JPH0621103A - Formation method of t-shaped gate structure - Google Patents
Formation method of t-shaped gate structureInfo
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- JPH0621103A JPH0621103A JP5107780A JP10778093A JPH0621103A JP H0621103 A JPH0621103 A JP H0621103A JP 5107780 A JP5107780 A JP 5107780A JP 10778093 A JP10778093 A JP 10778093A JP H0621103 A JPH0621103 A JP H0621103A
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Landscapes
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、高性能の電界
効果トランジスタの製造に関し、更に詳しくは当該トラ
ンジスタ用のT型ゲート構造の形成方法に関する。FIELD OF THE INVENTION This invention relates generally to the manufacture of high performance field effect transistors, and more particularly to a method of forming a T-type gate structure for such transistors.
【0002】[0002]
【従来技術とその問題点】高性能の電界効果トランジス
タ(FET)の設計と製造とにおいては、ゲート長とゲート
抵抗とに関連した相反する要求が存在する。一方におい
て、ゲート長を減少させることは、走行(遷移)時間の
減少につながり、従って、FETの動作速度を高めること
につながる。他方において、ゲート抵抗は、ゲートの大
きさが減少させられるに従って増大し、それによって、
予想される速度の増加が相殺されてしまう。これらの相
反する要求に対処する1つの方法は、断面においてT型
の、即ち、きのこ形状の断面をしたゲート構造を提供す
ることである。当該ゲート構造において、狭い脚部はFE
Tのゲートを形成し、そして広い頭部は低抵抗の接続を
与える広い接触表面を提供する。2. Description of the Related Art In the design and manufacture of high performance field effect transistors (FETs), there are conflicting requirements related to gate length and gate resistance. On the one hand, reducing the gate length leads to a reduction in the transit (transition) time and thus an increase in the operating speed of the FET. On the other hand, the gate resistance increases as the size of the gate is reduced, thereby
The expected increase in speed is offset. One way of addressing these conflicting requirements is to provide a gate structure that is T-shaped in cross section, or mushroom shaped. In the gate structure, the narrow legs are FE
Forming a T gate, and the wide head provides a large contact surface giving low resistance connections.
【0003】典型的には、T型ゲートは、電子ビーム・
リソグラフィ技法を使用することによって形成される。
例えば、上部および下部抵抗層は、ガリウム砒素のよう
な化合物半導体の上に形成されてよい。上部抵抗層は、
電子ビームに露光されることによって、比較的に広い開
口を形成する。一方、2回目の電子ビームによる露光に
よって、下部抵抗層に狭い開口が形成される。次いで、
金のようなゲート材料が、これらの開口内および上部抵
抗層の上に堆着される。リフト・オフ(剥離)プロセス
によって、これらの抵抗層と当該層上のゲート材料とが
取り除かれる、後に所望のゲート・パターンが残され
る。Typically, a T-shaped gate is an electron beam
It is formed by using lithographic techniques.
For example, the upper and lower resistance layers may be formed on a compound semiconductor such as gallium arsenide. The upper resistance layer is
A relatively wide aperture is formed by being exposed to the electron beam. On the other hand, the second exposure with the electron beam forms a narrow opening in the lower resistance layer. Then
A gate material, such as gold, is deposited in these openings and over the top resistive layer. A lift-off process removes these resistive layers and the gate material on those layers, leaving behind the desired gate pattern.
【0004】米国特許第4,700,462号には、電子ビーム
・リソグラフィ技法を使用することによってT型ゲート
を製造するためのプロセスが開示されている。電子ビー
ムによる露光は、ミクロン以下の寸法が所望である場合
には、一般的に使用される技法である。なぜならば、光
リソグラフィ技法の場合には、寸法上の制限が課せられ
るからである。米国特許第4,959,326号には、マスク上
の地形(形状)の大きさに対する制限ゆえに、遠紫外線
光印刷(deep ultraviolet printing)技法は、当該マス
クの使用による制限を受ける旨が、開示されている。前
記米国特許第4,959,326号には、T型ゲート構造を作る
ために、光リソグラフィ技法と電子ビーム・リソグラフ
ィ技法との選択についても開示している。しかしなが
ら、当該方法は、製造プロセスをいっそうの複雑化す
る。T型ゲート構造は又米国特許第5,006,478号や、米
国特許第4,997,778号や、米国特許第4,975,382号におい
ても、開示されている。US Pat. No. 4,700,462 discloses a process for making T-type gates by using electron beam lithography techniques. Electron beam exposure is a commonly used technique when sub-micron dimensions are desired. This is because optical lithography techniques impose dimensional limitations. U.S. Pat. No. 4,959,326 discloses that deep ultraviolet printing techniques are limited by the use of the mask, due to limitations on the size of the terrain (shape) on the mask. U.S. Pat. No. 4,959,326 also discloses the selection of optical and electron beam lithography techniques for making T-shaped gate structures. However, the method further complicates the manufacturing process. T-gate structures are also disclosed in US Pat. No. 5,006,478, US Pat. No. 4,997,778 and US Pat. No. 4,975,382.
