に対応する。この光の回折は最終的なＴゲート電極２４の 形状に対応し得ると考えられるが、しかしそうでなくても、実際にここに示され た結果が得られる。

パターン４８が限定された後、第４の層３８は通常メチルイソブチルケトン（Ｍ ＩＢＫ）中での溶解によって除去される。

第２Ｅ図に示されたこの除去は付随的なものであり、省略されてもよい。

これらの各層において使用されるレジスト材料がポジフォトレジストなので、層 ３８．３４および３２は露光パターン４８内の材料を除去するために現像される 。現像処理は連続的に実行されるため、第３の層３６が現像され、第２の層３４ が現像され、最後に第１の層３２が現像される。３つの分離した層３２．３４お よび３Ｂ（７５使用を伴う連続的な現像処理が説明される必要のある特性を有す る制御可能なパターン構成を生成することが観察されている。

第３の層３６内に存在するパターン４８の部分は１分間メチルイソブチルケトン 中に露光基体をフラッド浸漬することによって現像され、これは層３Ｂの露光部 分を溶解しく第２図Ｆ）、コグツク８０９フオトレジストを除去する。次に、第 ２の層３４内に存在するパターン４８の部分は１分間２−エトキシエチル（ｃｅ ｉ　１ｏｓｏｌｖｅ）中に露光基体をフラッド浸漬することによって現像され、 これは層３４の露光部分を溶解する（第２図Ｇ）。

第１の層３２内に存在するパターン４８の部分は１分間メチルイソブチルケトン 中に露光基体をフラッド浸漬することによって現像され、これは層３２の露光部 分を溶解する（第２図Ｈ）。

現像された基体は８０秒間イソプロパツール（１ｓｏｐｒｏｐａｎｏｌ）でリン スされ、２分間脱イオン水中で洗われ送風乾燥される。

現像処理は層３２．３４および３６から基体１２の上面１８まで通る開口５２を 生じる。第２［ｆｆ１Ｈはこの開口５２の球根断面形状を示す。間口は第１の層 ３２では一般的に狭く、直線的な側面であり、第２の層３４において開口５２の 幅を拡大するように（第１の層３２から第２の層３４に上向きの断面図から考慮 した場合）角度的に外側に向いており、第３の層３６中では開口５２の寸法を減 少するように位置５４において角度的に内側に向いている。

第３の層３６における開口５２の凹部特性は、金属化工程における金属分離を発 生するので重要であ４゜Ｔゲート電極２４は、金属化と呼ばれる処理の際に基体 １２上に金属層５６を下向きに付着することによって形成される。金属は蒸着の ような任意の適切な処理によって付着される。Ｔゲート電極における使用に好ま しい金属はチタン、プラチナおよび金の３層である。金属層５Ｂは適切な厚さ、 好ましくは約０．７５マイクロメータになるように付着される。その結果の構造 が蜘２図Ｉ＆：示されている。第３の層３６のトップに付着された金属は平坦で 細長い金属層５６を形成する。開口５２に侵入した金属はＴゲート電極２４を形 成するために照準線の上方からそれら可視表面上に付着する。金属は基体１２の 表面１８上に付着し、第１の層３２内の開口５２の部分においてＴゲート電極２ ４の脚部２８を形成する。金属はまた第２の層３４内の外側に傾斜する開口５２ の壁の部分に付着する。しかしながら、第２図Ｉに示されているように、金属は 後方に傾斜してオーバーハングとなる第３の層３６の部分によって妨害されるた め、位置５４の付近において凹部に付着することができな・い。Ｔゲート電極２ ４中の金属はそれによってトップ層５Ｂ上の金属から分離されているので、金属 層５Ｂは後に除去されることができる。

金属層５６は、第１の層３２、第２の層３４および第３の層３Ｂの残りの部分と 共にリフトオフ処理によって除去され、その結果が第２図Ｊに示されている。リ フトオフ処理は、層３２．３４および３Ｂ中のポリマー材料を溶解する溶媒中に 基体１２およびその上に設けられた構造を浸すことによって達成される。好まし い処理において、裏返しにした位置で１０分間アセトンに基体を浸すことによっ て分離された金属層５６と共に層３２．３４および３Ｂがリフトオフされる。

