JPH02216836A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、半導体装置の製造方法に関し、さらに詳し
くは、化合物半導体基板１例えば、半絶縁性ＧａＡｓ基
板などを用いて構成される電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）において、信頼性が高くかつ寸法精度に優れたゲー
ト電極を形成するための方法に係るものである。

（従来の技術） この種のＧａＡｓ　ＩＧでの基板材料であるＧａＡｓ結
晶は、これをＳｉ結晶に比較するとき、耐酸性において
著しく劣ることが知られており、このためにＧａＡｓ　
ＦＥＴの製造に際し、そのゲート電極の形成には、一般
にリフトオフ法が広く採用されている。

こ工で、このリフトオフ法は、写真製版技術によるフォ
トレジストのパターン形成後、蒸着金属膜を被着させた
上で、有機溶剤を用い、不要部分の金属膜をフォトレジ
ストパターンと一緒に、リフトオフして除去することに
より、所要部分にあって、例えば、ゲート電極などの任
意の金属膜を形成し得るようにした極めて簡便な技術手
段であるが、一方、この手段においては、フォトレジス
トパターンをマスク材としているために、形成される金
属膜、つまり、　ＧａＡｓ　ＦＥＴであれば、そのゲー
ト電極の断面形状、ならびに寸法精度などの諸元が、こ
のパターニングされるフォトレジストのプロファイルに
強く依存することになるものであった。

次に、前記リフトオフ法を採用した従来の一例によるＧ
ａＡｓ　ＦＥＴにおけるゲート電極形成のための主要な
製造工程を、第２図（ａ）ないしくｄ）について述べる
。

すなわち、この従来例方法においては、まず、半絶縁性
ＧａＡｓ基板ｌの主面上にあって、イオン注入法により
、　Ｎ層２およびＮ１層３を形成させると共に、このＮ
０層３上には、オーミック電極４を選択的に形成させ（
第２図（ａ））、かつ写真製版技術によって、フォトレ
ジスト５の塗布、それに、ゲート電極形成位置に対応し
たこのフォトレジスト５での逆テーパ状をしたダミーパ
ターン（反転パターン）となるパターン開口部６の選択
的な形成を行なう（同図（ｂ））。

ついで、これらのＮ層２とＮ１層３．およびオーミック
電Ｖｊ！４の全面に、金属蒸着手段によって、金属膜７
ａを被着させるが、このとき、前記パターニングされた
フォトレジスト５がマスクとして作用し、そのパターン
開口部も内、つまり、前記ダミーパターン（反転パター
ン）を開口形成したＮ”層３上の所定位置にあって、ゲ
ート電極７を形成し得るものて（同図（Ｃ））、その後
、有機溶剤を用いて、不要部分となる金属ｗＡ７ａをフ
ォトレジスト５と一緒に、前記リフトオフ法によって除
去することにより（同図（ｄ））、所期通りにＧａＡｓ
　ＦＥＴでのゲート電極形成をなすのである。

〔発明が解決しようとする課題〕

こ＼で、前記した従来例による通常のリフトオフ法にお
いては、ゲート電極７の形成時のケバの発生などを良好
に抑制するために、第２図（ｂ）に示されているように
、フォトレジスト５でのパターン開口部６．つまり、ダ
ミーパターンとなる反転パターンのプロファイルを逆テ
ーパ状に仕上げるようにしている。

しかしながら一方で、　ＧａＡｓ　ＦＥＴのゲート電極
形成のために、このような手法を採用する場合には、形
成されるゲート電極７の断面形状が、蒸着時の金属粒子
の最大入射角度、ならびにフォトレジストパターン開口
部６のオーバーハング角度によって決定されるために、
次のような問題点を生ずる。

