JPH0653242A

JPH0653242A - 半導体装置の製法

Info

Publication number: JPH0653242A
Application number: JP20000092A
Authority: JP
Inventors: Satoru Takasugi; 知高杉
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 1992-07-27
Filing date: 1992-07-27
Publication date: 1994-02-25

Abstract

(57)【要約】【目的】脚部が細く頂部が太い、断面がＴ字形のゲー
ト電極を有する高周波増幅器用の半導体装置を安価に信
頼性高く製造する方法を提供する。【構成】半導体基板１表面にゲート電極８の細い脚部
８ａを形成し、その上に画像反転フォトリソグラフィ用
レジスト膜10を形成し、前記脚部の一部を露出させて、
その上に幅の広いゲート電極の頂部８ｂを形成し、前記
レジスト膜を除去してゲート電極を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電界効果トランジスタ
（以下、ＦＥＴという）を有する半導体装置の製法に関
する。さらに詳しくは、高周波で使用されるＦＥＴのゲ
ート電極で半導体基板側の下部が細く、上部が太い、断
面がＴ字形のゲート電極を有する半導体装置の製法に関
する。ここにＴ字形には、マッシュルーム形をも含む意
味である。

【０００２】

【従来の技術】近年衛星放送が普及しつつあるが、衛星
放送受信機用コンバータにはマイクロ波帯の低雑音高利
得の増幅器が必要である。この高周波、とくにマイクロ
波帯で低雑音の増幅器を実現するため、ゲート長の短縮
とゲート抵抗の低減を同時に満たすＦＥＴが求められて
いる。そのため、この種のＦＥＴのゲート電極は半導体
基板側の下部を細くしてゲート長を短くすると共に、上
部を太くしてゲート抵抗を低減させる形状に形成され、
その断面形状はＴ字形になっている。

【０００３】この断面がＴ字形のゲート電極を有する半
導体装置の従来の製法の一例を図２に基づいて説明す
る。まず図２の（ａ）に示すように、半導体基板21上に
仮ゲート22を形成する。この仮ゲート22はたとえば、Ｓ
ｉＯＮを半導体基板21上の全面にプラズマＣＶＤ法など
で形成し、パターニングして仮ゲートとして必要な部分
以外をエッチング除去し、仮ゲート22を形成する。

【０００４】つぎに、半導体基板21の表面全体にわたっ
て前記仮ゲート22を覆うように、画像反転フォトリソグ
ラフィ用レジストを塗布して反転用レジスト膜23を形成
したのち、前記仮ゲート22の上部が露出するように、前
記反転用レジスト膜23の一部を除去し開口部24を形成す
る（図２（ｂ）参照）。この画像反転フォトリソグラフ
ィ用レジストは、露光して110 〜120 ℃くらいにベーキ
ングされるとその後の露光に対して影響を受けなくなる
反転作用を呈するもので、たとえばドイツ国ヘキスト社
のＡＺ5214Ｅなどを使用できる。従って全面に塗布され
た反転用レジスト膜23の仮ゲート上でレジスト膜を除去
したい部分にマスクをして、全面を露光してマスクを除
去し、110 〜120 ℃でリバーサルベーキングし、再度全
面を露光することにより、反転用レジスト膜23で反転し
ていない部分、すなわち仮ゲート22上の当初マスクした
部分のみが２回目の露光（後露光）により感光し、ＴＭ
ＡＨなどで現像することにより、その部分のレジスト膜
のみが除去され、図２（ｂ）に示すように、開口部24が
形成される。この露光の時間を調整することにより、レ
ジスト膜の感光する深さを調整でき、図２（ｂ）に示す
ように、半導体基板21上に0.2 〜0.4 μｍ位の厚さのレ
ジスト膜が残るようにする。また、この開口部24は最初
の露光により光が照射されなかった部分のみが除去さ
れ、前述のマスクの形成された部分の下側のみに形成さ
れるが、光はレジスト内での吸収により内部に進むにし
たがって弱くなる。そのため１回目の露光とリバーサル
ベーキングにより露光特性が反転するレジスト膜に形成
されたパターンの断面形状は底面にいく程狭くなり、２
回目の露光である全面への後露光後に現像してレジスト
膜が除去され、形成される開口部はその断面が図２
（ｂ）に示すように末広がりの形状になる。

