(57)【要約】コンタクトの間隔が制御され、電気的なショートの可能性が減り、除去できる方法を提供する。基板上にエッチングマスク構造体を形成する方法によれば、基板をエッチングし、エッチングマスク構造体を横方向に伸張させ、元のマスク領域と整合する自己整合金属層を堆積させる。エッチングは等方性又は異方性でもよい。自己整合金属層は、元のエッチングマスク領域から意図的に横方向に伸張させたエッチングマスク層の範囲に基づいて間隔を空ける。金属堆積に続いて、最初のマスク構造体が除去され、その頂部の金属がリフトオフされる。エッチングマスク構造体はレジストでもよく、従来のフォトリソグラフィで形成してもよく、ほぼ垂直なサイドウオールを有する。横方向の伸張にはエッチングマスク構造体のシリレン化方法を含む。この方法はバイポーラ、ヘテロ−バイポーラ又は電界効果トランジスタの形成に用いられる。
2005507556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板をエッチングして、マスクされる領域を画定するマスク構造体を形成するステップと、
前記マスク構造体を少なくとも一つの横方向に制御して伸張させるステップと、
前記マスクされる領域に整合される自己整合金属層を堆積させるステップと
を含み、
前記自己整合金属層は、マスク構造体の伸張量に基づいてマスクされた領域から間隔を空けられていることを特徴とする基板上にエッチングマスク構造体を形成する方法。
【請求項２】
前記制御して伸張させるステップは、前記マスク構造体をシリレン化するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板は第１物質と、前記第１物質の上にわたって形成された第２物質とを備え、
前記第２物質は金属、ドープされたポリシリコン、金属シリサイド、酸化アルミニウム、酸化シリコン、及び窒化シリコンの群から選ばれ、
前記マスク構造体は、フォトレジスト、ポリマー、及び有機物質からなる群から選ばれた第３物質を含み、前記マスクされた領域と対応する第２物質の部分にわたって配置されており、
前記エッチングステップの前に前記第２物質のマスクされた領域を除いて全て除去するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第１層の上にマスク層を堆積させるステップと、
前記第１層をエッチングするステップと、
前記マスク層を横方向に伸張させるステップと、
前記第１層について自己整合する第２層を堆積させるステップと
を含むことを特徴とするマスク構造体を形成する方法。
【請求項５】
前記マスク層はほぼ垂直なサイドウオールを有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記横方向に伸張させるステップは、前記マスク層をシリレン化するステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記横方向に伸張させるステップは、前記マスク層をリフロー化させるステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記エッチングステップは、前記第１層を異方性エッチングするステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記マスク層をリフトオフするステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
請求項４に記載の方法で形成されたほぼ垂直なサイドウオールを有するパターン化形状を含むことを特徴とする半導体構造体。
【請求項１１】
前記第１層は、第ＩＶ族元素群、第ＩＩＩ族元素−第Ｖ族元素間物質群、第ＩＩ族元素−第ＶＩ族元素間物質群から選択された物質であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体構造体。
【請求項１２】
前記第１層は、２元系、３元系又は４元系化合物であることを特徴とする請求項１１に記載の半導体構造体。
【請求項１３】
基板にの上にわたって形成された半導体層の上にわたってマスク層を形成するステップと、
前記半導体層をエッチングするステップと、
前記マスク層を横方向に伸張させるステップと、
前記半導体層に自己整合によって電極層を堆積させるステップと
を含むことを特徴とするバイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項１４】
前記マスク層はほぼ垂直なサイドウオールを有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記横方向に伸張させるステップは、前記マスク層をシリレン化するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記マスク層をリフトオフさせるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
基板の上にわたって形成された第１層の上にわたってマスク層を形成するステップであって、前記第１層は第ＩＩＩ族元素−第Ｖ族元素間化合物の２元系、３元系又は４元系の組み合わせであるステップと、
前記第１層をエッチングするステップと、
前記マスク層を横方向に伸張させるステップと、
前記第１層に自己整合によって電極層を堆積させるステップと
を含むことを特徴とするヘテロ−バイポーラトランジスタの製造方法。
【請求項１８】
前記第１層は異方的にエッチングされることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１層はインジウム−リン又はインジウム−ガリウム−ヒ素であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
基板と、
前記基板の上にわたって形成された半導体物質層と、
前記半導体物質層の上に形成されたソースコンタクトと、
前記半導体物質層の上に形成されたドレインコンタクトと、
前記半導体物質層の上に形成され、前記ソースコンタクトと前記ドレインコンタクトとの間に配置され、ほぼ垂直なサイドウオールを有するメサと、
