JPH0575146A - 電界効果型半導体装置の製造方法 - Google Patents

電界効果型半導体装置の製造方法

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JPH0575146A
JPH0575146A JP3236491A JP23649191A JPH0575146A JP H0575146 A JPH0575146 A JP H0575146A JP 3236491 A JP3236491 A JP 3236491A JP 23649191 A JP23649191 A JP 23649191A JP H0575146 A JPH0575146 A JP H0575146A
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JP
Japan
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positive resist
resist pattern
semiconductor device
gate
manufacturing
Prior art date
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Withdrawn
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JP3236491A
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English (en)
Inventor
Kinshiro Kosemura
欣司郎 小▲瀬▼村
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 デュアルゲートを備えた電界効果型半導体装
置の製造方法に関し、高性能化(高周波化、低雑音化な
ど)のために、該半導体装置の微細化を可能にする。 【構成】 工程(ア)〜(エ):(ア)化合物半導体基
板11、12の上に細線状のネガレジストパターン15
Aを形成する工程、(イ)ネガレジストパターンおよび
前記化合物半導体基板の上にポジレジストを塗布し、露
光および現像により前記ネガレジストパターンの両側に
ゲート形状開口20A、20Bを有するポジレジストパ
ターン18を形成する工程、(ウ)全面に金属膜を被着
する工程、(エ)前記ネガレジストパターン15Aおよ
びポジレジストパターン18を除去し、その上の金属膜
21を選択的に除去して、2つのゲート電極23、24
を形成する工程、を含んでなるようにデュアルゲート電
界効果型半導体装置の製造方法を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電界効果型トランジス
タの半導体装置、より詳しくは、デュアルゲートを備え
た電界効果型半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】デュアルゲート電界効果型半導体装置
は、図1に示すように、化合物半導体の半絶縁性基板1
とその上のエピタキシャル活性層2とからなる半導体基
板3、該基板3上のソース電極4、ドレイン電極5、そ
してこれら電極の間の二つのゲート電極6、7からな
る。このデュアルゲート電界効果型半導体装置を従来は
次のようにして製造している。
【0003】まず、GaAs、InPなどの化合物半導
体基板1の上にエピタキシャル成長法によって化合物半
導体の活性層2を形成する。この活性層2の上に、スパ
ッタリング法や真空蒸着法によって電極金属(例えば、
AuGe)を堆積させて金属膜を形成し、リソグラフィ
ー技術によって所定パターンのソース電極4およびドレ
イン電極5を形成し、熱処理を施す。次に、全面にポジ
レジストを塗布してレジスト層を形成し、ゲート電極形
状パターンを露光し、現像してポジレジストパターン
(図示せず)を形成する。このレジストパターン付き半
導体基板の全面に金属を真空中でスパッタリングないし
真空蒸着によって被着して金属膜とし、ポジレジストパ
ターンを溶剤で除去し、そのときにレジスト上の金属膜
部分(大部分)を同時に除去して(いわゆる、リフトオ
フによって)、図1のようにゲート電極5、6を形成し
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】デュアルゲート電界効
果半導体装置(トランジスタ)の高性能化(高周波化、
低雑音化など)のためには、半導体装置の微細化を図る
必要がある。従来の製造方法では、デュアルゲート自身