【０００５】つぎに、たとえば緩衝フッ酸でエッチング
することにより仮ゲート22を腐蝕除去し、ゲートメタル
を全面に蒸着する。その結果、反転用レジスト膜23に開
口部24が形成された部分はその開口部24内に、また開口
部24の形成されていない部分には反転用レジスト膜23上
にゲートメタル26が蒸着される（図２（ｃ）参照）。そ
ののち、たとえばアセトンで反転用レジスト膜23を除去
することにより反転用レジスト膜上のゲートメタルも除
去され、ゲート電極25の下部25ａが細く、上部25ｂが太
い、断面がＴ字形のゲート電極25が半導体基板21上に形
成される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来の製法によ
ると、レジスト膜を露光現象して開口部24を形成する
際、半導体基板上に残されるレジスト膜の厚さによりゲ
ート電極25の下部の高さが決まり、このレジスト膜の残
部の厚さが厚いとゲート電極25の上部に図３（ａ）に示
すように、深い溝25ｃが形成され、段部の角25ｄと溝25
ｃとのあいだに段切れＡが起り易い。また前述のレジス
ト膜の残部の厚さを薄くするとゲート電極の上部25ｂで
太く形成された部分と半導体基板との間隔が狭くなり、
容量が大きくなり、高周波特性が劣化するという問題が
ある。

【０００７】一方、段切れを防ぐためには段部の角25ｄ
の角度を90°より大きくする必要があり、そのためには
図３（ｂ）に示すように、仮ゲートの形状を逆テーパ状
にして上部を太い形にしなければならない。しかし逆テ
ーパ状の仮ゲートを形成することは複雑な工程が必要と
なり、実用的でない。

【０００８】さらに前述の方法では仮ゲートを形成し、
レジスト塗布後に仮ゲートを除去してゲート電極を形成
するため、あらかじめ半導体基板表面に保護膜（パシベ
ーション膜）を形成することができず、またゲート電極
形成後に上部が太く形成されたゲート電極の下の半導体
基板上に保護膜を形成することも、光ＣＶＤなどの特殊
な装置が必要であるという問題がある。

【０００９】本発明は、前述の問題を解決して、段切れ
の生じない断面がＴ字形のゲート電極を形成でき、必要
に応じてゲート電極周囲の半導体基板表面（動作層表
面）に保護膜を容易に形成できる半導体装置の製法を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による請求項１記
載の半導体装置の製法は、（ａ）半導体基板の表面にゲ
ート電極の細い脚部を設け、（ｂ）前記半導体基板の表
面全体にわたって画像反転フォトリソグラフィ用レジス
ト膜を形成し、（ｃ）該レジスト膜をエッチングして前
記脚部の上部を露出させ、（ｄ）脚部の上部の露出した
部分および脚部周囲の前記レジスト膜上にゲート電極の
太い頂部を形成し、（ｅ）ついで、前記レジスト膜を除
去して断面がＴ字形のゲート電極を形成せしめることを
特徴とするものである。

【００１１】また、請求項２記載の半導体装置の製法
は、（ａ′）半導体基板の表面にゲート電極の細い脚部
を形成し、ついでその表面に保護膜を設け、（ｂ′）該
保護膜の表面全体にわたって画像反転フォトリソグラフ
ィ用レジスト膜を設け、（ｃ′）該レジスト膜をエッチ
ングして前記脚部の上部を露出させ、該露出した脚部の
上部に設けられた保護膜を除去し、（ｄ′）脚部の上部
の露出した部分および脚部周囲のレジスト膜上にゲート
電極の太い頂部を形成し、（ｅ′）ついで、レジスト膜
を除去して断面がＴ字形のゲート電極を形成せしめるこ
とを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】本発明によれば、まず細い脚部を形成し、つい
でその上に太い頂部を前記脚部の周囲のレジスト膜を台
として形成し、断面がＴ字形のゲート電極を形成してい
るため、頂部の中心部に溝ができず、頂部の底との距離
に狭い部分ができず、段切れが発生しない。

【００１３】さらに、脚部を形成し、その上に頂部を形
成するため、脚部を形成したのち、半導体基板表面に保
護膜を形成でき、そののち頂部を形成して断面がＴ字形
のゲート電極を形成でき、Ｔ字形の頂部の下にも充分保
護膜を形成できる。

【００１４】

【実施例】つぎに、図面を参照しながら本発明の一実施
例である断面がＴ字形のゲート電極を有する半導体装置
の製法について説明する。図１は本発明の一実施例であ
る高周波用ＦＥＴの製造工程を示す断面説明図である。