すなわち、まず第１に、ゲート電極形成のための金属蒸
着の際、その金属粒子の廻り込みに伴なう実質的なゲー
ト長の増加であって、この点については、この種のＧａ
Ａｓ　ＦＥＴ−の高性能化にとって致命的な欠陥となる
。また、第２には、ゲート電極が多層電極構造である場
合、最上層電極の金属粒子のＧａＡｓ表面（実際はＮ層
）へのなだれ落ちを挙げることができ、これは、ＧａＡ
ｓ　ＦＥＴの動作中に、ゲート耐圧の低下をもたらすな
ど、その（ｇ顕性の根幹に関係する重大な欠点である。

この発明は、従来のこのような問題点を解消するために
なされたもので、その目的とするところは、ゲート電極
形成の際のゲート長の寸法精度の制御を正確かつ確実に
行ない得て、信頼性確保をなし得るようにした。この種
の半導体装置の製造方法、こ＼では、ゲート電極の形成
方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために、この発明に係る半導体装置
の製造方法は、化合物半導体基板の主面上にあって、動
作層、ならびにオーミック電極を選択的に形成させ、こ
れらの全面に第１の絶Ｍ膜を被着させる工程と、前記第
１の絶縁膜上に第１のフォトレジストを塗布し、かつそ
の所定位置に逆テーパ状のパターン開口部を形成させる
工程と、前記パターン開口部の内部を低温ＣＶＤ法など
により、第２の絶縁膜で埋め込み、かつこれを平坦化し
て断面台形状をしたダミーパターンを形成させる工程と
、これらの全面に金属薄膜を被着させた上で、この金属
薄膜上に第２のフォトレジストを塗布し、かつこの第２
のフォトレジストを前記断面台形状のダミーパターン上
にのみ選択的に残すようにパターニングする工程と、前
記パターニングされた第２のフォトレジスト、金属薄膜
をマスクに、所定の照射角度を与えた指向性の強い荷電
粒子ビームにより、前記断面台形状のダミーパターンの
下半裾部な、斜め内側へ選択的に除去成形して断面六角
形状のダミーパターンとした後、そのマスクを除去する
工程と、前記オーミック電極、および断面六角形状のダ
ミーパターンを含む上部の全面に、第３のフォトレジス
トを塗布し、エッチバックしてダミーパターンを露出さ
せた上で、この断面六角形状のダミーパターンを除去し
、同一断面の反転パターン開口部を形成して、前記動作
層の所定部分を選択的に露出させる工程と、これらの全
面に蒸着金属膜を被着させ、かつこれをリフトオフして
前記露出された動作層上にゲート電極を形成する工程と
を含むことを特徴とするものである。

〔作　　　用〕

すなわち、この発明方法においては、化合物半導体基板
の主面上の所定位置に、逆テーパ状のパターン開口部を
形成させ、かつこのパターン開口部の内部を絶縁膜で埋
め込み平坦化して、断面台形状をしたダミーパターンを
形成させた後、この断面台形状のダミーパターンをフォ
トレジストのマスクで、所定の照射角度を与えた指向性
の強い荷電粒子ビームにより、その下半裾部を斜め内側
へ選択的に除去成形して、断面六角形状のダミーパター
ンとし、また、その後、この断面六角形状のダミーパタ
ーンを含んでフォトレジストを塗布しエッチバックして
ダミーパターンを露出させ、さらに、この断面六角形状
のダミーパターンを除去して、フォトレジストに断面が
反転された六角形状の反転パターン開口部を形成させて
おき、この反転パターン開口部を形成したフォトレジス
トマスクにして、金属膜の蒸着、およびリフトオフをな
し、これによってゲート電極を形成するようにしたから
、マスクとしての開口部断面が反転された六角形状の反
転パターン開口部をもつフォトレジストには、その開口
内面の上部、および下部のそれぞれに庇部が形成され、
金属膜の蒸着に際しては、上部の庇部によりゲート電極
でのケバの発生が防止され、また、下部の庇部により蒸
着時の金属粒子のなだれ蕗ちが抑制されて５ゲート長の
正確な寸法制御をなし得るのである。