の微細化およびこれらゲート間の電極距離を0.25μm
以下にすることは難しい。通常の場合に、レジスト現像
のラインアンドスペースに依存しており、この電極距離
は0.5μm程度までにしか狭くならない。
【0005】本発明の目的は、デュアルゲート電界効果
半導体装置の微細化を可能にする製造方法を提供するこ
とである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上述の目的が、工程(ア)〜(エ): (ア)化合物半導体基板の上に細線状のネガレジストパ
ターンを形成する工程、(イ)該ネガレジストパターン
および化合物半導体基板の上にポジレジストを塗布し、
露光および現像により該ネガレジストパターンの両側に
ゲート形状開口を有するポジレジストパターンを形成す
る工程、(ウ)全面に金属膜を被着する工程、(エ)該
ネガレジストパターンおよびポジレジストパターンを除
去し、その上の金属膜を選択的に除去して、2つのゲー
ト電極を形成する工程、を含んでなることを特徴とする
電界効果型半導体装置の製造方法によって達成される。
【0007】ポジレジストパターン形成工程が、ネガレ
ジストパターンおよび化合物半導体基板の上に低感度ポ
ジレジストを塗布しプリベークして第1ポジレジスト層
を形成し、その上に高感度ポジレジストを塗布しプリベ
ークして第2ポジレジスト層を形成し、これらポジレジ
スト層を電子ビームによって、ゲート電極対応箇所には
高ドーズ量にて、その周辺箇所には低ドーズ量にて露光
し、そして、現像することから構成されてもよい。
【0008】ポジレジストパターン形成工程において、
露光パターンは、通常、ゲート電極対応箇所を含む一つ
であるが、二つのゲート電極対応箇所の二つとすること
も可能である。
【0009】
【作用】本発明では、ネガレジストを用いると極微細な
孤立レジストパターン(細線状レジストパターン)の形
成が容易であり、ポジレジストを用いると微細な開口を
有するレジストパターンの形成が容易であるとの利点を
組合せて、レジスト層にゲート電極形状の開口を形成す
る。ネガレジスト層の上にポジレジストを塗布してもミ
キシングが発生しないし、さらに、ポジレジスト層の現
像時にネガレジストは溶解しないので、細線状レジスト
パターンが残ってその両側に開口を形成することができ
る。
【0010】ポジレジスト層を第1および第2ポジレジ
スト層の2層構造とする際のミキシングを回避するため
に、第1ポジレジスト層のプリベークを行ってから第2
ポジレジストの塗布を行う。そして、第2ポジレジスト
層だけの開口に注目するならば、これは第1ポジレジス
ト層の開口よりも大きく、ゲート電極の断面積を大きく
してゲート電極の抵抗が高くなるのを防止できる。
【0011】
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の実施態
様例によって本発明を詳細に説明する。図2〜図8は、
本発明に係る製造方法にしたがってデュアルゲート電界
効果半導体装置を製作している過程を説明する概略断面
図である。
【0012】図2に示すように、従来と同様に半絶縁性
半導体基板11の上に活性層12をエピタキシャル成長
で形成する。例えば、半絶縁性GaAs基板11の上に
n−GaAsエピタキシャル活性層12をCVD法によ
って厚さ100nmで形成する。そして、活性層12の上
に相対向してソース電極13およびドレイン電極14を
形成する。例えば、活性層12の上にレジストを塗布
し、露光、現像してソース電極およびドレイン電極の開
口を有するレジストパターン(図示せず)を形成し、全
面に電極金属(AuGe)を厚さ約200nmで真空蒸着
し、レジストパターンの除去によるリフトオフ法でソー
ス電極13およびドレイン電極14を形成する。電極形
成後に、450℃×数分の熱処理を行ってオーミックコ
ンタクトとする。
【0013】図3に示すように、表出している活性層1
2および電極13、14の上にネガレジスト(例えば、
SAL601-ER7:シプレイ・ファーイースト株式会社商品)
を塗布してネガレジスト層15とし、電子ビーム16に
てデュアルゲートのゲート間の間隙形状を露光(描画)
する。例えば、厚さ0.5μmのネガレジスト層15に幅
0.2μmの電子ビーム16を加速電圧30keV:ドー
ズ量50×10-6クーロン/cm2 で照射する。
【0014】図4に示すように、ネガレジスト層15を
現像して、照射部分の細線状孤立レジストパターン15
Aを残し、領域17に活性層12が表出する。例えば、
有機アルカリ溶液にて非照射部分を溶解する現像で、幅
0.2μmの細線状立レジストパターン15Aとする。次