【0005】電子ビーム・リソグラフィ技法は、多くの
利点を有するが、又一方では次のような欠点をも有す
る。光リソグラフィ技法と比較すると、電子ビーム・リ
ソグラフィ技法は、電子ビームを継続的に再方向付けし
なければならないので、より低速である。「光リソグラ
フィ技法」は、波長が紫外線の波長か又はそれよりも長
い波長の電磁波による照射を利用するリソグラフィ・プ
ロセス(lithographic process)である旨、定義されるの
で、電子ビーム・リソグラフィ技法や、イオン・ビーム
・リソグラフィ技法や、光電子リソグラフィ技法や、X
線リソグラフィ技法などから区別される。その上、電子
ビーム・リソグラフィ技法は、よりコスト高となる。も
う1つの欠点としては、電子ビーム処理において一般的
に使用されるポジ形レジスト(例えば、ポリメチル・メ
タクリレート:即ちPMMA)は、有機溶媒の使用を必要と
するが、当該有機溶媒は、環境規制に従うことを一層困
難にすると言う点、が挙げられる。While electron beam lithography techniques have many advantages, they also have the following disadvantages. Compared to optical lithography techniques, electron beam lithography techniques are slower because the electron beam has to be continuously redirected. "Photolithography technique" is defined as a lithographic process that utilizes irradiation by electromagnetic waves whose wavelengths are at or above the wavelength of ultraviolet light, so electron beam lithography techniques and ion・ Beam lithography technique, optoelectronic lithography technique, X
Differentiated from line lithography techniques and the like. Moreover, electron beam lithography techniques are more costly. Another disadvantage is that positive resists commonly used in electron beam processing (eg polymethylmethacrylate: PMMA) require the use of organic solvents, which are subject to environmental regulations. It makes things even more difficult.
【0006】[0006]
【発明の目的】本発明の目的は、上述した電子ビーム・
リソグラフィ技法における欠点を除去し、ミクロン以下
(サブミクロン)の単位の長さを有するゲートを製造す
ることができる、T型ゲート構造を形成するための方法
を提供することである。OBJECTS OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide an electron beam
It is an object of the present invention to provide a method for forming a T-shaped gate structure, which eliminates the drawbacks in lithographic techniques and enables the production of gates with submicron lengths.
【0007】[0007]
【発明の概要】上記目的は、T型ゲート構造を形成させ
るための方法であって、光リソグラフィ技法と、当該T
型ゲートの脚部を小型化するためのマスクとを使用する
ことによって、当該マスク上のパターン形成用の不透明
材料の寸法上の限界に近づくことなく、達成される。そ
れどころか、当該脚部の長さは、透明な位相シフト材料
だけを使用することによって定められる。位相シフト材
料を通過する光線は、当該材料を通過しないで他の径路
を通る光線に対して、位相が180度だけずれる。これら
2組の光線の間の破壊的な干渉によって打消し合いが生
じ、それによって、位相シフト材料の縁に対応した位置
に暗部領域を有する鋭いコントラストの輪郭が形成され
る。SUMMARY OF THE INVENTION The above objective is a method for forming a T-shaped gate structure, which includes an optical lithography technique and
By using a mask for miniaturizing the legs of the mold gate, this is achieved without approaching the dimensional limits of the opaque material for patterning on the mask. On the contrary, the length of the leg is defined by using only transparent phase shift material. Rays passing through the phase shifting material are 180 degrees out of phase with rays passing through other paths without passing through the material. The destructive interference between these two sets of rays causes cancellation, thereby creating a sharp contrast contour with dark areas at locations corresponding to the edges of the phase shift material.
【0008】当該方法は、ネガ形レジストの下部層を有
する、ガリウム砒素部材のような基板を提供する工程を
含む。遠紫外線光による照射は、位相シフト材料を有す
る第1透明マスクを介して方向付けられる。当該マスク
は、石英系マスクであることができる。当該石英系マス
クは、基板上に形成する電気的接続を画定するために、
パターン化したクロムのような不透明材料を選択的に含
むことができる。位相シフト材料を通過する光線と、石
英を単に通過するだけの光線との相互干渉によって、当
該位相シフト材料の縁に対応する位置に露光されていな
いライン・パターンが創出される。次いで、下部ネガ形
レジストの層が現像されることによって、未露光のライ
ン・パターンが取り除かれると共に、石英系マスク上の
不透明材料のために未露光のままで取り残された全ての
レジスト材料も取り除かれる。The method includes the step of providing a substrate, such as a gallium arsenide member, having a lower layer of negative resist. Irradiation with deep UV light is directed through a first transparent mask having a phase shift material. The mask may be a quartz mask. The quartz-based mask is used to define the electrical connections made on the substrate.
An opaque material such as patterned chrome can optionally be included. Mutual interference of light rays that pass through the phase-shifting material with those that simply pass through the quartz creates an unexposed line pattern at locations corresponding to the edges of the phase-shifting material. The layer of bottom negative resist is then developed to remove the unexposed line pattern as well as any resist material left unexposed due to the opaque material on the quartz-based mask. Be done.
