JPH07114193B2 - Method of forming fine pattern - Google Patents

Method of forming fine pattern

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JPH07114193B2
JPH07114193B2 JP61184644A JP18464486A JPH07114193B2 JP H07114193 B2 JPH07114193 B2 JP H07114193B2 JP 61184644 A JP61184644 A JP 61184644A JP 18464486 A JP18464486 A JP 18464486A JP H07114193 B2 JPH07114193 B2 JP H07114193B2
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metal film
opening
photoresist
etching
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 層間絶縁膜に設けるコンタクトホール等の微細パターン
の形成方法であって、アルゴン(Ar)ガスを用いたイオ
ンミリング法で層間絶縁膜に微細パターンを形成する際
に、この層間絶縁膜上にエッチング速度の遅い第1の金
属被膜と、エッチング速度の速い第2の金属被膜を真空
蒸着法、或いはスパッタ法で形成後、開口部を有するホ
トレジスト膜を形成し、このホトレジスト膜をマスクと
して、その下の第2の金属被膜をイオンミリングして、
このエッチングされた金属被膜をマスクとして更にその
下の第2の金属被膜、および絶縁膜を反応性ドライエッ
チングする。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Outline] A method of forming a fine pattern such as a contact hole provided in an interlayer insulating film, which is used for forming a fine pattern in the interlayer insulating film by an ion milling method using argon (Ar) gas. Then, a first metal film having a low etching rate and a second metal film having a high etching rate are formed on the interlayer insulating film by a vacuum deposition method or a sputtering method, and then a photoresist film having an opening is formed, Using this photoresist film as a mask, the second metal film underneath is ion-milled,
Using the etched metal film as a mask, the second metal film and the insulating film thereunder are subjected to reactive dry etching.

そして第2の金属被膜の厚さを制御することで、絶縁膜
に開口される微細パターンの開口部の寸法を制御するよ
うにする。
By controlling the thickness of the second metal film, the size of the opening of the fine pattern opened in the insulating film is controlled.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は半導体装置の製造に於ける微細パターンの形成
方法に関する。
The present invention relates to a method of forming a fine pattern in manufacturing a semiconductor device.

半導体装置の製造に於いては、基板上に形成した層間絶
縁膜に設けられるコンタクトホールや、或いは微細な寸
法のゲート電極等、微細な寸法のパターンが、形成され
る半導体装置の高集積化、高速化等の要求を満足するた
めに要望される。
In the manufacture of a semiconductor device, a contact hole provided in an interlayer insulating film formed on a substrate, or a gate electrode having a fine size, a pattern having a fine size, a highly integrated semiconductor device formed, It is required to satisfy the demands for speeding up.

特に衛星通信用として用いられるガリウム砒素(GaAs)
等の化合物半導体基板を用いた低雑音用の電界効果型ト
ランジスタは、高周波動作領域に於いて利得が高く低雑
音のものが望まれ、そのためその装置の遮断周波数の高
いものが要求される。
Gallium arsenide (GaAs) used especially for satellite communication
A field effect transistor for low noise using a compound semiconductor substrate such as is desired to have a high gain and a low noise in a high frequency operation region, and therefore a device having a high cutoff frequency is required.

このような電界効果型トランジスタの遮断周波数は、半
導体装置内を走行するキャリアの移動度に比例し、装置
のチャネル長さの二乗に反比例する。
The cutoff frequency of such a field effect transistor is proportional to the mobility of carriers traveling in the semiconductor device and inversely proportional to the square of the channel length of the device.

そのため、半導体材料のなかで電子移動度の大きいGaAs
の結晶を用い、またチャネル長さ即ちゲート長の長さが
0.5μm以下のものが要求されている。
Therefore, GaAs, which has a high electron mobility, is one of the semiconductor materials.
, And the channel length, that is, the gate length,
Those of 0.5 μm or less are required.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

GaAsを基板として用いて、このような微細なパターンの
ゲート電極を有する電界効果型トランジスタの従来の製
造方法について、第7図(a)より第7図(h)迄を用
いて説明する。
A conventional method of manufacturing a field effect transistor having such a gate electrode having a fine pattern using GaAs as a substrate will be described with reference to FIGS. 7 (a) to 7 (h).

まず第7図(a)に示すように、予め半絶縁性のGaAs基
板上にエピタキシャル層を成長した基板1のゲート電極
形成予定領域上に、所定パターンのホトレジスト膜2
を、ホトリソグラフィ法を用いて形成する。
First, as shown in FIG. 7 (a), a photoresist film 2 having a predetermined pattern is formed on a region where a gate electrode is to be formed on a substrate 1 in which an epitaxial layer has been grown on a semi-insulating GaAs substrate in advance.
Are formed by using the photolithography method.