に、図5に示すように、全面にポジレジスト( 例えば、
ZCMR-100:日本ゼオン株式会社商品)を塗布してポジレ
ジスト層18とし、電子ビーム19にてデュアルゲート
まとめてのサイズ(一つの露光パターン)で露光(描
画)する。例えば、厚さ0.6μmのポジレジスト層18
に幅0.6μmの電子ビーム19を加速電圧30keV:
ドーズ量150×10-6クーロン/cm2 で照射する。
【0015】図6に示すように、ネガレジストを溶解し
ない現像液でポジレジスト層18を現像して、照射部分
の開口20を明け、その中にネガレジストパターン15
Aを残す。このポジレジスト層18の開口20とネガレ
ジストパターン15Aとでゲート電極形状開口20A、
20Bが規定される。例えば、有機溶液(メチルエチル
ケトン)にて照射部分を溶解する現像で、幅0.6μmの
デュアルゲート全体パターン開口20が明けられ、その
中に開口20A、20Bがあって、活性層12が表出し
ている。
【0016】図7に示すように、全面にゲート金属を被
着させることで、レジストパターン15Aおよび18上
に金属膜21を形成し、同時に開口20A、20Bの所
で直接に活性層12上に第1ゲート電極23およびゲー
ト電極24を形成する。例えば、Alを真空蒸着法によ
って厚さ0.5μmで全面に被着させる。そして、図8に
示すように、レジストパターン15Aおよび18を溶剤
(レジストのリムーバー)で除去し、レジストパターン
上の金属膜21をも除去する(リフトオフする)。この
ようにしてデュアルゲート電極23、24が完成して、
電界効果半導体装置が得られる。これらゲート電極2
3、24はそれぞれ幅が0.2μmであり、かつこれらゲ
ート電極の間隔も0.2μmであって、デュアルゲートの
微細化が達成される。尚、図8の半導体装置は寸法の相
違を除けば、基本的に図1の半導体装置と同じ構造であ
る。
【0017】図5に示した電子ビーム露光において、電
子ビーム19の位置を図面上で左(または右)にずらす
ならば、第1ゲート電極23の幅が少し大きくなり、一
方第2ゲート電極24の幅が少し小さくなる。このよう
にゲート電極の幅を異なるようにすることもできる。ま
た、図9および図10に示すように、ポジレジスト層1
8の電子ビーム露光において、図5の電子ビーム19の
代わりに二つの電子ビーム31A、31Bとし、露光現
像を行うこともできる。これら電子ビーム31A、31
Bのパターン形状はゲート電極23、24の形状であ
り、現像してポジレジスト層18に開口20A、20B
が明けられる。この場合には、電子ビーム31A、31
Bのパターン形状を変えることで、ゲート電極幅をコン
トロールでき、異なる電極幅とすることもできる。変え
ることができる。尚、図9〜10ではソース・ドレイン
電極を省略してある。
【0018】さらに、別の実施態様として、上述したよ
うにして図4のネガレジストパターン15Aを形成した
後で、ポジレジスト層18(図5)の代わりに、図11
に示すように、低感度ポジレジスト層41および高感度
ポジレジスト層42の2層構造を採用することもでき
る。この場合には、全面に低感度ポジレジストを塗布
し、プリベークしてポジレジスト層41とし、その上に
高感度ポジレジストを塗布し、プリベークしてポジレジ
スト層42とする。プリベークによってこれらレジスト
のミキシングが防止できる。そして、電子ビーム露光す
る際に、電子ビームを図11のように中央の高ドーズ量
部分43Aと両サイドの低ドーズ量部分43Bとで構成
する。この高ドーズ量部分43Aの電子ビームが図5で
の電子ビーム19に相当するものである。
【0019】露光現像すると、図12に示すような開口
44が高感度ポジレジスト層42に形成され、この開口
44の中にさらにゲート電極形状の開口20A、20B
が低感度ポジレジスト層41に明けられる。図13に示
すように、全面にゲート金属(Al)を被着させること
で、レジストパターン上に金属膜45を形成し、同時に
開口20A、20Bの所で活性層12と直接に接触する
部分と表出している低感度ポジレジスト層41上に載っ
ている部分とからなる第1ゲート電極46およびゲート
電極47を形成する。そして、図14に示すように、レ
ジストパターン41および42を溶剤(レジストのリム
ーバー)で除去し、レジストパターン上の金属膜45を
も除去する(リフトオフする)。このようにしてデュア
ルゲート電極46、47が完成して、電界効果半導体装
置が得られる。この場合のゲート電極46、47はそれ
ぞれがL字形状断面を有し、水平部分が付加されている
わけでその分だけてゲート電極自身の抵抗を下げること