【0009】次いで、ネガ形レジストの上部層が、上記
の下部層の上と、当該下部層からの材料除去によって形
成された開口内とに、堆着させられる。次いで、第2マ
スクを使用することによって、第2回目の露光が行わ
れ、それによって、遠紫外線光による照射が、パターン
を形成するクロムのような不透明材料を有する当該第2
マスクを介して方向付けられる。当該クロムは、T型ゲ
ートの頭部を定めるようなパターンを形成すると共に、
上記の第1マスク上の透明材料において説明したよう
に、基板に沿った電気的接続位置を定めるように当該パ
ターンを形成する。上記頭部に対応する部分を除けば、
位相シフト材料の縁によって形成された開口に対応する
領域にはクロムは全く配置されない。従って、上部層の
レジスト材料は、当該上部層の現像の結果、下部層のそ
の付随的な開口内には残っている。A top layer of negative resist is then deposited over the bottom layer and within the openings formed by material removal from the bottom layer. A second exposure is then carried out by using a second mask whereby irradiation with deep UV light causes the second exposure with an opaque material such as chromium to form a pattern.
Directed through the mask. The chrome forms a pattern that defines the head of the T-shaped gate, and
The pattern is formed to define electrical connection locations along the substrate, as described above for the transparent material on the first mask. Except for the part corresponding to the above head,
No chromium is placed in the areas corresponding to the openings formed by the edges of the phase shift material. Therefore, the resist material of the top layer remains in its associated openings in the bottom layer as a result of the development of the top layer.
【0010】次いで、ゲート材料が、下部ネガ形レジス
ト層の上と、当該ネガ形レジスト層に形成された開口内
とに堆着させられる。リフト・オフ(剥離)技術が使用
されることによって、不必要なゲート材料が除去され、
それによってT型ゲート構造が残されると共に、基板の
表面に沿った導電性接続が選択的に残される。A gate material is then deposited over the lower negative resist layer and within the openings formed in the negative resist layer. Lift-off technology is used to remove unnecessary gate material,
This leaves a T-shaped gate structure and selectively leaves conductive connections along the surface of the substrate.
【0011】望ましくは、下部層と上部層の双方に対し
て、単一種のネガ形フォトレジスト材料が使用される。
適切なレジスト材料は、シップレイ社(Shipley Company
Inc.)の、米国連邦登録商標「SAL−601」を有する製品で
ある。下部層は、照射露光されることにより、第1像を
形成し、その後、当該像は、現像されることにより、下
部層に第1開口を形成する。次いで、上部層が、下部層
の上と、第1開口内とに堆着される。下部層は充分に架
橋され終えているので、上部層を、下部層と同種の材料
のものとすることができ、その際、当該上部層の露光お
よび現像工程が、下部層の第1像に悪影響を及ぼす恐れ
はない。第2像は、上部層に形成され、そして第2像の
現像によって、第2開口が形成されると共に、第1開口
の少なくとも或ものから材料が除去される。従って、従
来技術とは異なって、単一種のフォト・レジスト材料を
使用して2層構造を製造することができ、その際、当該
2層構造を、T型ゲートの構成およびその他の何らかの
所望の構成のいずれの構成においても製造することがで
きる。即ち、本発明の当該態様は、T型ゲート構造を越
えた構造にまで及ぶ。Preferably, a single type of negative photoresist material is used for both the bottom and top layers.
A suitable resist material is Shipley Company.
Inc.), which has a US federal trademark "SAL-601". The lower layer is irradiated and exposed to form a first image, and then the image is developed to form a first opening in the lower layer. The top layer is then deposited on top of the bottom layer and within the first opening. Since the lower layer is fully crosslinked, the upper layer can be of the same material as the lower layer, with the exposure and development steps of the upper layer providing a first image of the lower layer. There is no fear of adverse effects. A second image is formed in the upper layer, and development of the second image forms a second opening and removes material from at least one of the first openings. Thus, unlike the prior art, a single layer of photoresist material can be used to fabricate a two-layer structure, where the two-layer structure is used to form the T-gate and any other desired structure. It can be manufactured in any of the configurations. That is, this aspect of the invention extends to structures beyond the T-gate structure.
【0012】[0012]
【実施例】図1を参照すると、下部フォト・レジスト層
10が、化合物半導体基板12上に示されている。当該基板
12は、ガリウム砒素基板であるが、本発明にとっては、
材質は重要ではない。下部フォト・レジスト層10は、ネ
ガ形で高解像度レジストである。当該ネガ形レジストの
適切な候補は、SAL−601である、但しSAL−601は、Sipl
ey Company Inc.の米国連邦登録商標である。下部フォ
ト・レジスト層10は、通常の技術を使用することによっ
て回転塗布される。下部フォト・レジスト層10の厚さ
は、例えば1500オングストロームである。EXAMPLE Referring to FIG. 1, lower photoresist layer
10 is shown on the compound semiconductor substrate 12. The substrate
12 is a gallium arsenide substrate, but for the present invention,
Material is not important. The bottom photoresist layer 10 is a negative, high resolution resist. A suitable candidate for the negative resist is SAL-601, where SAL-601 is Sipl.
It is a US federally registered trademark of ey Company Inc. The bottom photoresist layer 10 is spin coated by using conventional techniques. The thickness of the lower photoresist layer 10 is, for example, 1500 Å.