次いで第7図(b)に示すように、他の素子との影響を
避けるために、該ホトレジスト膜2をマスクとして基板
1をメサ型にエッチング形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, the substrate 1 is etched into a mesa shape by using the photoresist film 2 as a mask in order to avoid influence on other elements.

更に第7図(c)に示すように、前記したホトレジスト
膜2を除去後、新たにソース、ドレイン電極形成予定領
域以外の領域にホトレジスト膜3A,3B,3Cをホトリソグラ
フィ法を用いて形成する。
Further, as shown in FIG. 7C, after removing the photoresist film 2 described above, photoresist films 3A, 3B, 3C are newly formed in regions other than the regions where the source and drain electrodes are to be formed by photolithography. .

更に第7図(d)に示すように、後の工程で形成される
ソース電極用、およびドレイン電極用の金−ゲルマニウ
ム/金合金よりなる金属膜4を蒸着により該基板1上に
被着形成する。
Further, as shown in FIG. 7 (d), a metal film 4 made of a gold-germanium / gold alloy for a source electrode and a drain electrode, which will be formed in a later step, is deposited on the substrate 1 by vapor deposition. To do.

更に第7図(e)に示すように、前記したホトレジスト
膜3A,3B,3Cを除去するとともにその上の金属膜をも除去
するいわゆるリフトオフ法でソース電極5、およびドレ
イン電極6を形成する。
Further, as shown in FIG. 7 (e), the source electrode 5 and the drain electrode 6 are formed by a so-called lift-off method in which the photoresist films 3A, 3B, 3C described above are removed and the metal film thereon is also removed.

次いで第7図(f)に示すように、該基板上に再びホト
レジスト膜7を形成し、電子ビーム露光法、或いはイオ
ンビーム露光法を用いてゲート電極形成予定領域上を所
定パターンに開口し、開口部8を形成する。
Next, as shown in FIG. 7 (f), a photoresist film 7 is formed again on the substrate, and an electron beam exposure method or an ion beam exposure method is used to open a gate electrode formation planned region in a predetermined pattern. The opening 8 is formed.

次いで第7図(g)に示すように、ゲート電極用の金−
アルミニウム合金よりなる金属膜9を蒸着により基板上
に被着形成する。
Then, as shown in FIG. 7 (g), gold for the gate electrode
A metal film 9 made of an aluminum alloy is deposited on the substrate by vapor deposition.

更に第7図(h)に示すように、前記したホトレジスト
膜7を除去するとともに、その上の金属膜9をも除去
し、ゲート電極10を基板上に形成していた。
Further, as shown in FIG. 7H, the gate electrode 10 was formed on the substrate by removing the photoresist film 7 and the metal film 9 thereon.

ところでこのような第7図(f)に示した、ホトレジス
ト膜7を電子ビーム露光法、或いはイオンビーム露光法
で露光すると、露光に要する時間が長時間必要となり、
工程が長く掛かりすぎ、コスト高となる欠点がある。
By the way, when the photoresist film 7 shown in FIG. 7 (f) is exposed by the electron beam exposure method or the ion beam exposure method, a long time is required for the exposure,
It has a drawback that the process is too long and the cost is high.

そこで遠紫外線露光法を用いて、ゲート長さが0.25μm
のパターンが得られる従来の方法を示す。
Therefore, using the deep ultraviolet exposure method, the gate length is 0.25 μm.
A conventional method for obtaining the pattern is shown.

まず第8図(a)に示すようにGaAs基板11上に、第1の
二酸化シリコン(SiO2)膜12を化学的気相成長(CVD)
法を用いて形成する。
First, as shown in FIG. 8A, a first silicon dioxide (SiO 2 ) film 12 is formed on a GaAs substrate 11 by chemical vapor deposition (CVD).
It is formed using the method.

次いで第8図(b)に示すように、該基板上にホトレジ
スト膜13を形成後、ホトリソグラフィ法を用いてゲート
電極形成予定領域上に0.5μm幅の第1の開口部14を形
成する。
Next, as shown in FIG. 8B, after forming a photoresist film 13 on the substrate, a first opening 14 having a width of 0.5 μm is formed on the gate electrode formation planned region by using a photolithography method.

次いで第8図(c)に示すように、ホトレジスト膜13を
マスクとして下部のSiO2膜12を、四弗化炭素ガス(C
F4)を反応ガスとして用いたリアクティブイオンエッチ
ング(RIE)法を用いてエッチングする。
Next, as shown in FIG. 8 (c), the lower SiO 2 film 12 is covered with carbon tetrafluoride gas (C) by using the photoresist film 13 as a mask.
Etching is performed using the reactive ion etching (RIE) method using F 4 ) as a reaction gas.