最終的なＴゲート電界効果トランジスタ１０が第２図Ｊに示されている。本発明 の記載された処理は、集積回路の同一平面内に全て設けられた非常に多数のこれ らの構造の同時付着に特に適していることが理解されるであろう。マスク４０は 平面における電界効果トランジスタｌＯのそれぞれの上方の中央に適切な開口４ ２を設けられることだけが必要なので、結果４に処理は必要な数のＴゲート電極 ２４の同時付着となる。

以下の例示１よ本発明の観点を示し、どの点においても本発明を制限するもので はないと考えられるべきである。

例示１ ０．２５マイクロメータのゲート長ｌ、および約２００マイクロメータのゲート の最大幅を有するＴゲートは説明された処理の好ましい実施例により調整される 。

本発明の処理は、電界効果トランジスタ用のＴゲート形成技術における重要な進 展をもたらすものであることが理解されるであろう。本発明の特定の実施例が説 明のために詳細に記載されているが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく 種々の修正が行われてもよい。したがって、本発明は請求の範囲の各請求項によ ってのみ制限される。

国際調査報告 ｌ醗ｎｖｎｅＩＩｍ＋＾＠−ｍｌｌｌｌｌｌ絢・ＰＣＴ／ｌｊｓ　８Ｂ１０２７ ６６国際調査報告 ＵＳ８８０２７６６ ＳＡ　２４１５０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）深い紫外線光に対して光感応性であり、第１の溶媒中で現像されるポジフ ォトレジストポリマー材料の第１の層の基体上に付着し、 深い紫外線光に対して光感応性であり、第２の溶媒中で現像されるポジフォトレ ジストポリマー材料の第２の層を第１の層上に付着し、 深い紫外線光に対して光感応性であり、第２の層を現像するために使用されたも のとは異なる溶媒中で現像されるポジフォトレジストポリマー材料の第３の層を 第２の層上に付着し、 中間範囲の紫外線光に対して光感応性であるフォトレジストポリマー材料の第４ の層を第３の層上に付着し、中間範囲の紫外線光を使用して第４の層中にストラ イプを露光して第４の層中のストライプを現像し、第４の層から第３の層の上面 まで通る開口を形成し、 第４の層をマスクとして使用して深い紫外線光により第４の層中の開口を通して 第１、第２および第３の層中のパターンを露光し、 第３、第２および第１の層から基体までの開口を形成するために第３の層、第２ の層および第１の層におけるパターンを連続的に現像し、それによってパターン 化された基体を生成し、 パターン化された基体上に下方向に金属を付着するステップを含む基体上でＴゲ ート金属構造を形成するための処理方法。 （２）金属を付着する前記ステップの後に、ポリマー層の残留部分を除去するス テップを含む請求項１記載の処理方法。 （３）第１の層中のポリマー材料はポリ（メチルメタクリレート）である請求項 １記載の処理方法。 （４）第２の層中のポリマー材料はポリ（メチルメタクリレート）中のポリメタ クリル酸のコポリマーである請求項１記載の処理方法。 （５）第３の層中のポリマー材料はポリ（メチルメタクリレート）である請求項 １記載の処理方法。 （６）第４の層中のポリマー材料はポジフォトレジスト材料である請求項１記載 の処理方法。 （７）第４の層中のストライプの幅は約０．５マイクロメータ乃至約０．８マイ クロメータである請求項１記載の処理方法。 （８）深い紫外線光の波長は約２２０ナノメータであり、中間範囲の紫外線光の 波長は約４００ナノメータである請求項１記載の処理方法。 （９）基体はＴゲート電極のない状態の電界効果トランジスタである請求項１記 載の処理方法。 （１０）複数のＴゲート金属構造は基体上で同時に形成される請求項１記載の処 理方法。 （１１）請求項１記載の処理方法によって形成されるＴゲート構造。 （１２）請求項９記載の処理方法によって形成される電界効果トランジスタ。 （１３）請求項１０記載の処理方法によって形成される複数のＴゲート金属構造 。 （１４）半導体装置において使用される、半導体基体と接触している脚部および 脚部上にありそれと一体の拡大されたヘッドを有するＴゲート金属構造を製造す るための処理方法において、 約３００ナノメータよりも短い波長を有し、第１の現像液中で現像可能な紫外線 光に光感応性であるポジレジストポリマー材料の第１の層を基体上に付着し、 約３００ナノメータよりも短い波長を有し、第２の現像液中で現像可能な紫外線 光に光感応性であるポジレジストポリマー材料の第２の層を第１の層上に付着し 、約３００ナノメータよりも短い波長を有し、第２の層を現像するために使用さ れたものとは異なる現像液中で現像可能な紫外線光に光感応性であるポジレジス トポリマー材料の第３の層を第２の層上に付着し、 約３５０ナノメータよりも長い波長を有する紫外線光に光感応性であるポリマー 材料の第４の層を第３の層上に付着し、約３５０ナノメータよりも長い波長を有 する紫外線光を使用して第４の層中にストライプを露光し、露光領域を現像し、 第４の層を通る約０．５マイクロメータよりも狭い幅を有する開口を形成し、第 ３の層の上面を露出させ、第４の層をマスクとして使用して約３００ナノメータ よりも短い波長を有する紫外線光により第４の層中の開口を通して第１、第２お よび第３の層中のパターンを露光し、第１の層中のパターンの幅は第４の層を通 る開口の幅よりも狭く、第２の層中のパターンの幅よりも狭くし、第３、第２お よび第１の層から基体までの開口を形成するために第３の層、第２の層および第 １の層におけるパターンを連続的に現像し、 第１の層中のパターンの幅を有する脚部およびもっと広い幅のヘッドを有するＴ ゲートを形成するために現像パターンを金属化するステップを含む処理方法。 （１５）金属化の前記ステップの後に、ポリマー層の残留部分を除去するステッ プを含む請求項１４記載の処理方法。 （１６）第１の層中のポリマー材料はポリ（メチルメタクリレート）である請求 項１４記載の処理方法。 （１７）第２の層中のポリマー材料はポリ（メチルメタクリレート）中のポリメ タクリル酸のコポリマーである請求項１４記載の処理方法。 （１８）第３の層中のポリマー材料はポリ（メチルメタクリレート）である請求 項１４記載の処理方法。 （１９）第４の層中のポリマー材料はポジフオトレジスト材料である請求項１４ 記載の処理方法。 （２０）第１の層の厚さは約０．３マイクロメータであり、第２の層の厚さは約 ０．３マイクロメータであり、第３の層の厚さは約０．２マイクロメータであり 、第４の層の厚さは約０．５マイクロメータである請求項１４記載の処理方法。 （２１）請求項１４記載の処理方法によって形成されるＴゲート構造。 （２２）半導体装置において使用される、半導体基体と接触している脚部および 脚部上にありそれと一体の拡大されたヘッドを有するＴゲート金属構造を製造す るための処理方法において、 約０．３マイクロメータの厚さを有するポリ（メチルメタクリレート）の第１の 層を基体上に付着し、約０．３マイクロメータの厚さを有するポリメタクリル酸 とポリ（メチルメタクリレート）とのコポリマーの第２の層を第１の層上に付着 し、 約０．２マイクロメータの厚さを有するポリ（メチルメタクリレート）の第３の 層を第２の層上に付着し、約４００ナノメータの波長を有する紫外線光に光感応 性であるポリマー材料の第４の層を第３の層上に付着し、約４００ナノメータの 波長を有する紫外線光を使用して第４の層中の約０．５乃至約０．８マイクロメ ータの幅のストライプを雷光し、露光された領域を現像し、第４の層を通る約０ ．４乃至約０．８マイクロメークの幅を有する開口を形成し、第３の層の上面を 露出させ、 第４の層をマスクとして使用して約２２０ナノメークの波長を有する紫外線光に より第４の層中の開口を通して第１、第２および第３の層中のパターンを露光し 、第１の居中のパターンの幅は第４の層を通る開口の幅よりも狭く、第２の層中 のパターンの幅よりも狭くし、 第３、第２および第１の層から基体までの開口を形成するために第３の層、第２ の層および第１の層におけるパターンを連続的に現像し、 第１の層中のパターンの幅を有する脚部およびもっと広い幅のヘッドを有するＴ ゲートを形成するために現像パターンを金属化するステップを含む処理方法。