【0013】マスク14が使用されることによって、光強
度の強弱が、下部フォト・レジスト層10の上部表面を横
切って作り出される。当該マスクの表面上には、透明な
位相シフト材料16が存在する。当該位相シフト材料はλ
/(2(n−1))に等しい厚みを有する。但しここで:λ
は、位相シフトされるべき光の波長であり、nは材料16
の屈折率である。krFエキシマ・レーザからの波を位相
シフトさせることができる材料の1つに、ポリメチル・
メタクリレート(即ち、PMMA)がある。約2530オングス
トロームの厚みを有するPMMAの層が、マスク14の上に被
覆され、その後、電子ビーム・リソグラフィ技法が使用
されることによって、材料16にパターンが形成される。
1990年度のIEEEトランザクション、CH2865-4 90 0000−
0821(821〜824ページ)において、ワタナベ氏ほかによっ
て記述されている通り、位相シフトマスクを製造するた
めの代替的な手法は、位相シフト材料としてSiNを使用
することである。The use of the mask 14 creates intensity variations in light intensity across the upper surface of the lower photoresist layer 10. A transparent phase shift material 16 is present on the surface of the mask. The phase shift material is λ
It has a thickness equal to / (2 (n-1)). Where: λ
Is the wavelength of the light to be phase shifted and n is the material 16
Is the refractive index of. One of the materials that can phase shift the wave from the krF excimer laser is polymethyl
There is methacrylate (ie PMMA). A layer of PMMA having a thickness of about 2530 angstroms is coated over the mask 14 and then electron beam lithography techniques are used to pattern the material 16.
1990 IEEE Transaction, CH2865-4 90 0000-
In 0821 (pp. 821-824), as described by Watanabe et al., An alternative approach for making phase shift masks is to use SiN as the phase shift material.
【0014】KrFエキシマ・レーザからの248ナノメート
ルの波長を有する光線は、図1において、矢印として示
される。当該光線は、不透明な石英系基板を通過する。
同様に、当該光線は、位相シフト材料16を通過する。し
かしながら、当該位相シフト材料から出た波は、他の波
に対して180度だけ位相がずれている。位相シフトされ
ているといないとにかかわらず、マスク14を通過する波
は、下部フォト・レジスト層10の表面を露光する。A ray having a wavelength of 248 nanometers from a KrF excimer laser is shown as an arrow in FIG. The light beam passes through an opaque quartz-based substrate.
Similarly, the ray passes through the phase shift material 16. However, the wave emanating from the phase shift material is 180 degrees out of phase with the other waves. Waves passing through the mask 14, whether phase-shifted or not, expose the surface of the lower photoresist layer 10.
【0015】しかしながら、位相シフト材料16の各々の
縁18、20に対して、不露光ライン・パターンが形成され
る。材料16を通過したために180度だけ位相がシフトさ
れた光線は、マスク14の石英系基板を通過する光線と干
渉し合う。その結果、打消し合いが生じて、各々の縁1
8、20に対応する位置に暗部領域が提供される。通常の
透過マスクを使用することによって得られるものよりも
更に高い解像度とコントラストとが得られる。However, for each edge 18, 20 of the phase shift material 16, an unexposed line pattern is formed. The rays whose phase is shifted by 180 degrees because they have passed through the material 16 interfere with the rays that pass through the quartz-based substrate of the mask 14. As a result, cancellations occur and each edge 1
Dark areas are provided at positions corresponding to 8 and 20. Even higher resolutions and contrasts are obtained than those obtained by using conventional transmission masks.
【0016】選択的に、マスク14は、パターン化された
不透明材料22を含むことができる。望ましくは、当該不
透明材料22は、クロムである。クロムはパターンを形成
することによって、導電性径路が製造されるべき基板12
上の領域へKrF光が送られるのを阻止する。Optionally, mask 14 can include a patterned opaque material 22. Desirably, the opaque material 22 is chrome. Chromium is patterned to form a substrate 12 on which conductive paths are to be manufactured.
Prevents KrF light from being sent to the upper region.
【0017】本発明は、KrFレーザ露光の使用により説
明されてきたが、その他の光源も利用され得る。望まし
くは、光線は、遠紫外線の光の領域内にあるものがよ
い。当該光線の波長は、解像度に関して主要な役割を果
たす。露光時における露光量はそれほど重要ではない。Although the present invention has been described using a KrF laser exposure, other light sources may be utilized. Desirably, the light rays are in the far ultraviolet light region. The wavelength of the ray plays a major role in terms of resolution. The exposure amount at the time of exposure is not so important.