ができる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る製造
方法によってデュアルゲートを従来よりも微細に成形す
ることができ、高周波化、低雑音化などの高性能デュア
ルゲート電界効果型半導体装置を製作することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】デュアルゲート電界効果型半導体装置の概略断
面図である。
【図2】ソース・ドレイン電極を形成した半導体装置の
概略断面図である。
【図3】ネガレジスト層を露光している半導体装置の概
略断面図である。
【図4】ネガレジストパターンを形成した半導体装置の
概略断面図である。
【図5】ポジレジスト層を露光している半導体装置の概
略断面図である。
【図6】ポジレジスト層を現像した半導体装置の概略断
面図である。
【図7】ゲート金属を被着した半導体装置の概略断面図
である。
【図8】本発明の方法で製作されたデュアルゲート電界
効果型半導体装置の概略断面図である。
【図9】二つの電子ビームパターンでポジレジスト層を
露光している半導体装置の概略断面図である。
【図10】ポジレジスト層を現像した半導体装置の概略
断面図である。
【図11】ドーズ量の異なる電子ビームパターンでポジ
レジスト層を露光している半導体装置の概略断面図であ
る。
【図12】ポジレジスト層を現像した半導体装置の概略
断面図である。
【図13】ゲート金属を被着した半導体装置の概略断面
図である。
【図14】L字形断面のデュアルゲートを有する電界効
果型半導体装置の概略断面図である。
【符号の説明】
11…半絶縁性半導体基板 12…活性層 13、14…ソース・ドレイン電極 15…ネガレジスト層 15A…ネガレジストパターン 16、19…電子ビーム 18…ポジレジスト層 20A、20B…ゲート電極形状開口 21…金属膜 23…第1ゲート電極 24…第2ゲート電極 31A、31B…電子ビーム 41…低感度ネガレジスト層 42…高感度ネガレジスト層 46、47…ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/338 29/812 7352−4M H01L 21/30 361 S 7739−4M 29/80 F

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 デュアルゲートを備えた電界効果型半導
    体装置の製造方法において、下記工程(ア)〜(エ): (ア)化合物半導体基板(11、12)の上に細線状の
    ネガレジストパターン(15A)を形成する工程、 (イ)前記ネガレジストパターンおよび前記化合物半導
    体基板の上にポジレジストを塗布し、露光および現像に
    より前記ネガレジストパターンの両側にゲート形状開口
    (20A、20B)を有するポジレジストパターン(1
    8)を形成する工程、 (ウ)全面に金属膜を被着する工程、 (エ)前記ネガレジストパターンおよびポジレジストパ
    ターンを除去し、その上の金属膜(21)を選択的に除
    去して、2つのゲート電極(23、24)を形成する工
    程、 を含んでなることを特徴とする電界効果型半導体装置の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 前記ポジレジストパターン形成工程が、
    前記ネガレジストパターンおよび前記化合物半導体基板
    の上に低感度ポジレジストを塗布しプリベークして第1
    ポジレジスト層(41)を形成し、その上に高感度ポジ
    レジストを塗布しプリベークして第2ポジレジスト層
    (42)を形成し、これらポジレジスト層を電子ビーム
    (43A、43B)によって、ゲート電極対応箇所には
    高ドーズ量にて、その周辺箇所には低ドーズ量にて露光
    し、そして、現像することを特徴とする請求項1記載の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 前記ポジレジストパターン形成工程にお
    いて、露光パターン(19)がゲート電極対応箇所を含
    む一つであることを特徴とする請求項1記載の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 前記ポジレジストパターン形成工程にお
    いて、露光パターン(31A、31B)がゲート電極対
    応箇所のみの二つであることを特徴とする請求項1記載
    の製造方法。
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