次いで第8図(d)に示すように、前記したホトレジス
ト膜13を除去した後、第2のSiO2膜14を、第1のSiO2
12上にCVD法により再度被着形成する。
Then, as shown in FIG. 8D, after the photoresist film 13 is removed, the second SiO 2 film 14 is replaced with the first SiO 2 film.
Re-deposit and form on 12 by CVD method.

次いで第8図(e)に示すように、第2のSiO2膜12Aを
エッチングし、第1のSiO2膜12に前記した第1の開口部
14より幅の狭い0.25μmの寸法を有する第2の開口部15
を形成する。
Then, as shown in FIG. 8 (e), the second SiO 2 film 12A is etched to form the above-mentioned first opening portion in the first SiO 2 film 12.
Second opening 15 narrower than 14 and having a dimension of 0.25 μm
To form.

このようにして第1の開口部14を形成した第1のSiO2
12を形成した後、更に第2の開口部15を形成した第2の
SiO2膜12Aを形成し、この第2の開口部15を有する第2
のSiO2膜12Aをマスクを用いないでエッチングすること
で、第2のSiO2膜12Aに形成される開口部が微細に形成
される。
The first SiO 2 film having the first opening 14 thus formed
After forming 12 the second opening 15 is further formed
A second SiO 2 film 12A is formed and has this second opening 15.
By etching the SiO 2 film 12A without using a mask, fine openings are formed in the second SiO 2 film 12A.

次いで第8図(f)に示すように、0.25μmの微細な寸
法に形成された開口部15を有する第1と第2のSiO2膜1
2,12A上にゲート電極形成用の金属膜16を蒸着により形
成する。
Next, as shown in FIG. 8 (f), the first and second SiO 2 films 1 having openings 15 formed with fine dimensions of 0.25 μm.
A metal film 16 for forming a gate electrode is formed on 2, 12A by vapor deposition.

更に第8図(g)に示すように、金属膜16上に所定パタ
ーンのホトレジスト膜17を形成する。
Further, as shown in FIG. 8G, a photoresist film 17 having a predetermined pattern is formed on the metal film 16.

次いで第8図(h)に示すように、該ホトレジスト膜17
をマスクとして四塩化炭素(CCl4)ガスを反応ガスとし
て用いたドライエッチング法で、或いはArガスを用いた
イオンミリング法で金属膜16を所定のパターンにエッチ
ングした後、その上のホトレジスト膜17を除去して微細
パターンの上部がT字型状に広がったゲート電極18を形
成している。
Then, as shown in FIG. 8 (h), the photoresist film 17
After the metal film 16 is etched into a predetermined pattern by a dry etching method using carbon tetrachloride (CCl 4 ) gas as a reaction gas with using as a mask, or an ion milling method using Ar gas, a photoresist film 17 on the metal film 16 is etched. Is removed to form a gate electrode 18 in which the upper portion of the fine pattern spreads in a T shape.

このようにすればゲート電極18の幅の寸法lが、0.25μ
mの微細なパターンのゲート電極が得られる。
By doing so, the width dimension l of the gate electrode 18 becomes 0.25 μm.
A gate electrode having a fine pattern of m can be obtained.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

然し、上記したイオンビーム露光法、電子ビーム露光法
を用いた方法では、露光に時間が掛り過ぎ、作業効率が
悪い欠点がある。
However, the methods using the ion beam exposure method and the electron beam exposure method described above have the drawback that the exposure takes too much time and the working efficiency is poor.

また遠紫外線露光法を用いて、上記した絶縁膜を2回形
成して、開口部を形成する方法では、第8図(b)のホ
トレジスト膜13をマスクとして第1のSiO2膜12をエッチ
ングする工程、および第8図(d)に示す第2のSiO2
12Aをエッチングする工程に於いて、GaAs基板11がゲー
ト部のみ、2回エッチングされることになり、この部分
はAlGaAsのエピタキシャル層がヘテロ構造に形成されい
る領域で、このエッチングによって形成される半導体装
置のゲート電圧の閾値が設計値よりずれる問題が生じ
る。
In the method of forming the above-mentioned insulating film twice by using the far-ultraviolet exposure method to form the opening, the first SiO 2 film 12 is etched by using the photoresist film 13 of FIG. 8B as a mask. And the second SiO 2 film shown in FIG. 8 (d)
In the process of etching 12A, only the gate portion of the GaAs substrate 11 is etched twice. This portion is a region where the epitaxial layer of AlGaAs is formed in the hetero structure, and the semiconductor formed by this etching. There is a problem that the threshold value of the gate voltage of the device deviates from the designed value.

そこで、このホトレジスト膜13をマスクとしてその下の
SiO2膜をドライエッチングする際、このドライエッチン
グの装置の電極と基板間に低電圧を印加し、基板表面が
エッチングする際に損傷を受けないようにした。
Therefore, using this photoresist film 13 as a mask,
When the SiO 2 film was dry-etched, a low voltage was applied between the electrode of this dry-etching device and the substrate so that the surface of the substrate was not damaged during etching.