【0018】次に、図2を参照すると、ネガ形下部フォ
ト・レジスト層10用にSAL−601が使用された場合には、
水性アルカリ現像液が使用され得る。基板12と下部層10
とは1分間、約115度の温度で焼成される。光エネルギ
に対する露出と当該次階段の熱処理とによって、下部フ
ォト・レジスト層のうち、露光が阻止されなかった部分
と、光線が干渉によって打消し合わなかった部分とにお
ける当該下部フォト・レジスト層が架橋される。(橋欠
け、クロスリンク)水性アルカリ現像液は、環境規制に
従うことを、電子ビーム・プロセスにおいて通常的に使
用されている有機溶媒の使用と比較した場合には、より
容易なものにする。その上、ネガ形下部フォト・レジス
ト層10は、SEM検査時や、導電性ゲート構造を形成する
ためのゲート材料の堆着時において、より損傷を受けに
くい。Referring now to FIG. 2, if SAL-601 is used for the negative bottom photoresist layer 10,
Aqueous alkaline developers can be used. Substrate 12 and bottom layer 10
Is baked for 1 minute at a temperature of about 115 degrees. Due to the exposure to the light energy and the heat treatment of the next step, the lower photoresist layer is cross-linked between the portion where the exposure is not blocked and the portion where the light rays do not cancel each other due to the interference. To be done. Aqueous (bridgeless, cross-linked) alkaline developers make complying with environmental regulations easier when compared to the use of organic solvents commonly used in electron beam processes. Moreover, the negative bottom photoresist layer 10 is less susceptible to damage during SEM inspection and deposition of gate material to form the conductive gate structure.
【0019】下部フォト・レジスト層10の現像によっ
て、狭いギャップ24、26と導電性径路の堆着形成用の長
い領域28とが、形成される。上述した通り、これらの狭
いギャップ24、26は、図1における位相シフト材料16の
縁18、20と整列する。下部フォト・レジスト層10を、24
8ナノメートルのKrF照射に対して露光させた場合、当該
ギャップ24、26を1000オングストロームの長さに保つこ
とができることが見出されている。従って、露出照射に
用いられる光線の波長の1/2未満の長さを有するT型ゲ
ートを製造するために、光リソグラフィ技法を使用する
ことができる。上述した通り、露出照射に用いられる光
線の波長は、解像度を決定する上で重要な役割を果た
す。それと言うのも、位相シフト材料16の欠陥からの散
乱が生ずるからである。長い領域28の寸法は、一般に、
図1のマスク14の不透明材料22の寸法に対応する。Development of the lower photoresist layer 10 forms narrow gaps 24, 26 and long areas 28 for depositing conductive pathways. As mentioned above, these narrow gaps 24,26 align with the edges 18,20 of the phase shifting material 16 in FIG. Lower photoresist layer 10 to 24
It has been found that the gaps 24, 26 can be maintained at a length of 1000 angstroms when exposed to 8 nanometer KrF radiation. Therefore, photolithographic techniques can be used to fabricate T-shaped gates with lengths less than half the wavelength of the light used for exposure irradiation. As described above, the wavelength of the light beam used for exposure irradiation plays an important role in determining resolution. This is because scattering occurs from defects in the phase shift material 16. The dimensions of the long area 28 are generally
It corresponds to the dimensions of the opaque material 22 of the mask 14 of FIG.
【0020】図3に示されるネガ形フォト・レジスト上
部層30は、フォト・レジスト層10と基板12との上に塗布
される。下部層10を形成するために選択される材料は、
上記の工程で充分に架橋される材料でなければならな
い。そうすることによって、下部層10を、上部層30の成
形時に利用される注型溶液(casting solution)に対して
不溶にし、それによって、下部層10中のパターンが、上
部層30が塗布される時に、かき乱されることが防止され
る。上部層30は、ギャップ24、26を埋める。上部層30の
厚みは、5000オングストロームである。ここで再び付言
すると、SAL−601は、レジスト層を形成する上で適した
材料である。従って、2つのフォト・レジスト層の双方
を形成するために、単一種の材料を使用することができ
る。第2マスク32は、石英系基板であり、不透明材料3
4、36を含む。当該不透明材料は、クロムであってもよ
い。遠紫外線光、例えば、KrF放射光線によって、フォ
ト・レジスト上部層30は、不透明材料34、36によって当
該放射光線が阻止されなかった部位において、露光され
る。不透明材料36は、図1の第1マスク上に存在したク
ロムに対応する。そのフォト・レジストは、露光用の放
射光線を強く吸収するので、どうしても円錐台形状が生
じてしまい、そのために第2マスク上の不透明材料36は
第1マスク上の不透明材料よりも狭くすべきである。The negative photoresist top layer 30 shown in FIG. 3 is applied over the photoresist layer 10 and the substrate 12. The material selected to form the bottom layer 10 is
It must be a material that is fully crosslinked in the above steps. By doing so, the lower layer 10 is made insoluble in the casting solution used when the upper layer 30 is molded, whereby the pattern in the lower layer 10 is applied to the upper layer 30. Sometimes disturbed is prevented. The upper layer 30 fills the gaps 24,26. The thickness of the upper layer 30 is 5000 Å. Here again, SAL-601 is a suitable material for forming a resist layer. Therefore, a single type of material can be used to form both two photoresist layers. The second mask 32 is a quartz substrate and is made of an opaque material 3
Including 4, 36. The opaque material may be chrome. The deep UV light, eg, KrF radiation, exposes the photoresist top layer 30 at locations where the radiation was not blocked by the opaque materials 34, 36. The opaque material 36 corresponds to the chromium present on the first mask of FIG. The photoresist strongly absorbs the exposing radiation, which inevitably results in a frustoconical shape, which is why the opaque material 36 on the second mask should be narrower than the opaque material on the first mask. is there.
