JPH0298147A - 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係り、特に電界効
果型半導体装置における電極形成のためのマスクの形成
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、半導体装置の進歩は目覚ましく、その動作機能も
益々高速化が要求されてきているが、超高速で動作する
半導体装置は、半導体内部の電子穆動距離ができるだけ
短くなるような素子構造を採用する必要がある。その代
表的な例として、Ｔ型電極を用いた電界効果型半導体装
置がある。

まず、このＴ型ｉ極の形成工程を第８図について説明す
る。

第８図（ａ）において、半導体基板１１の上に０．２μ
ｍ程度の低感度ポジ型レジスト１２ａ。

さらにその上に０．５μｍ程度の高感度ポジ型レジスト
１２ｂを形成する。この２層のレジストは同じ現像液で
処理されるものである。次に、第８図（ｂ）のように、
赤外線１５を所望の位置に照射し、高感度ポジ型レジス
ト１２ｂと低感度ポジ型レジスト１２ａを露光する。露
光後現像すると上層の高感度ポジ型レジスト１２ｂは現
像液に対して溶解しやすく、一方、下層の低感度ポジ型
レジスト１２ａは高感度ポジ型レジスト１２ｂに比べて
溶解しにくく、したがフて、第８図（ｅ）のようなＴ型
形状開口部１３のような、レジストパターンが形成され
る。次に、第８図（ｄ）のように、真空蒸着法等によっ
て０．６μｍ程度の電極金属１４′を形成する。最後に
、第８図（ｅ）のように、高感度ポジ型レジスト１２ｂ
と低感度ポジ型レジスト１２ａを溶解させる薬液中に半
導体基板１１全体を浸し、高感度ポジ型レジスト１２ｂ
上の電極金属１４′を併せて除去してＴ型電極１４を形
成する。

第９図は従来のＧａＡｓＦＥＴ素子の写真製版工程にお
ける任意の段差をもったフォトレジストプロファイルの
形成方法の主要工程を示す断面図である。

この従来例におけるＧａＡｓＦＥＴ素子の写真製版工程
では、まず、半導体基板３１に形成された活性層３２上
の所定位置にソース電極３３．ドレイン電８ｉ３４を形
成した後、ゲート′Ｍ、ａパターン形成のための写真製
版を行う。すなわち、まず、第１層目のフォトレジスト
３５ａを塗布し、次に、第１層目のフォトレジスト３５
Ｈに比べ感度の高い第２層目のフォトレジスト３５ｂを
塗布する。その後、第２層目のフォトレジスト３５ｂの
パターン形成のためのマスク３７を用いて被露光部分３
５ｂ′を露光する（第９図（ａ）。

（ｂ））。次に、第２層目のフォトレジスト３５ｂの露
光用のマスク３７に比べ、細いパターンのマスク３８を
用いて、第１層目のフォトレジスト３５ａの被露光部分
３５ａ′の露光を行う（第９図（Ｃ））。その後、現像
により第１層目、第２層目のフォトレジスト３５ａ、３
５ｂの露光部分３５ａ　　、３５ｂ’　を除去し、フォ
トレジストのプロファイルにＴ型形状のパターンを形成
する（第９図（ｄ））。

また、上記のようにフォトマスクを用いた光学露光法に
よらず、フォトレジスト３５ａ、３５ｂを塗布後、ＥＢ
（電子ビーム）露光を用いてパターン形成しても同様な
パターンが形成できる。

このように形成されたマスクを用いることによりＴ型状
の電極を形成することができる。

（発明が解決しようとする課題） 第８図のような従来のＴ型電極１４の形成方法では、２
層のフォトレジスト３５ａ、３５ｂを用いるためパター
ンの形成工程が複雑となり、また、電子線露光技術によ
る電子線の照射を所望のパターンごとに順次実施しなけ
ればならないため処理能力が低いという欠点があった。

