JPH05136174A - ゲート電極の形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 短ゲートおよび低抵抗でしかも製作中はもと
より製作後に倒壊しない構造のゲート電極を作製する方
法である。 【構成】 下地１０に、塗布以外の方法で、成膜層１４
を形成した後、ゲート電極の形成領域に開口部１６を有
するレジストパターンを設ける。その後、方向性蒸着で
少なくとも成膜層の一部分に金属蒸着層２０を設ける。
金属蒸着層２０をマスクとして、この蒸着方向と同一の
側から方向性エッチングを行なうことにより、レジスト
パターンの開口部１６の底のほぼ中央部から、斜め下方
に向かう穴４０を設ける。金属蒸着層を除去した後、こ
の穴を利用して、下地に溝２４を掘り、この溝上に蒸着
によりゲート電極４６を形成する。ゲート電極４６の下
部は溝２４に形成され、その上部は、成膜層１４の両側
にバランスよく張り出して形成されるので、倒壊の恐れ
は無い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、化合物半導体等をも
ちいた半導体素子のゲート電極の形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路の超微細化に当り、レジストパ
ターンの微細加工化が進められている。しかしながら、
レジストの解像度にも限界があるため、この解像度の限
界を越えたチャネル方向に幅の狭い、いわゆる細い幅の
ゲート電極を形成する方法が提案されている。

【０００３】第２図（Ａ）〜（Ｃ）は、本出願人に係る
発明者等が特開平３−８７０３６号公報で既に提案して
いる従来の細幅のゲート電極の形成方法を説明するため
の、ゲート電極の形成に着目して示す工程図である。

【０００４】この発明の説明に先立ち、この従来のゲー
ト電極形成方法につき簡単に説明する。この従来の形成
方法によれば、適当な材料からなる下地１０の上面であ
ってチャネル形成予定領域１２の上側に非塗布材料の成
膜層パターン１４を設ける。ここで、非塗布材料とは、
レジストのような塗布によって成膜される材料ではな
く、ＣＶＤ法、真空蒸着、スパッタ、熱酸化或いはその
他の手法で成膜出来る材料という意味である。また、こ
の成膜層１４を、後工程で下地をエッチングしたとき、
このエッチングに耐える材料で形成するか、または、エ
ッチングされても残存する膜厚で形成する。

【０００５】この成膜層パターン１４の形成後、この成
膜層パターンの部分に開口部１６を有するレジストパタ
ーン１８を形成する。その後、このレジストパターン１
８側から、方向性蒸着技術を用いて、アルミニウム等と
いった、後工程でエッチングマスクとして使用可能な適
当な金属材料を金属蒸着層２０を設ける。この時、レジ
ストパターン１８上に設けられた金属蒸着層を２０ａと
し、開口部１６内の成膜層パターン１４の表面に設けら
れた金属蒸着層を２０ｂで示す。このようにして、図２
の（Ａ）に示すような構造体を得ている。

【０００６】次に、この金属蒸着層２０をマスクとして
用いた、垂直方向からのエッチング技術により、成膜層
パターン１４に対しエッチングを行なって成膜層パター
ン１４に穴２２を開け、この穴２２の底に下地１０の表
面部分を露出させる。その結果、図２の（Ｂ）示すよう
な構造体を得ている。この場合、上述した垂直方向から
のエッチングのとき、レジストパターン１８の下側にア
ンダーエッチングが進み、そのため、チャネル方向に沿
う方向においてレジストパターン１８の下側にまで成膜
層パターン１４をエッチングして穴２２が形成されてい
る。

【０００７】次に、金属蒸着層２０を除去し、然る後、
穴２２に露出した下地１０の露出面に対してエッチング
を行なって、下地１０にゲート電極形成用の溝２４を形
成する。そして、この溝２４に、ゲート金属を蒸着した
後、レジストパターン１８を除去してゲート電極２６を
形成し、その結果、図２の（Ｃ）に示す構造体を得る。
この場合、このゲート電極２６は、下地面上に蒸着され
た部分２８および成膜層上に蒸着されて部分２８から突
出した部分３０とからなる構造となっている。