〔実　施　例〕

以下、この発明に係る半導体装置の製造方法の一実施例
につき、第１図を参照して詳細に説明する。

第１図（ａ）ないしく■）はこの実施例方法を適用した
ＧａＡｓ　ＦＥＴにおけるゲート電極の形成方法の主要
な工程を順次模式的に示したそれぞれに断面図である。

すなわち、この実施例方法においては、まず、半絶縁性
ＧａＡｓ基板（第１図（ａ）　＞　１１の主面上にあっ
て、イオン注入法により、動作層となる８層１２および
Ｎ＋層１３をそれぞれに形成させると共に（同図（ｂ）
）、このＮ′″層１層上３上−ミック電極１４を選択的
に形成させ、また、これらのＮ＠１２およびＮ′″層１
３の全面に、下敷層となる薄い第１の絶縁膜１５を被着
させる（同図（Ｃ））。

ついで、前記第１の絶縁膜１５上には、写真製版技術に
より、第１のフォトレジスト１６を塗布した上で、所定
のゲート電極形成位置に対応して　逆テーパ状のパター
ン開口部１７をパターニング形成させておき（同図（ｄ
））、かつこのパターン開口部１７の内部を、例えば、
低温ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）法などにより、第２の絶縁膜で埋め込み、
かつこれを平坦化させることによって、断面台形状をし
たダミーパターン（反転パターン）１８を形成しく同図
（ｅ））、また引続き、これらの第１のフォトレジスト
１６．およびダミーパターン１８の全面に、金属薄１１
ｉｊ１９を被着形成させ、さらに、この金属薄膜１９上
にあって、同様に、写真製版技術により、第２のフォト
レジスト２０を塗布した上で（同図（ｆ））、この第２
のフォトレジスト２０を前記断面台形状をしたダミーパ
ターン（反転パターン）１８上にのみ選択的に残すよう
にしてパターニング成形させ、かつ前記金属ｆｉｔ膜！
９についても、このパターン成形された第２のフォトレ
ジスト２０をマスクにして選択的にエツチング除去する
（同図（ｇ））。

こ）で、前記金属薄膜１９の役割は、前記第１のフォト
レジスト１６と、第２のフォトレジスト２０との相互の
ミキシング（混ざり込み）を避けるためである。

次に、この実施例方法での重要なポイントであるところ
の、前記断面台形状をしたダミーパターン（反転パター
ン）＋８での下半裾部を、それぞれ斜め内側方向に選択
的に除去して所期通りの断面六角形状に成形する。そし
て、この成形のためには、定められた照射角度を有する
指向性の強い荷電粒子ビームを用い、前記パターニング
成形された第２のフォトレジスト２０．およびその下部
の金属薄膜Ｉ９をマスクにし、その荷電粒子の衝突エネ
ルギによって行なう。

つまり、この実施例方法の場合、具体的には、こ）での
前記断面台形状をしたダミーパターン（反転パターン）
１８の成形手段として、例えば。

アルゴン（＾「０）　イオンによるイオンミリングを利
用し、前記半絶縁性ＧａＡｓ基板１１に対して、そのイ
オンビーム２１の照射角度を、前記成形角度に合せて一
定に保持した状態で、前記したようにパターニング成形
された第２のフォトレジスト２０と、その下部の金属薄
膜１９との２層膜をマスクにして行なうもので、その成
形加工の途上において、前記第１のフォトレジスト１６
と、その下部第１の絶縁１１ｉ１５とは、ダミーパター
ン１８でのイオンビーム２１の照射角度外に相当するそ
れぞれの上半部に、僅かなフォトレジスト１６部分を残
すのみで、全て除去されることになり（同図（ｈ））、
その後、これらのマスクに用いた第２のフオトレジス１
−２０．および金属薄膜１９ど、残存されたフォトレジ
スト１６部分とをそれぞわに除去して、所期通りに断面
六角形状に成形されたダミーパターン（反転パターン）
２２を形成し得るのである（同図（ｉ））。