また、第９図のようなフォトマスクの形成方法では、フ
ォトレジスト３５ａ、３５ｂを２層にしているため、フ
ォトレジスト厚が厚く、かつ厚さにばらつきがあるため
、微細パターンが形成しにくいという問題点があった。

さらに、微細パターンのマスク合わせを２回行うため、
パターンのピッチずれ等が起きるなど、パターン形成方
法が困難であった。

また、パターン精度を向上させるため、ＥＢ露光を使用
した場合、パターン精度は高くなるが、装置が高価とな
るほか、１枚当りのパターン形成時間がかかるため量産
性が悪いという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、簡単で、かつ高精度の電極が形成できるフォトマ
スクの形成方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る請求項　（１）に記載の半導体装置の製
造方法は、透明基板上に所望の開口部が形成された透光
性薄膜と、前記開口部より大きい開口部が形成された厚
みに応じて透過光量を変化させる遮光性薄膜を順次積層
して、前記透明基板上に開口断面が丁字形状のパターン
が形成されたＴ型電極形成用のフォトマスクを形成し、
このフォトマスクを用いてＴ型電極を形成するものであ
る。

また、この発明の請求項　（２）に記載の半導体装置の
製造方法は、透明基板と遮光性薄膜からなるフォトマス
クの前記遮光性薄膜のエツチング深さを変え、前記遮光
性薄膜に所要数の段差を設け、このフォトマスクを用い
て所要数の段差を有する電極を形成するものである。

〔作用〕

この発明の請求項　（１）に記載の発明においては、透
明基板上に所望の開口部が形成された透光性薄膜と、前
記開口部より大ぎい開口部が形成された遮光性薄膜を順
次積層して、透明基板に開口断面が丁字形状のパターン
が形成されたＴ型電極形成用のフォトマスクを形成し、
このフォトマスクを用いてＴ型電極を形成することから
、半導体基板上のフォトレジストが受ける光の照射量が
、フォトマスクを構成する透光性薄膜の作用で所望の位
置によって異なり、所望のフォトレジストの断面形状が
得られるので、この上に電極金属を形成してフォトレジ
ストを除去すれば所望のＴ型電極が得られる。

また、この発明の請求項　（２）に記載の発明において
は、写真製版用のフォトマスクの遮光性薄膜に所要数の
段差を設けたことから、１回の露光で、フォトレジスト
への光の照射量が遮光性薄膜の段差部分で変わることに
なり、−層のフォトレジストのプロファイルに所要数の
段差のパターンが精度よく形成されたフォトマスクを形
成でき、このフォトマスクを用いることにより所要数の
段差を有する電極が得られる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の第１の発明のＴ型電極形成用のフォ
トマスク１０を示す断面図である。この図において、１
は透明基板、２は赤外線を透過するＡｕ２０３．ＣａＯ
等の透光性薄膜で、開口幅℃□、厚みＴ１の開口部３を
有している。４は赤外線を透過しないＣｒ等の遮光性薄
膜で、開口幅１アの開口部５を有している。これら開口
幅ＪＺ。

を有する開口部３と開口幅℃７を有する開口部５により
Ｔ型形状開口部が形成される。

ここで、Ｔ型形状開口部に赤外線を照射すると、開口幅
Ｊ２１．厚みＴ１の開口部３では工、の赤外線が透過し
、開口幅（ｌアー１□）／２１１みＩ２の開口部５では
Ｉ２の赤外線が透過し、厚みＩ２＞ＴＩより赤外線透過
量は、Ｉｆ＞Ｉ２となり、透光性薄膜２の厚みに応じた
赤外線の強度、すなわち照射量が得られる。

第２図（ａ）〜（ｄ）はこの発明のＴ型電極形成用のフ
ォトマスクの製造工程を示す断面図である。第２図にお
いて、第１図と同一符号は同じものを示し、６は前記遮
光性薄膜４の上に形成されたフォトレジストである。