【０００８】この従来の形成方法であると、下地１０の
上面に直交し、チャネル方向のゲート電極の幅が狭く、
チャネル方向に沿った方向の断面内でとったゲート電極
の断面積が大なる、低抵抗のゲート電極を得ることがで
きる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来方法であると、ゲート電極の下部の下地に接する側の
部分のチャネル方向に沿う方向の長さは短いが、ゲート
電極の上部の、チャネル方向の長さが長くなっていしま
う。そのため、ゲート電極の形状は不安定形状となって
おり、ゲート電極形成工程中、或いは、その後の工程中
にゲート電極がその上部の張り出した方向に倒れてゲー
ト電極が破壊する恐れがあった。

【００１０】この発明の目的は、従来方法で形成した場
合のゲート電極が有する利点を保持し、しかも、ゲート
電極の倒壊が起こりにくいようにした、ゲート電極の形
成方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この膜的の達成を図るた
め、この発明のゲート電極の形成方法によれば、 （ａ）下地上に非塗布材料の成膜層を設ける工程と、 （ｂ）該成膜層の部分的な露出面を与える開口部を設け
る工程と、 （ｃ）前記成膜層の露出面と、レジストパターンの上面
とに方向性蒸着技術を用いて金属蒸着層を設ける工程
と、 （ｄ）該金属蒸着層をマスクとし前記成膜層に対して、
前記金属蒸着層の蒸着方向と同一側から、方向性エッチ
ングを行なって該成膜層に下地面を露出する、傾斜した
穴を設ける工程と、 （ｅ）前記金属蒸着層を除去する工程と、 （ｆ）前記穴に露出した、前記下地の露出面に対しエッ
チングを行なって該下地にゲート電極形成用の溝を設け
る工程と、 （ｇ）該溝にゲート金属を蒸着してゲート電極を設ける
工程と、 （ｈ）少なくとも前記レジストパターンを除去する工程
とを含むことを特徴とする。

【００１２】

【作用】上述したこの発明の構成によれば、下地にゲー
ト電極形成用の溝を設けるための穴を成膜層に形成する
とき、次のような処理を行なっている。

【００１３】方向性蒸着技術を用いて、成膜層の、チャ
ネル方向に沿う一方の側によせて金属蒸着層を形成して
から、金属蒸着の方向と同一の側から、この金属蒸着層
をマスクとして方向性エッチングを行なって成膜層に穴
を設けている。そのため、この穴は、傾斜した穴とな
り、しかも、この穴の、チャネル方向に沿う方向の一方
の端縁は金属蒸着層で決まり、他方の端縁はレジストパ
ターンの上端縁で決まる。従って、この穴は、成膜層の
表面ではレジストパターンの開口部の中央または中央よ
りに形成され、よって、チャネル方向に沿った方向の、
この穴の両側に成膜層部分を適当な長さにわたり残存さ
せることができる。そして、この傾斜した穴に露出した
下地面にゲート金属を蒸着すると、ゲート金属は、この
穴の底面に露出している下地面上からこの穴の両側の成
膜層部分へ適当な長さだけ張り出して蒸着される。この
ため、ゲート電極はバランスよい形状となっている。し
かも、このゲート電極のゲート長は短く、また、断面積
も大きくなっているので、低抵抗となっている。

【００１４】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明のゲート電
極の形成方法の実施例につき説明する。

【００１５】第１図（Ａ）〜（Ｃ）は、この発明のゲー
ト電極の形成方法の特色の説明に供する工程図である。
また、図３の（Ａ）〜（Ｄ）および図４の（Ａ）〜
（Ｅ）は、この発明のゲート電極の形成方法の一実施例
の説明に供する工程図である。各図は、この工程中の主
要段階で得られる構造体を、この発明が理解出来る程度
に、断面図で概略的に示してある。尚、この断面図は下
地の上面に直交しかつチャネル方向に平行に取った断面
の切口に注目して示してある。また、第１図、第３図お
よび第４図において、第２図に示したと同一の構成成分
については、特に言及する場合を除き、第２図の場合と
同一の符号を付して示し、その詳細な説明を省略する。