然し、この方法であるとエッチングに長時間を必要と
し、そのためホトレジスト膜のか開口部が拡がり過ぎて
所望のパターンに精度良くSiO2膜の開口部が形成されな
い。
However, this method requires a long time for etching, so that the opening of the photoresist film is too wide and the opening of the SiO 2 film cannot be accurately formed in a desired pattern.

そのため、ドライエッチング装置の電極と基板間に高電
圧を印加して短時間でSiO2膜をエッチングし、しかる
後、エッチングにより損傷を受けた基板表面を熱処理す
る方法も採られたが、このような方法では、ヘテロ構造
に形成されているAlGaAsの二次元電子ガス層が損傷を受
けることになり好ましくない。
Therefore, a method of applying a high voltage between the electrode of the dry etching apparatus and the substrate to etch the SiO 2 film in a short time, and then heat treating the substrate surface damaged by the etching has been adopted. However, this method is not preferable because the two-dimensional electron gas layer of AlGaAs formed in the heterostructure is damaged.

本発明は上記した欠点を除去し、エッチング回数が一回
で済み、かつドライエッチング装置の基板と電極間に低
電圧を印加して長時間エッチングした場合でも、レジス
トパターンの開口部が広がらず微細なパターンが形成で
きるようにした微細パターンの形成方法を提供するもの
である。
The present invention eliminates the above-mentioned drawbacks and requires only one etching, and even when a low voltage is applied between the substrate and the electrode of the dry etching apparatus for a long time etching, the opening of the resist pattern does not widen and is fine. The present invention provides a method for forming a fine pattern that enables formation of various patterns.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の微細パターンの形成方法は、第1図の原理図に
示すように、基板21上に形成した層間絶縁膜22上にArミ
リングによるエッチング速度の遅い第1の金属膜23と、
エッチング速度の速い第2の金属膜24を積層形成した
後、開口部25を有するホトレジスト膜26を積層形成し、
前記開口部25を有するホトレジスト膜26をマスクとして
下部の第2の金属膜24をエッチングし、前記第2の金属
膜24の厚さを制御することで、前記層間絶縁膜22および
第1の金属膜23に開口される孔の寸法を制御するように
する。
As shown in the principle diagram of FIG. 1, the method of forming a fine pattern of the present invention comprises: a first metal film 23 having a low etching rate by Ar milling on an interlayer insulating film 22 formed on a substrate 21;
After laminating the second metal film 24 having a high etching rate, laminating a photoresist film 26 having an opening 25,
By etching the lower second metal film 24 using the photoresist film 26 having the opening 25 as a mask to control the thickness of the second metal film 24, the interlayer insulating film 22 and the first metal film 24 are formed. The size of the holes opened in the membrane 23 should be controlled.

〔作用〕[Action]

本発明では層間絶縁膜上にアルゴンイオンビームエッチ
ング速度の遅いチタンより成る第1の金属膜とエッチン
グ速度の速い金よりなる第2の金属膜を積層し、その上
に開口部を有するホトレジスト膜を形成する。該ホトレ
ジスト膜をマスクとして上部よりアルゴンイオンビーム
を照射すると第2の金属膜がエッチングされ、そのエッ
チング生成物がホトレジスト膜の開口部の側壁及び第2
の金属膜の側壁に付着する。
According to the present invention, a first metal film made of titanium having a slow argon ion beam etching rate and a second metal film made of gold having a high etching rate are stacked on the interlayer insulating film, and a photoresist film having an opening is formed thereon. Form. When the argon ion beam is irradiated from above with the photoresist film as a mask, the second metal film is etched, and the etching product is formed on the side wall of the opening of the photoresist film and the second metal film.
Adhere to the side wall of the metal film.

この理由は、開口部の側壁部は開口部の中央部よりビー
ムの照射が充分でないので、エッチング生成物が残留し
て、このエッチング生成物が残留したホトレジスト膜を
マスクとしてエッチングすると第2の金属膜がテーパー
状にエッチングされる。
The reason for this is that the side wall of the opening is not sufficiently irradiated with the beam from the center of the opening, so that etching products remain, and if etching is performed using the photoresist film on which the etching products remain as a mask, the second metal is removed. The film is etched in a taper shape.

そして前記ホトレジスト膜とテーパエッチングされた第
2の金属膜をマスクとして第1の金属膜と層間絶縁膜を
順次アルゴンガスのイオンビームエッチングする。
Then, the first metal film and the interlayer insulating film are sequentially subjected to ion beam etching with argon gas using the photoresist film and the taper-etched second metal film as a mask.