まず、第２図（ａ）のように、遮光性薄膜４に１□の開
口部を設けてレジストパターンの形成を行い、次に、第
２図（ｂ）のように、ウェットエツチングによりＣｒ等
の遮光性薄膜４を開口幅１７までエツチングして開口部
５を形成する。次に、第２図（Ｃ）のように、ドライエ
ツチングでＡＪＩ２０．、ＣａＯ等の透光性薄膜２をエ
ツチングして開口幅り、の開口部３を形成する。最後に
、フォトレジスト６を溶解性薬液で除去することによっ
て、第２図（ｄ）のように、開口幅℃１およびＡＴの開
口部３，５からなるＴ型形状開口部を有するＴ型電極形
成用のフォトマスク１０を得る。第３図（ａ）〜（ｄ）
はこの発明のＴ型電極形成用のフォトマスクの他の製造
工程を示す断面図である。このフォトマスクの形成は、
まず、第３図（ａ）のように、フォトレジスト６に℃１
の開口部を設けたレジストパターンの形成を行い、次に
、第３図（ｂ）のように、ＡＪ２２０３゜ＣａＯ等の透
光性薄膜２にＴ１の厚みを残して、開口幅℃、でＣｒ等
の遮光性薄膜４とＡ℃２０３、ＣａＯ等の透光性薄膜２
をドライエツチングする。次に、第３図（Ｃ）のように
、Ｃｒ等の遮光性薄膜４を開口幅ＩＴまでウェットエツ
チングでする。最後に、第３図（ｄ）のように、フォト
レジスト６を溶解性薬液で除去することによって開口幅
１１およびｊＺＴの開口部３．５からなるＴ型形状開口
部を有するＴ型電極形成用のフォトマスク１０を得る。

この発明のＴ型電極の形成方法は、ポジ型レジストの特
性を利用したものであり、以下、このフォトマスク１０
を用いたＴ型電極の形成方法の一実施例について説明す
る。

第４図（ａ）〜（ｅ）はこの発明のＴ型電極の形成方法
の一実施例を示す工程断面図である。この図において、
１０はこの発明によるＴ型電極形成用のフォトマスク、
１１は半導体基板、１２はこの半導体基板１１の上に塗
布されたポジ型のフォトレジスト、１３は前記ポジ型の
フォトレジスト１２に形成されたＴ型形状開口部、１４
はＴ型電極、１４′は電極金属、１５は赤外線である。

まず、第４図（ａ）のように、半導体基板１１上にポジ
型のフォトレジスト１２を塗布する。次に、第４図（ｂ
）のように、ポジ型のフォトレジスト１２の上にこの発
明による透明基板１．赤外線の透光性薄膜２および遮光
性薄膜４よりなるＴ型電極形成用のフォトマスク１０を
透明基板１を上側にして重ね合せ、赤外線１５を照射す
る。赤外線１５の照射により透光性薄膜２の厚みＴ１と
Ｉ２の差によってＩＩ　＞Ｉ２の赤外線１５をポジ型の
フォトレジスト１２に照射する。この後、現像処理を施
すことによって、第４図（Ｃ）のように、ポジ型のフォ
トレジスト１２にＴ型形状開口部１３を得る。次に、真
空蒸着等によって、第４図（ｄ）のように、電極金属１
４′を形成する。

最後に、ポジ型のフォトレジスト１２を溶解させる薬液
中に半導体基板１１全体を浸し、ポジ型のフォトレジス
ト１２上の電極金属１４′を併せて除去して、第４図（
ｅ）のように、Ｔ型電極１４を形成する。

なお、上記実施例では透光性薄膜２の開ロ幅Ｉｌ、、厚
みＴ１．遮光性薄膜３の開口幅℃アとしているが、これ
は要望形状によって任意に選択できる。例えば透光性薄
膜２の厚みＴ、＝Ｏでもよい。