【００１６】先ず、この発明の特色を図１の（Ａ）〜
（Ｄ）を参照して説明する。先ず、下地１０上に成膜層
１４を形成し、その上側にレジストパターン１８を設け
る。このとき、レジストパターン１８の開口部１６が下
地１０のチャネル形成予定領域１２が形成されるよう予
定領域上に位置するようにする。次に、このレジストパ
ターン１８側から、その開口部１６に露出している成膜
層１４の表面部分に、方向性蒸着技術を用いて、金属蒸
着層２０ｂを設ける。このとき、下地１０の表面に立て
た垂線に対して、θだけ傾斜させた方向から蒸着する。
そのレジストパターン１８上にも金属蒸着層２０ａが形
成される。この蒸着金属層を代表して２０で示す。その
結果、図１の（Ａ）に示す構造体を得る。

【００１７】次に、この金属蒸着層の蒸着角度θとは異
なる角度であるが、その蒸着方向と同一側から、上述の
垂線に対してΨの角度で、方向性エッチングを行なう。
このエッチングによって、成膜層１４に傾斜した穴４０
を設け、図１の（Ｂ）に示すような構造体を得る。この
穴４０の、チャネル方向に沿う方向の一方の端縁は金属
蒸着層２０ｂで実質的に決まり、他方の端縁はレジスト
パターン１８の上端縁で実質的に決まる。従って、角度
θおよびΨを適当に定めることによって、この穴４０
を、成膜層１４の表面ではレジストパターン１８の開口
部１６の中央または中央寄りに位置するように、形成す
ることが出来る。また、チャネル方向に沿った方向の、
この穴４０の両側に成膜層部分が、適当な長さにわた
り、残存することとなる。この穴４０のチャネル方向の
長さをＷ４として示してある。

【００１８】次に、蒸着金属層２０ａおよび２０ｂを除
去した後、この穴４０側にゲート金属を蒸着すると、こ
の傾斜した穴４０に露出した下地面にゲート金属層４２
が形成されると共に、レジストパターン１８上にゲート
金属層４４が形成され、図１の（Ｃ）に示すような構造
体を得る。このとき、ゲート金属層４２は、この穴４０
の底面に露出している下地面上からこの穴４０の両側の
成膜層１４の露出した部分へ適当な長さだけ張り出して
蒸着される。

【００１９】次に、リフトオフ技術によって、レジスト
パターン１８を除去することによって、ゲート金属層４
４を除去し、続いて、所要に応じ成膜層１４を除去し
て、ゲート電極４６として供するゲート金属層４２を残
存させる。その結果、ゲート電極４６はバランスよい形
状となっている。

【００２０】次に、図３および図４を参照して、この発
明の好適実施例につき説明する。尚、ここで、下地１０
としては、ＧａＡｓのような化合物半導体、Ｓｉ（シリ
コン）或いはその他の通常の基板として用いられる材料
で形成してある。また、下地１０として、いわゆる基板
自体、またはこの基板上にエピタキシャル層等といった
半導体素子を作り込める層を有するものを用いることが
できる。

【００２１】以下、この場合の形成工程につき説明す
る。先ず、下地１０の上面に非塗布材料の成膜層１４を
膜厚約１０００Ａ°（Ａ°はオングストロームを表して
いる。）で形成する（図３の（Ａ））。ここで、１２は
既に説明したように、チャネル領域が形成される予定領
域とする。また、非塗布材料とは、レジストのような塗
布によって成膜される材料ではなく、ＣＶＤ法、真空蒸
着、スパッタ、熱酸化或いはその他の手法で成膜できる
材料という意味である。またこの成膜層は、後工程で下
地をエッチングするとき、このエッチングに耐える材料
で形成されるか、またはエッチングされても残存する膜
厚で形成された膜であることが好ましい。この例では、
例えばＳｉＮ膜、ＳｉＯ₂ 膜、またはその他の適当な絶
縁膜を用いるとする。