すると、基板表面が損傷されないように、エッチング装
置の電極と基板間に印加される電圧を低電圧として、長
時間かけてエッチングした場合でも基板が損傷されず、
ホトレジスト膜の開口部の寸法より狭い寸法の開口部が
層間絶縁膜に形成され、微細パターンが確実に得られ
る。
Then, in order to prevent the substrate surface from being damaged, the voltage applied between the electrode of the etching apparatus and the substrate is set to a low voltage, and the substrate is not damaged even when the etching is performed for a long time.
An opening having a size smaller than the size of the opening of the photoresist film is formed in the interlayer insulating film, and a fine pattern can be surely obtained.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例につき図面を用いて詳細に説明
する。
An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第2図に示すように、AlGaAsエピタキシャル層を形成し
たGaAs基板31上に、層間絶縁膜として厚さが3000ÅのSi
O2膜32をCVD法により形成する。
As shown in FIG. 2, a 3,000 Å-thick Si layer is formed as an interlayer insulating film on the GaAs substrate 31 on which the AlGaAs epitaxial layer is formed.
The O 2 film 32 is formed by the CVD method.

次いで第1の金属膜としてのチタン(Ti)膜33を蒸着に
より500Åの厚さに形成する。
Next, a titanium (Ti) film 33 as a first metal film is formed by vapor deposition to have a thickness of 500Å.

次いでその上にArガスを用いたイオンミリングによるエ
ッチング速度が第1の金属膜より速い第2の金属膜とし
て、金(Au)膜34を4000Åの厚さに蒸着により形成す
る。
Then, a gold (Au) film 34 having a thickness of 4000 Å is formed thereon by vapor deposition as a second metal film having an etching rate higher than that of the first metal film by ion milling using Ar gas.

更にその上にホトレジスト膜35を6000Åの厚さに塗布形
成した後、0.5μmの寸法の開口部36をホトリソグラフ
ィ法を用いて形成する。
Further, a photoresist film 35 is applied and formed thereon to a thickness of 6000Å, and then an opening 36 having a size of 0.5 μm is formed by using a photolithography method.

ここでArガスを用いてイオンエッチングされるエッチン
グ速度は、第1の金属膜3は150Å/分の速度であり、
第2の金属膜34は500Å/分の速度で、第1の金属膜の
エッチング速度をrAとし、第2の金属膜のエッチング速
度をrBとすると第(1)式の関係が成り立つ。
Here, the etching rate of the ion etching using Ar gas is 150 Å / min for the first metal film 3,
When the second metal film 34 has a rate of 500 Å / min, the etching rate of the first metal film is rA, and the etching rate of the second metal film is rB, the equation (1) holds.

rA<<rB ……(1) 第3図はその第2の金属膜34のエッチング量、ホトレジ
スト膜35の開口部36の寸法、第2の金属膜34の底部に形
成され、更に絶縁膜32に形成されるパターンとの関係図
である。
rA << rB (1) FIG. 3 shows the etching amount of the second metal film 34, the size of the opening 36 of the photoresist film 35, the bottom of the second metal film 34, and the insulating film 32. It is a relationship diagram with the pattern formed in.

第2図に示すように、このように開口部36を有するホト
レジスト膜35をマスクとしてArガスを用いてイオンミリ
ングすると、そのエッチングされた金属イオンが開口部
36を側壁に再付着し、それによって金属膜34のエッチン
グされる寸法d1は金属膜34がエッチングされるにつれて
第3図の曲線41のように小さくなる。
As shown in FIG. 2, when the ion milling is performed using Ar gas with the photoresist film 35 having the opening 36 as a mask, the etched metal ions are exposed to the opening.
Redeposition 36 on the sidewalls, whereby the etched dimension d 1 of the metal film 34 decreases as the metal film 34 is etched, as shown by curve 41 in FIG.

この第3図の縦軸42は前記した寸法d1、およびホトレジ
スト膜の開口部36の寸法d0のような距離、或いは長さの
寸法を示し、横軸43は金属膜34のエッチング量(t)を
示し、縦軸44は金属膜34がエッチングされるテーパー角
度θを示している。
The vertical axis 42 in FIG. 3 represents the distance or length dimension such as the dimension d 1 and the dimension d 0 of the opening 36 of the photoresist film, and the horizontal axis 43 represents the etching amount of the metal film 34 ( t), and the vertical axis 44 indicates the taper angle θ at which the metal film 34 is etched.

そして曲線45は、第2図に示すホトレジスト膜35の開口
部36の開口部寸法d0がエッチングとともに拡がる状態を
示し、曲線46はホトレジスト膜35の厚さt1がエッチング
時間とともに薄くなる状態を示している。
A curve 45 shows a state in which the opening size d 0 of the opening 36 of the photoresist film 35 shown in FIG. 2 expands with etching, and a curve 46 shows a state in which the thickness t 1 of the photoresist film 35 decreases with the etching time. Shows.