【００１５】まず、図１（ａ）に示すように、半導体基
板表面に不純物含有半導体層を形成し、その両端にソー
ス電極およびドレイン電極を形成する。具体例として
は、半絶縁性のＧａＡｓ基板１の表面に、ｎ型のＧａＡ
ｓ層２をエピタキシャル成長し、その両端部をエッチン
グして断面が台形状のメサ型の動作層を形成する。その
のちＡｕ−Ｇｅ膜を用いて図１（ａ）に示すように、ソ
ース電極３およびドレイン電極４を形成する。動作層と
しては、ｎ型ＧａＡｓ層の他、ＡｌＧａＡｓとＧａＡｓ
またはＩｎＧａＡｓとのヘテロ接合構造などを用いるこ
ともできる。

【００１６】つぎに半導体基板表面のソース電極とドレ
イン電極のあいだに、ゲート電極の脚部を形成する（図
１（ｂ）参照）。具体例としては前述のソース電極３と
ドレイン電極４が形成された半導体基板１の表面全体に
電子線ビーム（ＥＢ）用レジストを塗布してレジスト膜
５を形成し、ゲート電極形成場所のみに電子線ビームを
照射してレジスト膜５に第１の開口部６を形成し、ｎ型
ＧａＡｓ層２を露出させる。引き続き、エッチング液に
よりＧａＡｓ層２にリセス７を形成する。リセス７を形
成するのはゲート−ソース電極間またはゲート・ドレイ
ン電極間の抵抗を小さくするため、この領域のｎ型層を
充分厚くするとともに、ゲート電極とドレイン電極およ
びソース電極との耐圧を保持するためである。つぎに蒸
着法により電極材料としてのＴｉ、Ｐｔ、Ａｕの各膜を
積層し、断面が矩形状のゲート電極８の脚部８ａを形成
する。この脚部８ａをＴｉ、Ｐｔ、Ａｕの３層で形成す
るのは、Ａｕ膜を直接ＧａＡｓ層上に形成すると、半導
体層と反応し易く、Ｔｉ膜は半導体層と安定した界面を
うるのに適し、Ｐｔ膜はＡｕがＴｉ膜を介してＧａＡｓ
層に拡散するのを防ぐためである。この電極材料を蒸着
により積層する際、レジスト膜５に第１の開口部６の形
成されているところは第１の開口部６の底部であるｎ型
ＧａＡｓ層２上に形成されたリセス７上に積層されて断
面が矩形状のゲート電極の脚部８ａが形成され、第１の
開口部６の形成されていないところはレジスト膜５上に
金属膜11が積層される。

【００１７】つぎに、レジスト膜を除去して半導体基板
の表面全体にわたって保護膜９を形成する（図１（ｃ）
参照）。この保護膜９は動作層であるｎ型ＧａＡｓ層表
面が損傷を受けるのを防止するためのものである。しか
しＧａＡｓ層表面は比較的安定であり、好環境で使用す
るばあいには保護膜がなくても支障はない。具体例とし
ては、アセトンでレジスト膜を除去する。その結果レジ
スト膜５上に積層されていた金属膜11も除去され（リフ
トオフ）、ＧａＡｓ層２上に形成されたゲート電極の脚
部のみが残る。そののち、半導体基板１の表面全面にＥ
ＣＲプラズマＣＶＤ法により保護膜であるＳｉＮ膜を形
成する。

【００１８】つぎに、表面全面に画像反転フォトリソグ
ラフィ用レジストを塗布して反転用レジスト膜10を形成
する。そののち、前記ゲート電極の脚部上部のレジシト
膜を除去し、第２の開口部11を形成する。具体例とし
て、従来例で説明したのと同様のドイツ国ヘキスト社の
ＡＺ5214Ｅの画像反転フォトリソグラフィ用レジストを
塗布し、除去する部分をマスキングして露光したのち11
0 〜120 ℃でリバーサルベーキングし、さらに全面に２
回目の露光である後露光をし、現像処理することにより
ゲート電極脚部の上部のレジスト膜を除去する。この後
露光の露光量を一定の値以下にして、現像後図１（ｄ）
に示すようにゲート電極の脚部８ａの周囲に反転用レジ
スト膜10が残存し、脚部８ａの上部のみが露出するよう
にする。