【００２２】次に、成膜層１４の部分的な露出面を与え
る開口部１６を有するレジストパターン１８を通常の方
法で設ける（図３の（Ｂ））。この開口部１６の、チャ
ネル方向に沿う方向の幅Ｗを例えば０．５μｍとする。

【００２３】次に、レジストパターン１８側から、この
レジストパターン１８の上面と、成膜層１４の露出面上
とに、方向性蒸着技術を用いて、後工程でエッチングマ
スクとして供する、例えばアルミニュム等の金属蒸着層
（代表して２０で示す）を設ける（図３の（Ｃ））。こ
の場合、図中、金属蒸着層２０のうち、成膜層１４上に
形成された部分を２０ｂで示し、レジストパターン１８
上に形成された部分を２０ａで示す。また、方向性蒸着
すなわち斜め蒸着のための、下地面に立てた垂線に対す
る角度θは、ゲート長の決め方によって決まる。この金
属蒸着層２０ｂは、開口部１６をある程度埋め込むが、
レジストパターン１８の存在により、蒸着方向θのかく
れた部分は埋め込まれずに開口したままスリット状に残
存し、成膜層１４の一部分が尚も開口部１６に露出す
る。

【００２４】次に、この開口部１６を部分的に埋め込ん
だ金属蒸着層２０ｂおよび、レジストパターン１８上に
形成された金属蒸着層２０ａをマスクとして用いて、開
口部１６に露出した、成膜層１４の部分を方向性エッチ
ングによってエッチングする。この方向性エッチングを
行なう方向は、上述した方向性蒸着を行なった方向と同
一の側とする。そして、成膜層１４の露出面に対して、
上述した垂線に対して角度Ψの方向から異方性角度エッ
チングを行なって、これに斜めの穴４０を形成し下地１
０を部分的に露出させる（図３の（Ｄ））。

【００２５】形成された穴４０は、レジストパターン１
８の解像度よりも高い解像度を与える、幅狭の穴となっ
ている。この幅Ｗ４を、例えば、０．１μｍ程度とす
る。また、穴４０のチャネル方向の大きさ（Ｗ４）およ
び開口部１６の中での穴４０の位置は、金属蒸着層２０
の蒸着角度θおよび成膜層１４のエッチング角度Ψによ
って決まる。この穴の成膜層１４の表面での位置は、理
想的には、開口部１６の底の中心となるようにするのが
良い。

【００２６】次に、金属蒸着層２０を適当な方法を用い
て除去し、図４の（Ａ）に示す構造体を得る。

【００２７】次に、この穴４０に露出した下地１０の露
出面に対して異方性または等方性エッチング、或いは、
その両者の組み合わせによるエッチングを行なって、こ
の下地１０にゲート電極形成用の溝２４を設ける（図４
の（Ｂ））。この溝２４の深さを、例えば、約１０００
Ａ°とする。

【００２８】次に、溝が形成された構造体（図４の
（Ｂ）参照）の上側表面に、ゲート金属を蒸着して、溝
２４にゲート電極４６を形成する（図４の（Ｃ））。な
お、図中、この蒸着により、レジストパターン１８上に
蒸着されたゲート金属層を４４で示す。この場合、この
ゲート金属材料の蒸着により得られるゲート電極４６
は、溝２４に形成された蒸着層４６ａと、成膜層１４上
に形成された蒸着層４６ｂおよび４６ｃとで形成され
る。成膜層１４の膜厚と、溝２４の深さと、ゲート金属
材料の蒸着厚とを適当に定めて蒸着層４６ａと蒸着層４
６ｂおよび４６ｃとが連続してなる一体構造の層のゲー
ト電極４６を得る。この場合のゲート電極４６のチャネ
ル方向の幅すなわちゲート長は、成膜層１４に設けた穴
４０の両端縁（図４の（Ｃ）において、左側の成膜層部
分の下側端縁と右側の成膜層部分の上側端縁）の間の幅
Ｗ１によって決まり、これはつまりレジストパターン１
８の厚さと金属蒸着層２０の蒸着角度θおよび成膜層１
４のエッチング角度Ψによって決まる。また、ゲート電
極４６の上部のはり出し部分の長さＷ２およびＷ３はレ
ジストの厚みが決まれば、それぞれレジストパターン１
８の端縁と成膜層１４のエッチング角度Ψ、レジストパ
ターン１８の端縁と金属蒸着層２０の蒸着角度θによっ
て決まる。この実施例では、このＷ２およびＷ３を、例
えば、０．２μｍ程度とすることが出来る。尚、これら
成膜層１４の厚みとゲート電極４６の厚みは、ゲート部
分での成膜層１４上の蒸着層４６ｂおよび４６ｃと溝２
４に形成された蒸着層４６ａとが連絡して形成されるよ
うな厚みとすれば良い。例えば、下地１０の溝２４の深
さを１０００Ａ°とすれば、成膜層１４の厚みを１００
０Ａ°およびゲート電極４６の厚みを５０００Ａ°とす
れば良い。