【0021】不透明材料34は、製造されるべきT型ゲー
ト構造の頭部の寸法を決定する。ギャップ24は、当該T
型ゲート構造の脚部の長さと高さとを決定する。位相シ
フト材料の縁が位置する所には全てライン・パターンが
創出されると言う原因のみに起因して、狭いギャップ26
が形成される。しかしながら、ここで、当該ゲート構造
を形成する上で使用されない狭いギャップ26は、導電性
ゲート材料を堆着させるための次工程において残される
材料によって単に埋められる。それ故、不必要な当該狭
いギャップは、複雑なパターン形成工程を必要とするこ
となしに、除去される。The opaque material 34 determines the dimensions of the head of the T-shaped gate structure to be manufactured. The gap 24 is the T
Determine the length and height of the legs of the mold gate structure. The narrow gap 26 is only due to the fact that a line pattern is created wherever the edges of the phase shift material are located.
Is formed. However, here, the narrow gaps 26 not used in forming the gate structure are simply filled with the material left in the next step for depositing the conductive gate material. Therefore, the undesired narrow gap is removed without the need for complicated patterning steps.
【0022】次に図4を参照すると、第2マスキング工
程に続いて、架橋(露光)されなかったフォト・レジス
ト材料の除去が行われる。2つの円錐台形状のギャップ
38、40が、フォト・レジスト上部層30内に形成される。
ギャップ38、40の下向きに拡大する形状は、T型ゲート
構造の頭部の製造に際しては一般的である。ここで注目
すべき点は、上記脚部用の狭いギャップ24の形成時に付
随的に形成されてしまった狭いギャップ26は、上部層30
からフォト・レジスト材料が除去される間、露出しない
点である。従って、付随的に形成された当該狭いギャッ
プは、次工程において何らの役割も果たさない。Referring now to FIG. 4, the second masking step is followed by removal of uncrosslinked (exposed) photoresist material. Two frustoconical gaps
38, 40 are formed in the photoresist top layer 30.
The downwardly expanding shape of the gaps 38, 40 is common in the manufacture of T-gate structure heads. The point to be noted here is that the narrow gap 26, which was additionally formed when the narrow gap 24 for the leg was formed, is not formed in the upper layer 30.
It is not exposed while the photoresist material is removed from the. Therefore, the narrow gap formed incidentally does not play any role in the next step.
【0023】次いで、図5に示される通り、ゲート材料
の層42が堆着させられる。当該ゲート層42は、T型ゲー
ト構造の製造においては通常的なものである工程を使用
することによって、製造され得る。例えば、5000オング
ストロームの厚みを有するフィルムが、金を蒸発させる
ことによって堆着される。当該蒸発によって、基板12上
に、当該材料による導電性径路48、T型ゲート構造の脚
部44、頭部46とが創出される。A layer 42 of gate material is then deposited, as shown in FIG. The gate layer 42 can be manufactured by using processes that are conventional in the manufacture of T-type gate structures. For example, a film having a thickness of 5000 Angstroms is deposited by evaporating gold. The evaporation creates a conductive path 48 of the material, legs 44 of the T-shaped gate structure, and a head 46 on the substrate 12.
【0024】最終工程において、リフト・オフ(剥離)
技術が使用されることによって、ゲート層42における不
要部分が取除かれる。ネガ形フォト・レジスト上部層30
と、ネガ形下部フォト・レジスト層10とが剥取られて、
フォト・レジスト上部層30上にあるゲート層部分が除去
される。従って、図6に示される構造が残る。T型ゲー
ト構造50は、頭部44と脚部46とから構成される。更に、
導電性径路48は、追加的な製造工程を必要とすることな
しに形成される。Lift-off (peeling) in the final process
The technique is used to remove unwanted portions of the gate layer 42. Negative photoresist top layer 30
And the negative lower photoresist layer 10 is stripped off,
The portion of the gate layer overlying the photoresist top layer 30 is removed. Therefore, the structure shown in FIG. 6 remains. The T-shaped gate structure 50 is composed of a head portion 44 and a leg portion 46. Furthermore,
The conductive path 48 is formed without requiring additional manufacturing steps.
【0025】上記した通り、フォト・レジスト層10、30
の双方を形成する際に、単一種のフォト・レジスト材料
を使用することができる。T型ゲートの形成に加えて、
本発明の態様は、その他の2層構造を製造する上で、利
用され得る。第1ネガ形フォト・レジスト層は、放射光
線に対して露光されて、像を形成し、その後、当該像が
現像されることによって、第1開口が創出される。露光
後の焼成によって、充分な架橋がなされ、それによっ
て、同種のネガ形フォト・レジスト材料による第2層の
形成が可能にされる。像は、第2ネガ形フォト・レジス
ト層に創出される。像を層に形成するためのフォト・リ
ソグラフィ技術は、本発明に関して本質的なものではな
いが、望ましくは光リソグラフィ技術である。第2ネガ
形フォト・レジスト層における像は、現像されて第2開
口を提供すると共に、第1開口の少なくともある部分か
ら材料を除去する。次いで、金などの導電性材料が、第
1および第2開口内に堆着させられて、所望の2層構造
を形成する。As described above, the photoresist layers 10, 30
A single type of photoresist material can be used in forming both. In addition to forming a T-shaped gate,
Aspects of the invention can be utilized in making other two-layer structures. The first negative tone photoresist layer is exposed to radiation to form an image, which is then developed to create the first opening. Post-exposure bake provides sufficient cross-linking, which allows the formation of a second layer of the same negative working photoresist material. An image is created in the second negative tone photoresist layer. The photolithographic technique for forming the image in the layer is not essential to the invention, but is preferably a photolithographic technique. The image in the second negative photoresist layer is developed to provide a second opening and remove material from at least some of the first opening. A conductive material such as gold is then deposited in the first and second openings to form the desired two layer structure.