また、上記実施例では、ポジ型のフォトレジストについ
て述べているが、ネガ型のフォトレジストでもＴ型電極
形成用のフォトマスクをネガ型用マスクに反転すること
によって同様の効果を得る。

また、上記実施例では、Ｔ型電極１４を半導体基板１１
上に形成した場合について述べているが、半導体基板を
エツチングしたリセス構造の場合でも適用できる。

第５図はこの発明の第２の発明による写真製版用のフォ
トマスクを示す図で、透光性薄膜（ガラス部分）２１ａ
と遮光性薄膜（メタル部分）２１ｂからフォトマスク２
１が構成されている。このフォトマスク２１は、遮光性
薄膜２１ｂの光の透過部の厚さをエツチング量を変えて
多段に、この実施例では２段に形成し、その厚みを１．
．１２としている。

次に、第６図、第７図を用いて、第５図のフォトマスク
２１を用いたＧａＡｓＦＥＴ素子の電極形成工程の主要
部分について説明する。

まず、第６図（ａ）に示すように、半導体基板３１の活
性層３２上の所定位置にソース電極３３、ドレイン電極
３４を形成する。次いで写真製版のため、フォトレジス
ト３５をスピンナ等により半導体基板３１上に塗布する
。その後、第６図（ｂ）に示すように、第５図のフォト
マスク２１を用いて、すなわちフォトマスク２１を半導
体基板３１上に、フォトマスク２１の透光性薄膜２１ａ
を上側にして重ね合せ、パターン形成のための露光を行
う。この際、フォトマスク２１の遮光性薄膜２１ｂの厚
さが１．．１２のように異なっており、遮光性薄膜２１
ｂの薄いｔ１部分の光の透過量は、遮光性薄膜２１ｂの
厚いｔ２部分に比べ多くなるため、フォトレジスト３５
は、ｔ１部分がｔ２部分に比べ、深く感光される。３５
ａ′はその露光部を示す。次いで現像を行い、フォトレ
シスト３５の露光部３５ａ′を除去することにより第６
図（Ｃ）に示すように、レジストプロファイルに任意の
段差を有するパターンが形成される。

次に、第６図の方法にて形成されたパターンによるゲー
ト電極の形成方法を第７図について説明する。

第６図（Ｃ）で得られたパターンをマスクにしてゲート
電極形成のためのりセスをエツチングにて形成しく第７
図（ａ））、その後、蒸着等によりゲート金属３６′を
形成しく第７図（ｂ））、次いで不要部分をリフトオフ
法で除去する。これにより、微細で、かつゲート断面積
が大きく、ゲート抵抗の低いゲート電極３６が形成され
る。

なお、上記実施例では、フォトマスク２１の遮光性薄膜
２１ｂの厚みを１．．１２と２段の段差にしたものを用
いたが、遮光性薄膜２１ｂの厚みが３段以上の段差をも
つフォトマスクを用いてもよい。また、ｔ＋、ｔ２は任
意の厚さであり、１、の遮光性薄膜２１ｂの厚みはゼロ
であってもよい。

また、上記実施例では、フォトレジストに露光部が現像
により溶融するポジ型のフォトレジストを用いたが、未
露光部が現像により溶融するネガ型のフォトレジストと
、前記フォトマスク２１の反転用（ネガ用マスク）のも
のを用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の請求項　（１）に記載
の発明は、透明基板上に所望の開口部が形成された透光
性薄膜と、前記開口部より大きい開口部が形成された遮
光性薄膜を順次積層して、透明基板に開口断面が丁字形
状のパターンが形成されたＴ型電極形成用のフォトマス
クを形成し、このフォトマスク用いてＴ型電極を形成す
るようにしたので、露光工程で一層のレジストを一括し
て露光することによってＴ型１ｉ極を形成することがで
きる。したがって、電極形成工程が簡単になり、さらに
処理能力が向上するという効果がある。