【００２９】従って、このゲート電極４６も、チャネル
方向の幅は狭く、しかも、断面積が拡がっているので、
ゲート電極４６の抵抗値が小さくなる。

【００３０】次に、リフトオフ工程によりレジストパタ
ーン１８を除去する（図４の（Ｄ））。続いて、所要に
応じ、成膜層１４を除去する（図４の（Ｅ））。その結
果、下地１０の溝２４に形成されているゲート電極４６
が残存する（図４の（Ｅ））。

【００３１】なお、上述したようにゲート電極上部の両
側の張り出しの長さＷ２、Ｗ３は金属蒸着層２０の蒸着
角度θおよび成膜層１４のエッチング角度Ψによって決
まるため、ゲート形状を安定なものとするためにＷ２≒
Ｗ３となるようにθとΨを定めてやれば良い。

【００３２】

【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明によれば、下地上にトランジスタのゲート電極を、
チャネル方向に幅狭で、しかも、断面の大なる、低抵抗
のものとして形成できるということに追加して、下記の
点で従来の形成方法の改良を図ることができる。

【００３３】ゲート上部を、チャネル方向においてその
両側にはり出しを具える構造に形成することによって、
短ゲートかつ断面積の大なるゲート電極の不安定さをな
くし、ゲート電極形成工程およびその後の工程でゲート
電極が倒れるなどの問題を起こりにくくしたものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）〜（Ｄ）は、この発明のゲート電極の形
成方法の特色を説明するための工程図である。

【図２】従来のゲート電極の形成方法の説明に供する工
程図である。

【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、この発明のゲート電極の実
施例の説明に供する、工程前半の工程図である。

【図４】（Ａ）〜（Ｅ）は、この発明のゲート電極の実
施例の説明に供する、工程後半の工程図である。

【符号の説明】

１０：下地、 １２：チャネル形成予定領域、 １
４：成膜層 １６：開口部、 １８：レジストパターン ２０，２０ａ，２０ｂ：金属蒸着層、 ２
４：溝 ４０：穴 ４２、４４：ゲート金属層、 ４
６：ゲート金属

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）下地上に非塗布材料の成膜層を設
   ける工程と、 （ｂ）該成膜層の部分的な露出面を与える開口部を設け
   る工程と、 （ｃ）前記成膜層の露出面と、レジストパターンの上面
   とに方向性蒸着技術を用いて金属蒸着層を設ける工程
   と、 （ｄ）該金属蒸着層をマスクとし前記成膜層に対して、
   前記金属蒸着層の蒸着方向と同一側から、方向性エッチ
   ングを行なって該成膜層に下地面を露出する、傾斜した
   穴を設ける工程と、 （ｅ）前記金属蒸着層を除去する工程と、 （ｆ）前記穴に露出した、前記下地の露出面に対しエッ
   チングを行なって該下地にゲート電極形成用の溝を設け
   る工程と、 （ｇ）該溝にゲート金属を蒸着してゲート電極を設ける
   工程と、 （ｈ）少なくとも前記レジストパターンを除去する工程
   とを含むことを特徴とするゲート電極形成方法。