また曲線47はエッチング時間と共にホトレジスト膜35の
開口部36に於けるテーパー角度が低下する状態を示して
いる。
A curve 47 shows a state in which the taper angle in the opening 36 of the photoresist film 35 decreases with the etching time.

ここでd1の寸法(即ち、後の工程で形成するゲート電極
のゲート長の寸法Lgに対応する)が、0.3μmのパター
ンを得ようとすれば、曲線41より金属膜34の厚さは3500
Åの厚さが必要で、d1即ちゲート電極の寸法Lgが0.25μ
mのパターンを得ようとすれば、曲線41より金属膜34の
厚さは4200Åの厚さが必要で、またこのような金属膜34
の厚さを決定すれば、それによってd1の寸法、即ちゲー
ト電極の寸法Lgが定まるようになる。
Here, if the dimension of d 1 (that is, corresponding to the dimension Lg of the gate length of the gate electrode to be formed in a later step) is 0.3 μm, the thickness of the metal film 34 can be calculated from the curve 41. 3500
Å thickness is required, and d 1 or gate electrode dimension Lg is 0.25μ
In order to obtain a pattern of m, the metal film 34 needs to have a thickness of 4200Å from the curve 41.
If the thickness of the gate electrode is determined, the dimension of d 1 , that is, the dimension Lg of the gate electrode can be determined accordingly.

ここで金属膜34の厚さが4200Åで、Lgの寸法が0.25μm
のものを形成する場合の電子顕微鏡写真を第4図に示
す。
Here, the thickness of the metal film 34 is 4200Å and the dimension of Lg is 0.25 μm.
Fig. 4 shows an electron micrograph of the case of forming the above.

図で31はGaAsの基板で、32はSiO2膜より成る絶縁膜、33
はTiよりなる第1の金属被膜、34はAuよりなる第2の金
属膜、35はレジスト膜で、ゲート長の寸法Lgは0.25μm
となる。
In the figure, 31 is a GaAs substrate, 32 is an insulating film made of a SiO 2 film, 33
Is a first metal film made of Ti, 34 is a second metal film made of Au, 35 is a resist film, and the gate length dimension Lg is 0.25 μm.
Becomes

更に前記したSiO2膜よりなる絶縁膜32をエッチングした
状態の電子顕微鏡写真を第5図に示す。
Further, FIG. 5 shows an electron micrograph showing a state in which the insulating film 32 made of the SiO 2 film is etched.

図示するようにLgの寸法は0.35μmに迄広がっている
が、0.5μm以下の寸法であるので充分実用になる。
As shown in the figure, the size of Lg has spread to 0.35 μm, but since it is 0.5 μm or less, it is fully practical.

このような本発明の方法を、GaAsを基板に用いた電界効
果型FETに実際に適用した場合に付いて述べる。
Such a method of the present invention will be described when it is actually applied to a field effect FET using GaAs as a substrate.

まず第6図(a)に示すように、GaAsの基板31上に厚さ
3000ÅのSiO2膜32を形成し、その上に厚さ500ÅのTi膜3
3および厚さ4000ÅのAu膜34を形成後、その上に0.5μm
の開口部36を有するホトレジスト膜35を形成する。
First, as shown in FIG. 6 (a), the thickness is set on the GaAs substrate 31.
A 3000 Å SiO 2 film 32 is formed, on which a 500 Å thick Ti film 3 is formed.
3 and 4000 Å thick Au film 34 is formed and then 0.5 μm
A photoresist film 35 having an opening 36 is formed.

次いで第6図(b)に示すように、前記レジスト膜35を
マスクとして用いてその下のAu膜34、およびTi膜33をAr
ガスを反応ガスとして用いたイオンミリング法によりエ
ッチングする。この場合に於いて前記した如く、レジス
ト膜33の開口部36の側壁、およびAu膜34の開口された側
壁にArイオンでミリングされた金属イオンが付着し、そ
の開口部36が底部になる程、開口部の寸法lを狭めるよ
うにする。
Then, as shown in FIG. 6 (b), the resist film 35 is used as a mask and the Au film 34 and the Ti film 33 thereunder are replaced with Ar.
Etching is performed by an ion milling method using a gas as a reaction gas. In this case, as described above, metal ions milled by Ar ions adhere to the side walls of the opening 36 of the resist film 33 and the side walls of the Au film 34, and the opening 36 becomes the bottom. , The dimension l of the opening is narrowed.

このArガスによるイオンミリング法ではTi膜は殆ど侵さ
れない。
The Ti film is hardly attacked by the ion milling method using Ar gas.

次いで第6図(c)に示すように、このようにエッチン
グされたAu膜34をマスクとしてAu膜は侵さないが、Ti膜
は侵すCF4ガスと酸素ガスとの混合ガスを用いて、その
下のTi膜33およびその下のSiO2膜をエッチングする。
Then, as shown in FIG. 6C, the Au film is not attacked by using the Au film 34 thus etched as a mask, but the Ti film is attacked by using a mixed gas of CF 4 gas and oxygen gas. The lower Ti film 33 and the lower SiO 2 film are etched.