また、この発明の請求項　（２ンに記載の発明は、透光
性薄膜と遮光性薄膜とからなる写真製版用のフォトマス
クの前記透光性薄膜に、任意の段数の段差を設けたので
、このフォトマスクを用いることにより、１回の光学露
光により、フォトレジストのプロファイルに任意の段差
を形成できるため、従来方法で生じやすかったパターン
ずれもなく、容易に精度の高いパターン形成ができる。

しかも露光にＥＢのように高価な装置を用いないので、
安価にパターン形成ができる。したがって、このフォト
マスクを用いることにより所要数の段差を有する電極形
成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の発明によるＴ型電極形成用の
フォトマスクとこのフォトマスクにおける赤外線照射量
を説明する断面図、第２図はこの発明の第１の発明によ
るＴ型電極形成用のフォトマスクの製造工程の一実施例
を示す断面図、第３図はこの発明によるフォトマスクの
他の製造工程の一実施例を示す断面図、第４図はこの発
明の第１の発明のＴ型電極形成用のフォトマスクを用い
たＴ型電極の形成工程の一実施例を示す断面図、第５図
はこの発明の第２の発明によるフォトマスクの断面図、
第６図、第７図は、第５図のフォトマスクを用いた電極
の形成工程を示す要部断面図、第８図は従来のＴ型電極
の形成工程を示す断面図、第９図は従来のＧａＡｓＦＥ
Ｔ素子の電極形成工程を示す要部断面図である。 図において、１は透明基板、２は透光性薄膜、３は開口
部、４は遮光性薄膜、５は開口部、１０はＴ型電極形成
用のフォトマスク、１１は半導体基板、１２はポジ型の
フォトレジスト、１３はＴ型形状開口部、１４はＴ型電
極、１４′は電極金属、１５は赤外線、２１はフォトマ
スク、２１ａは透光性薄膜、２１ｂは遮光性薄膜、３１
は半導体基板、３２は活性層、３３はソース電極、３４
はドレイン電極、３５はフォトレジスト、３５ａ　は露
光部、３６はゲート電極である。 なお、各図中の同一符号は同一または相当部分を示す。 代理人　大　岩　増　雄　　　　（外２名）第 図 ］Ｑ・Ｔ型電第４ル愚゛用のフォトマスク第 図 第 図 第 図 ↓ ト巧 １４′ １４゛ 第 図 第 図 第 図 第 図 勺−−）１虜ｉ 第 図 ５ｂ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）透明基板上に所望の開口部が形成された透光性薄
   膜と、前記開口部より大きい関口部が形成された厚みに
   応じて透過光量を変化させる遮光性薄膜を順次積層して
   、前記透明基板上に開口断面がＴ字形状のパターンを形
   成してＴ型電極形成用のフォトマスクを形成し、このフ
   ォトマスクを半導体基板上に塗布されたフォトレジスト
   上に前記透明基板を上側にして重ね合せ、前記フォトマ
   スクを介して露光することによって前記フォトレジスト
   を開口断面をＴ型形状にパターニングした後、全面に電
   極金属を形成し、その後、前記フォトレジストとともに
   不要な電極金属を除去してＴ型電極を形成することを特
   徴とする半導体装置の製造方法。
2. （２）光を透過する透光性薄膜と、厚みに応じ透過光量
   を変化させる遮光性薄膜部分とからなり、前記透光性薄
   膜にその厚み方向に所要数の段差をつけてパターンを形
   成してフォトマスクを形成し、このフォトマスクを半導
   体基板上に塗布されたフォトレジスト上に、前記透光性
   薄膜を上側にして重ね合せ、前記フォトマスクを介して
   露光することにより前記フォトレジストを開口断面が所
   要数の段差を有するようにパターニングした後、全面に
   電極金属を形成し、その後、前記フォトレジストと共に
   不要な電極金属を除去して所要数の段差を有する電極を
   形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。