続いて、前記オーミック電極１４．および断面六角形状
をしたダミーパターン（反転パターン）２２をそれぞれ
に含む上部の全面にあって、前記と同様に、雰真製版技
術により、第３のフォトレジスト２３を塗布し、かつこ
れをエッチバックしてダミーパターン２２部分の頭出し
をなしく同図（ｊ））、ついで、弗酸系のエツチング液
により、この断面六角形状をしたダミーパターン（反転
パターン）２２と、その下部の第１の絶縁膜１５とをそ
れぞれにエツチング除去することで、この断面六角形状
をしたダミーパターン２２の反転パターン開口部２４を
開口形成して、前記Ｎ＋層１３の所定部分を選択的に露
出させ（同図（ｋ））、さらに、これらの全面にあって
、金属蒸着手段により、金属膜２５ａを被着させること
によって、その反転パターン開口部２４内。

つまり、前記断面六角形状のダミーパターン２２の反転
パターン開口部２４の開口で露出されたＮ“層１３上に
、目的とするゲート電極２５を形成し得るのであり（同
図（１））、その後、有機溶剤を用いて、不要部分とな
る金属膜２５ａを第３のフォトレジスト２３と一緒に、
こぎでも、前記したりフトオフ法によって除去するもの
で（同図（ＩＩ＋）　）、このようにして、所期通りに
ＧａＡｓ　ＦＥＴでのゲート電極形成を行なうことがで
きるのである。

なお、前記（ｋ）工程においては、説明を簡略化するた
めに、いわゆる、ドレイン電流を所望値に調整するりセ
ス構造の形成についての説明を省略した。

従って、前記した実施例方法においては、断面六角形状
をしたダミーパターン２２をエツチング除去することに
より、反転パターン開口部２４を開口形成して得た第３
のフォトレジスト２３の開口部。

つまり、目的とするゲート電極２５を形成するためのマ
スクとなる開口部断面が、反転された六角形状を呈して
、その開口内面の上部、および下部にそれぞれの庇（ひ
さし）部２３ａ、Ｊ３よび２３ｂを形成することになり
、ゲート電極２５の形成のための金属ＷＡ２５ａの蒸着
に際し、上部の庇部２３ａによっては、従来例方法の場
合と同様に、ゲート電極２５におけるケバの発生を防止
でき、下部の庇部２３ｂによっては、従来例方法の場合
では得られなかった金属粒子のなだれ落ちの抑制、ひい
ては、ゲート長の正確な寸法制御をなし得るのである。

なお、前記実施例方法においては、半絶縁性ＧａＡｓ基
板を用いた電界効果トランジスタについて述べたが、そ
の他の化合物半導体基板１例えば、半絶縁性１ｎＰ基板
を用いた電界効果トランジスタの場合にも適用でき、同
様な作用、効果を得られる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、この発明方法によれば、化合物半
導体基板の主面上の所定位置にあって、逆テーパ状のパ
ターン開口部を形成させ、かつこのパターン開口部の内
部を絶縁膜で埋め込み平坦化して、断面台形状をしたダ
ミーパターンを形成させた後、この断面台形状のダミー
パターンをフォトレジストのマスクで、所定の照射角度
を与えた指向性の強い荷電粒子ビームにより、その下半
裾部を斜め内側へ選択的に除去成形して、断面六角形状
のダミーパターンとし、また、その後、この断面六角形
状のダミーパターンを含んでフォトレジストを塗布しエ
ッチバックしてダミーパターンを露出させた上で、この
断面六角形状のダミーパターンを除去して、フォトレジ
ストに断面が反転された六角形状の反転パターン開口部
を形成させておき、この反転パターン開口部を形成した
フォトレジストをマスクに用いて、金属膜の蒸着。

およびリフトオフをなすようにし、これによって所期通
りのゲート電極を形成させるようにしだから、金属蒸着
時におけるマスクとしての、開口部断面が反転された六
角形状の反転パターン開口部をもつフォトレジストは、
その開口内面の上部。