すると狭まった開口部を有するAu膜34をマスクとするよ
うな形で、微細な寸法の開口部を有する状態でSiO2膜32
がエッチングされる。
Then, the Au film 34 having the narrowed opening is used as a mask, and the SiO 2 film 32 is formed with the finely-sized opening.
Are etched.

次いで第6図(d)に示すように、GaAs基板は侵さない
が、Au膜34、およびTi膜33がエッチングされる弗化水素
酸を主体とせるエッチング液を用いてAu膜34とTi膜33を
エッチングする。
Then, as shown in FIG. 6 (d), the Au film 34 and the Ti film are not etched, but the Au film 34 and the Ti film 33 are etched by using an etching solution mainly containing hydrofluoric acid for etching the Au film 34 and the Ti film 33. Etch 33.

次いで第6図(e)に示すようにゲート電極用の金−白
金−チタン合金の金属膜51を蒸着、或いはスパッタ法に
より被着形成する。
Then, as shown in FIG. 6 (e), a metal film 51 of gold-platinum-titanium alloy for the gate electrode is formed by vapor deposition or sputtering.

次いで第6図(f)に示すように、該金属膜51上に所定
パターンのホトレジスト膜52をホトリソグラフィ法を用
いて形成する。
Next, as shown in FIG. 6F, a photoresist film 52 having a predetermined pattern is formed on the metal film 51 by using a photolithography method.

次いで第6図(g)に示すように、該レジスト膜52をマ
スクとして用いてArガスを用いたイオンミリング法によ
り金属膜51を所定パターンにエッチングしてゲート電極
を形成する。
Next, as shown in FIG. 6G, the metal film 51 is etched into a predetermined pattern by ion milling using Ar gas using the resist film 52 as a mask to form a gate electrode.

その後、SiO2膜32を除去してT字型状のゲート電極を形
成しし、基板上にショットキー接合させてゲート電極と
する。
After that, the SiO 2 film 32 is removed to form a T-shaped gate electrode, and the Schottky junction is performed on the substrate to form the gate electrode.

このようにすれば、ゲート長Lgが、0.1μmの半導体装
置が容易に高精度に得られる。
By doing so, a semiconductor device having a gate length Lg of 0.1 μm can be easily obtained with high accuracy.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上述べたように、本発明の方法によれば、金属膜の厚
さによって形成されるゲート電極の幅の寸法が制御でき
る。またエッチング回数が従来の2回より1回に低減で
き基板が損傷を受けることが少なくなる。
As described above, according to the method of the present invention, the width dimension of the gate electrode formed by the thickness of the metal film can be controlled. Further, the number of etchings can be reduced to once compared with the conventional two times, and the substrate is less likely to be damaged.