【００１９】つぎに、再度全面に電極材料を積層し、ゲ
ート電極の頂部８ｂを形成する。そののち、反転用レジ
スト膜10を除去して頂部８ｂが太く、脚部８ａが細い断
面がＴ字形のゲート電極８を形成する。なお、頂部８ｂ
の電極材料を積層する際に、脚部８ａの表面に保護膜９
が形成されているばあいは電極材料を形成する前に脚部
８ａの露出部分の保護膜９を除去してから電極材料を形
成する。具体例としては保護膜が形成されているばあい
は、まず緩衝フッ酸で処理することにより、反転用レジ
スト10の上に露出している脚部８ａの表面のＳｉＮ膜を
除去し、脚部８ａのＡｕ膜を露出させる。ついで、蒸着
法によりＴｉ被膜を約0.05〜0.1 μｍ形成し、さらに同
じく蒸着法によりＡｕ膜を0.3 〜0.6 μｍ形成する。こ
のＴｉ膜は脚部８ａの上部のＡｕとの密着性を向上させ
るためのもので、その上に電気抵抗の小さいＡｕ膜を形
成する。そののちアセトンで反転用レジスト膜10を腐蝕
除去することにより、反転用レジスト膜10上の電極用材
料も除去され（リフトオフ）、図１（ｅ）に示すように
頂部８ｂが太く、脚部８ａが細い断面がＴ字形のゲート
電極を半導体基板上に形成できる。

【００２０】そののちソース電極３、ドレイン電極４上
の保護膜９をエッチングすることにより、半絶縁半導体
基板をチャネル領域とするＦＥＴが構成される。なお、
この実施例では、最初にソース電極３とドレイン電極４
を形成する例で説明したが、最初に行わなくても、最後
の工程で形成してもよい。

【００２１】前述の実施例では半絶縁性ＧａＡｓ基板１
上に厚いｎ型ＧａＡｓ層２を形成してソース抵抗を下げ
る例で説明したが、ｎ型層上にｎ^＋型の高濃度領域層を
形成してもよい。

【００２２】さらに電極膜の材料も前述のＴｉ、Ｐｔ、
Ａｕの３層構造とＴｉ、Ａｕ２層構造の例に限らず、他
の金属で形成することもできる。

【００２３】また、１回目のレジスト膜にＥＢ用レジス
トを使用する例で説明したが、レジストを使用しても同
様にできる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、プロセスが簡単でＴ字
形ゲート電極を簡単に形成でき、しかもＴ字形ゲートの
脚部と頂部のエッジ部分同士で間隔の狭い部分が形成さ
れず、段切れが生じないＴ字形のゲート電極を形成でき
る。従って歩留りが向上し製造コストが下がり、信頼性
の高い高周波ＦＥＴをうることができ、衛星放送やマイ
クロ波通信に大いに寄与する。

【００２５】しかも、本発明によれば、ゲート電極下の
半導体基板（動作層）の表面にあらかじめ保護膜を形成
することができ、一層信頼性の高い半導体装置をうるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である半導体装置の製法の工
程断面図である。

【図２】従来のＴ字形ゲート形成方法の工程断面図であ
る。

【図３】（ａ）は従来のＴ字形ゲートの段切れを説明す
る図で、（ｂ）は段切れ防止のため仮ゲートの上部を幅
広に形成する例の説明図である。

【符号の説明】

１半導体基板８ゲート電極８ａゲート電極の脚部８ｂゲート電極の頂部 10 反転用レジスト膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）半導体基板の表面にゲート電極の
細い脚部を設け、（ｂ）前記半導体基板の表面全体にわたって画像反転フ
ォトリソグラフィ用レジスト膜を形成し、（ｃ）該レジスト膜をエッチングして前記脚部の上部を
露出させ、（ｄ）脚部の上部の露出した部分および脚部周囲の前記
レジスト膜上にゲート電極の太い頂部を形成し、（ｅ）ついで、前記レジスト膜を除去して断面がＴ字形
のゲート電極を形成せしめることを特徴とする半導体装
置の製法。
【請求項２】（ａ′）半導体基板の表面にゲート電極
の細い脚部を形成し、ついでその表面に保護膜を設け、（ｂ′）該保護膜の表面全体にわたって画像反転フォト
リソグラフィ用レジスト膜を設け、（ｃ′）該レジスト膜をエッチングして前記脚部の上部
を露出させ、該露出した脚部の上部に設けられた保護膜
を除去し、（ｄ′）脚部の上部の露出した部分および脚部周囲のレ
ジスト膜上にゲート電極の太い頂部を形成し、（ｅ′）ついで、レジスト膜を除去して断面がＴ字形の
ゲート電極を形成せしめることを特徴とする半導体装置
の製法。