および下部のそれぞれに庇部が形成されており、金属膜
の蒸着に際して、この上部の底部によっては、形成され
るゲート電極でのケバの発生が良好に防止され、また、
下部の庇部によっては、蒸暑時での金属粒子のなだれ落
ちが効果的に抑制されて、そのゲート長の正確な寸法制
御を行なうことができ、結果的には、寸法精度の向上に
伴なうより以上のゲート長の微細化、ひいては、高密度
集積化が可能になり、併せて、装置の信頼性を格段に向
上し得るなどの優れた特長を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）ないしくｍ）はこの発明の一実施例方法を
適用したＧａＡｓ　ＦＥＴにおけるゲート電極の形成方
法の主要な工程を順次模式的に示したそれぞれに断面図
であり、また、第２図（ａ）ないしくｄ）社従来例によ
るＧａＡｓ　ＦＥＴにおけるゲート電極の形成方法の主
要な工程を順次模式的に示したそれぞれに断面図である
。 １１・・・・半絶縁性ＧａＡｓ基板、１２・・・・Ｎ層
、１３・・・・Ｎ３層、１４・・・・オーミック電極、
１５・・・・第１の絶縁膜、１６・・・・第１のフォト
レジスト、１７・・・・パターン開口部、】８・・・・
断面台形状をしたダミーパターン、１９・・・・金属薄
膜、２０・・・・第２のフォトレジスト、２！・・・・
アルゴン（Ａｒ”）イオンビーム、２２・・・・断面六
角形状をしたダミーパターン、２３・・・・第３のフォ
トレジスト、２３ａ、２３ｂ・・・・第３のフォトレジ
スト開口内面の上部、下部底部、２４・・・・断面六角
形状をした反転パターン開口部、２５ａ・・・・金属膜
、２５・・・・ゲート電極。 代理人　　大　　岩　　増　　雄 第 図 （（の１２ １６：嗜４の７ｆトレシスト １７、ノー・ターシＰＦ′１ｔ１５七９毬ｉ）配Ｉニろ
〈Σ（２ダミーノＪターン第 図 （イク３） ２３・鴻３ａフ１トレシ゛スト ２５０：奮鳥腰 ２ら ヶ°−ト１電千〜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 化合物半導体基板の主面上にあつて、動作層、ならびに
   オーミック電極を選択的に形成させ、これらの全面に第
   １の絶縁膜を被着させる工程と、前記第１の絶縁膜上に
   第１のフォトレジストを塗布し、かつその所定位置に逆
   テーパ状のパターン開口部を形成させる工程と、前記パ
   ターン開口部の内部を低温ＣＶＤ法などにより、第２の
   絶縁膜で埋め込み、かつこれを平坦化して断面台形状を
   したダミーパターンを形成させる工程と、これらの全面
   に金属薄膜を被着させた上で、この金属薄膜上に第２の
   フォトレジストを塗布し、かつこの第２のフォトレジス
   トを前記断面台形状のダミーパターン上にのみ選択的に
   残すようにパターニング除去する工程と、前記パターニ
   ングされた第２のフォトレジスト、金属薄膜をマスクに
   、所定の照射角度を与えた指向性の強い荷電粒子ビーム
   により、前記断面台形状のダミーパターンの下半裾部を
   、斜め内側へ選択的に除去成形して断面六角形状のダミ
   ーパターンとした後、そのマスクを除去する工程と、前
   記オーミック電極、および断面六角形状のダミーパター
   ンを含む全面に、第３のフォトレジストを塗布し、かつ
   エッチバックしてダミーパターンを露出させた上で、こ
   の断面六角形状のダミーパターンを除去し、同一断面の
   反転パターン開口部を形成して、前記動作層の所定部分
   を選択的に露出させる工程と、これらの全面に蒸着金属
   膜を被着させ、かつこれをリフトオフして前記露出され
   た動作層上にゲート電極を形成する工程とを含むことを
   特徴とする半導体装置の製造方法。