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

第1図は本発明の方法を示す原理図、 第2図は本発明の方法の説明図、 第3図は本発明の方法で形成した金属膜と絶縁膜のパタ
ーン寸法との関係図、 第4図および第5図は本発明の方法で形成した絶縁膜の
パターンを含む半導体基板の結晶構造を示す電子顕微鏡
写真。 第6図(a)より第6図(g)迄は、本発明の方法を用
いて電界効果型トランジスタを形成する場合の工程を示
す断面図、 第7図(a)より第7図(h)迄は、従来の方法を工程
順に示す断面図、 第8図(a)より第8図(h)迄は、従来の方法を工程
純に示す断面図である。 図に於いて、 21は基板、22は層間絶縁膜、23は第1の金属膜、24は第
2の金属膜、25,36は開口部、26,35はホトレジスト膜、
31はGaAs基板、32はSiO2膜、33はTi膜、34はAu膜、35,5
2はホトレジスト膜、41はエッチング量とゲート長との
関係曲線、42,44は縦軸、43はエッチング量を示す横
軸、45は開口部とエッチング量との関係曲線、46はレジ
スト膜の厚さとエッチング量との関係曲線、47はテーパ
角度とエッチング量との関係曲線、51は金属膜、d1,l′
は金属膜の開口部の寸法、d0はホトレジスト膜の開口寸
法、tは金属膜のエッチング寸法、t1はホトレジスト膜
の厚さの寸法、θは金属膜のテーパ角度、Lgはゲート長
を示す。
FIG. 1 is a principle diagram showing the method of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of the method of the present invention, FIG. 3 is a relational diagram between a metal film formed by the method of the present invention and a pattern dimension of an insulating film, 4 and 5 are electron micrographs showing the crystal structure of the semiconductor substrate including the pattern of the insulating film formed by the method of the present invention. 6 (a) to 6 (g) are sectional views showing steps of forming a field effect transistor using the method of the present invention, and FIGS. 7 (a) to 7 (h). 8A to 8H are sectional views showing the conventional method in pure steps. In the figure, 21 is a substrate, 22 is an interlayer insulating film, 23 is a first metal film, 24 is a second metal film, 25 and 36 are openings, 26 and 35 are photoresist films,
31 is a GaAs substrate, 32 is a SiO 2 film, 33 is a Ti film, 34 is an Au film, 35, 5
2 is a photoresist film, 41 is a relational curve between the etching amount and the gate length, 42 and 44 are vertical axes, 43 is a horizontal axis indicating the etching amount, 45 is a relational curve between the opening and the etching amount, and 46 is a resist film. Relationship curve between thickness and etching amount, 47 relationship curve between taper angle and etching amount, 51 metal film, d 1 , l ′
Is the opening size of the metal film, d 0 is the opening size of the photoresist film, t is the etching size of the metal film, t 1 is the thickness of the photoresist film, θ is the taper angle of the metal film, and Lg is the gate length. Show.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】基板上に形成した層間絶縁膜上に、アルゴ
ンイオンビームエッチングによるエッチング速度の遅い
第1の金属膜と、エッチング速度の速い第2の金属膜を
順次積層形成した後、該第2の金属膜上に開口部を有す
るホトレジスト膜を積層形成し、該開口部を有するホト
レジスト膜をマスクとして該第2の金属膜の被エッチン
グ生成物を、該ホトレジスト膜の開口部の側壁及び該第
2の金属膜の開口部の側壁に再付着させながら該第2の
金属膜をテーパ状にエッチングし、該ホトレジスト膜、
第2の金属膜をマスクとして第1の金属膜と層間絶縁膜
をエッチングすることを特徴とする微細パターンの形成
方法。
1. A first metal film having a slow etching rate by argon ion beam etching and a second metal film having a fast etching rate are sequentially laminated on an interlayer insulating film formed on a substrate, and then the first metal film is formed. A photoresist film having an opening is laminated on the second metal film, and the product to be etched of the second metal film is formed on the sidewall of the opening of the photoresist film and the photoresist film having the opening by using the photoresist film having the opening as a mask. The second metal film is etched in a taper shape while being reattached to the side wall of the opening of the second metal film, and the photoresist film,
A method for forming a fine pattern, which comprises etching the first metal film and the interlayer insulating film using the second metal film as a mask.
【請求項2】半導体基板上に形成した層間絶縁膜上に、
イオンビームエッチングによるエッチング速度の遅い第
1の金属膜と、エッチング速度の速い第2の金属膜を順
次積層形成した後、開口部を有するホトレジスト膜を積
層形成し、該開口部を有するホトレジスト膜をマスクと
して該第2の金属膜の被エッチング生成物を、該ホトレ
ジスト膜の開口部の側壁及び該第2の金属膜の開口部の
側壁に再付着させながら第2の金属膜をテーパ状にエッ
チングし、該ホトレジスト膜、第2の金属膜をマスクと
して第1の金属膜と層間絶縁膜をエッチングし、次いで
第2の金属膜と第1の金属膜を除去後、該基板上にゲー
ト電極形成用金属膜を被着し、該金属膜を所定のパター
ンに形成することを特徴とする微細パターンの形成方
法。
2. An interlayer insulating film formed on a semiconductor substrate,
After sequentially laminating a first metal film having a low etching rate by ion beam etching and a second metal film having a high etching rate, a photoresist film having an opening is laminated to form a photoresist film having the opening. The second metal film is etched in a taper shape while reattaching the product to be etched of the second metal film as a mask to the sidewall of the opening of the photoresist film and the sidewall of the opening of the second metal film. Then, the first metal film and the interlayer insulating film are etched by using the photoresist film and the second metal film as a mask, and then the second metal film and the first metal film are removed, and then a gate electrode is formed on the substrate. A method for forming a fine pattern, which comprises depositing a metal film for use on a substrate and forming the metal film in a predetermined pattern.
【請求項3】前記第2の金属膜の厚さを制御すること
で、前記第1の金属膜および層間絶縁膜に開口される孔
の寸法を制御することを特徴とする特許請求の範囲第
1、或いは第2項に記載の微細パターンの形成方法。
3. The size of a hole opened in the first metal film and the interlayer insulating film is controlled by controlling the thickness of the second metal film. 1. The method for forming a fine pattern as described in 1 or 2 above.
【請求項4】前記エッチング速度の遅い第1の金属膜が
チタンで、エッチング速度の速い第2の金属膜が金であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1、第2、或いは
第3項に記載の微細パターンの形成方法。
4. The first metal film having a low etching rate is titanium, and the second metal film having a high etching rate is gold. The method for forming a fine pattern according to item.
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