【0026】[0026]
【発明の効果】本発明の利点は、光リソグラフィ技法の
方が、T型ゲート構造の製造において一般的に使用され
ている電子ビーム・リソグラフィ技法よりもコスト安で
あると言う点に存する。その上、光リソグラフィ技法
は、電子ビーム・リソグラフィ技法の連続的な露光工程
を必要としないので、より高い製造効率を達成すること
ができる。An advantage of the present invention is that optical lithography techniques are less expensive than electron beam lithography techniques commonly used in the fabrication of T-gate structures. Moreover, optical lithography techniques can achieve higher manufacturing efficiency because they do not require the continuous exposure steps of electron beam lithography techniques.
【0027】本発明のもう一つ別の利点は、アルカリ性
水溶液でもって現像することができるネガ形レジストを
選択することができる点に存する。即ち、このことは、
電子ビーム・リソグラフィ技法において一般的に使用さ
れる有機溶媒と比較した場合、環境規制に対して容易に
対処することができると言うことを意味する。更に、好
ましいネガ形レジストは、SEM検査の間、またはゲート
材料の堆着工程の間、損傷をより受けにくい。Another advantage of the present invention resides in the ability to choose a negative resist that can be developed with an aqueous alkaline solution. That is, this is
It means that environmental regulations can be easily addressed when compared to the organic solvents commonly used in electron beam lithography techniques. Moreover, the preferred negative resist is less susceptible to damage during SEM inspection or during the gate material deposition process.
【0028】本発明は、コスト高を招くことなく、位相
シフト材料の縁に沿って形成される全ての付随的な像の
取り除き問題を解決する。ネガ形レジストの上部層は、
下部ネガ形レジスト層の開口を埋め、その後、下部ネガ
形レジスト層における必要でない像の位置は上部層の露
光工程の間、保護されずに残される。選択的に、位相シ
フト材料は、寸法付けられることにより、当該材料の選
択された縁に沿った暗部領域を取り除くことができる。
例えば、1/4波長位相シフト材料の小区域を、像が必要
でない所の選択された縁に設けることができる。しかし
ながら、このことは、製造プロセスを困難化する上、露
光工程時における焦点の制御を更に厳しいものにする。
本発明は、これらの複雑化を回避する。The present invention solves all the incidental image removal problems formed along the edges of the phase shift material without incurring cost. The top layer of the negative resist is
After filling the openings in the lower negative resist layer, the unwanted image locations in the lower negative resist layer are left unprotected during the exposure step of the upper layer. Optionally, the phase shift material can be dimensioned to eliminate dark areas along selected edges of the material.
For example, a small area of quarter-wave phase shift material can be provided at selected edges where the image is not needed. However, this complicates the manufacturing process and makes the focus control during the exposure process more stringent.
The present invention avoids these complications.
【0029】もう1つ別の利点は、本発明がさらに高い
トランジスタの性能につながる点に存する。商業的に入
手可能な装置は、マスク上に1/5の寸法で地形(形状)
を印刷することができる。これは、電子ビーム・プロセ
スを使用することによって得られるものと比較した場
合、ラインの縁の粗さを減少させる。当該粗さの減少に
よって、トランジスの性能に悪影響を及ぼすゲート長の
変動が減少される。本発明は、最小限の長さを必要とす
る地形に対してのみ位相シフト技術を使用し、そしてよ
り大きなパターンに対しては不透明材料を使用するの
で、マスク上にサブ・リゾルーション・グレーチング(s
ub-resolution gratings)をパターン形成させると言う
複雑さが回避される。Another advantage resides in that the invention leads to higher transistor performance. Commercially available equipment is 1/5 the size of the terrain (shape) on the mask
Can be printed. This reduces the line edge roughness when compared to that obtained by using an electron beam process. The reduction in roughness reduces gate length variations that adversely affect transistor performance. The present invention uses the phase shift technique only for terrain that requires a minimum length, and uses opaque material for larger patterns, so that sub-resolution grating ( s
The complexity of patterning ub-resolution gratings is avoided.
【図1】本発明において、基板上のホトレジスト層を露
光する第1マスク工程を示した図である。FIG. 1 is a diagram showing a first mask process of exposing a photoresist layer on a substrate in the present invention.
【図2】図1の工程の後、ホトレジスト層を現像した後
の基板を示した図である。2 is a diagram showing the substrate after developing the photoresist layer after the step of FIG. 1; FIG.
【図3】図2の基板上のホトレジスト層を露光する第2
マスク工程を示した図である。FIG. 3 is a second exposure of the photoresist layer on the substrate of FIG.
It is the figure which showed the mask process.
【図4】図3の工程の後、ホトレジスト層を現像した後
の基板を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing the substrate after developing the photoresist layer after the step of FIG. 3;
【図5】図4の基板上に導電層を形成した図である。5 is a diagram in which a conductive layer is formed on the substrate of FIG.
【図6】図5の工程の後、リフトオフ処理をして、T型
ゲート構造体と導電通路を残した構造体の図である。FIG. 6 is a diagram of a structure in which a lift-off process is performed after the step of FIG. 5 to leave a T-shaped gate structure and a conductive path.
12:基板、10,30:フォトレジスト層、16:位
相シフト材料 36:不透明材料、50:T型ゲート12: Substrate, 10, 30: Photoresist layer, 16: Phase shift material 36: Opaque material, 50: T-type gate
Claims (6)
構造の形成方法であって、 第1レジスト層を有する基板を与えること、 第1領域に第1光線を照射し、第2領域には前記第1光
線と180°位相が異なる第2光線を照射して、前記第
1、第2光線の干渉により前記第1、第2領域の境界部
に前記脚部を定める露出されたパターンを前記第1レジ
スト層中に形成すること、 前記基板上に第2レジスト層を与えること、 前記第2レジスト層を照射して前記頭部を定めること、 前記第2レジスト層中ら画定された前記頭部および前記
第1レジスト層中に画定された前記脚部からレジスト層
を除去すること、 前記頭部および脚部にゲート物質を形成することを有す
るT型ゲート構造の形成方法。1. A method of forming a T-shaped gate structure having narrow legs and a wide head, which comprises providing a substrate having a first resist layer, irradiating the first region with a first light beam, and The area is exposed to a second light ray having a phase difference of 180 ° from the first light ray, and the leg portion is exposed at the boundary between the first and second areas due to the interference of the first and second light rays. Forming a pattern in the first resist layer, providing a second resist layer on the substrate, irradiating the second resist layer to define the head, and defining from the second resist layer A method of forming a T-shaped gate structure comprising: removing a resist layer from the head portion and the leg portion defined in the first resist layer; and forming a gate material on the head portion and the leg portion.
ンを形成する工程は、180°位相シフト用物質を備えた
マスクを介して光線を照射する請求項1に記載のT型ゲ
ート構造の形成方法。2. The T-shaped gate structure according to claim 1, wherein in the step of forming the exposed pattern in the first resist layer, light rays are irradiated through a mask provided with a 180 ° phase shift material. Forming method.
ンを形成する工程は、不透明物質を備えたマスクを使用
し、前記第1レジスト層の選択した領域への光照射を阻
止し、前記基板上での導電接線部を画定する請求項1に
記載のT型ゲート構造の形成方法。3. The step of forming an exposed pattern in the first resist layer uses a mask provided with an opaque material to prevent light irradiation to selected areas of the first resist layer. The method for forming a T-shaped gate structure according to claim 1, wherein a conductive tangent portion is defined on the substrate.
透明物質を備えたマスクを使用して、前記頭部への照射
を阻止することを含む請求項1に記載のT型ゲート構造
の形成方法。4. The T-shaped gate structure of claim 1, wherein the step of exposing the second resist layer comprises using a mask provided with an opaque material to prevent irradiation of the head. Forming method.
と同一物質のネガ形レジスト層である請求項1に記載の
T型ゲート構造の形成方法。5. The method for forming a T-type gate structure according to claim 1, wherein the second resist layer is a negative resist layer made of the same material as the first resist layer.
よび前記第2レジスト層を露光する工程は光リソグラフ
ィ技法により行なわれる請求項1に記載のT型ゲート構
造の形成方法。6. The method for forming a T-shaped gate structure according to claim 1, wherein the step of forming the exposed pattern and the step of exposing the second resist layer are performed by an optical lithography technique.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US86592092A | 1992-04-09 | 1992-04-09 | |
| US865920 | 1992-04-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0621103A true JPH0621103A (en) | 1994-01-28 |
Family
ID=25346537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5107780A Pending JPH0621103A (en) | 1992-04-09 | 1993-04-09 | Formation method of t-shaped gate structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0621103A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1182700A3 (en) * | 2000-08-23 | 2004-05-19 | Tyco Electronics Corporation | Process for the selective manufacturing of a T-shaped gate |
| JP2012230408A (en) * | 2004-01-29 | 2012-11-22 | Rohm & Haas Electronic Materials Llc | T-gate formation |
-
1993
- 1993-04-09 JP JP5107780A patent/JPH0621103A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1182700A3 (en) * | 2000-08-23 | 2004-05-19 | Tyco Electronics Corporation | Process for the selective manufacturing of a T-shaped gate |
| JP2012230408A (en) * | 2004-01-29 | 2012-11-22 | Rohm & Haas Electronic Materials Llc | T-gate formation |
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