前記メサの頂部上に形成されたゲート電極と
を備えたことを特徴とするＭＥＳＦＥＴ。
【請求項２１】
前記基板は、第１群の第ＩＩＩ族元素−第Ｖ族元素間化合物であって、前記半導体物質層は前記第１群の第ＩＩＩ族元素−第Ｖ族元素間化合物とは異なる第２群の第ＩＩＩ族元素−第Ｖ族元素間化合物であることを特徴とする請求項２０に記載のＭＥＳＦＥＴ。
【請求項２２】
基板と、
前記基板の上にわたって形成されたコレクタと、
前記コレクタの上にわたって形成されたベースと、
前記ベースの上にわたって形成され、ほぼ垂直なサイドウオールを有するエミッタと
を備えたことを特徴とするバイポーラトランジスタ。
【請求項２３】
前記コンタクトの上に形成された第１コンタクトと、
前記ベースの上に形成された第２コンタクトと、
前記エミッタの上に形成された第３コンタクトと
を備えたことを特徴とする請求項２２に記載のバイポーラトランジスタ。
【請求項２４】
前記基板はインジウム−リンであり、前記コレクタは第１の導電率を有するインジウム−ガリウム−ヒ素であり、前記ベースは前記第１の導電率とは異なる第２の導電率を有するインジウム−ガリウム−ヒ素であり、前記エミッタは前記第１の導電率を有するインジウム−リンであることを特徴とする請求項２３に記載のバイポーラトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横方向に延在したエッチングマスク又は”Ｔ”型のエッチングマスクを用いた薄膜のリフトオフ方法に関する。特に、エッチング処理が行われた後にエッチングマスクの上に横方向への伸張を制御して形成できる。横方向に伸張したエッチングマスクは、金属又は他の物質の薄膜を基板上に接触させることなく堆積させるために用いられる。本発明の方法は、集積回路等の電子デバイスの製造方法の中の一部分とすることもできる。
【背景技術】
【０００２】
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、金属−半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、ヘテロ構造バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）等のトランジスタ、ダイオード、レーザ及び他の回路がパターン化され、配置された集積回路、及び／又は、非接触の金属とを様々な従来の方法によって基板上に形成することができる。
【０００３】
例えば、従来の減算型（subtractive）エッチング法によれば、基板上に完全な又は連続の金属層を堆積させることができる。そして、金属層は、照射技術及び現像技術によってリソグラフィでパターン化されたフォトレジストがコーティングされる。パターン化されたフォトレジストは、保護されていない金属を除去する金属エッチングの間で保護物質としての役目を果たす。従来の湿式化学エッチング法、イオンミリング、及び／又は乾式エッチング法では望んでいない金属の除去やエッチング除去が生じる。
【０００４】
従来の他の製造方法では、オーバハング構造を用いて基板上にパターン化された金属薄膜を形成するステップを含んでいる。オーバハング構造によって、金属堆積ステップ中、金属のないままの領域を画定している。保護的なオーバハング構造は、該オーバハング構造によって保護されていない領域にのみ残っている金属と共にリフトオフできる金属のコーティングがされている。
【０００５】
例えば、図１Ａ−１Ｅに示すある従来方法では、パターン化されたフォトレジスト及び誘電体が用いられる。図１Ａでは、基板１２の上に金属１０が堆積され、金属１０の上に誘電体層８が堆積され、誘電体層８の上にフォトレジスト２が堆積される。図１Ｂでは、フォトレジストは通常のフォトマスク、露出領域４、６を介して放射線にさらされる。露出領域の現像又は除去に続いて、図１Ｃに示すようにパターン化された構造が残る。選択エッチャントを用いて保護されていない領域の誘電体層８を除去する。誘電体は、横方向の寸法がパターン化されたフォトレジスト１６よりも小さくなるように、即ち寸法ｘが寸法ｘ’より小さくなるように、誘電体の寸法を減らすために”過剰に”エッチングされる。別の選択エッチャントが金属層１０の部分を除去するために用いられ、その際、誘電体層がエッチングマスクとして働く。
【０００６】
上記処理によってトランジスタ構造のゲート等など、デバイスの一部として用いられる金属領域２０が作成される。エッチングの後、図１Ｆに示すように、全体の構造（層２２、２４、２６）を覆って第２金属の堆積が行われる。オーバハング構造１６の存在のために金属（２２、２４）は層２０のいずれかの側に堆積され、層２０と間隔が空き、接触していない金属層を生成する。その後、フォトレジスト及び誘電体は除去され、フォトレジストの頂上の金属はリフトオフされる。図１Ｇには金属の最後の配置を示した。
【０００７】
前述の従来法にはいくつもの問題がある。オーバハングの横方向の寸法を要求された程度に従来の半導体製造基準によって制御することは困難である。パターン化されたフォトレジストの下の誘電体領域は最初のフォトマスクの寸法とは同じではないので、問題は複雑化する。そのため、例えば、図１Ｃで示す露出されていない領域中の線の幅（ｘ）は、図１Ｄの構造１８で画定された線の幅（ｘ’）と等しくない。金属線２０の幅は、およそ制御が難しいオーバエッチの結果である。金属線の寸法が半導体製造技術において重要なため、この不一致は問題となる。
【０００８】
さらに、様々なデバイス製造法では、パターン化構造のいずれかの側に金属を堆積させる前に基板の部分のエッチングを必要としている。従来のエッチング法を用いて基板のこれらの領域をエッチング除去することは問題がある。例えば、多くの化学溶剤、主に半導体物質をエッチングするために用いられる酸及びアルカリは、結晶学的方位に沿って優先的に物質を除去する。エッチングされる物質の様々な方向でのエッチング速度及び特徴における対称性は欠如しており、この点が望ましくない。半導体工業で用いられるほとんどの基板は、単結晶であり、単結晶は様々な結晶面に沿って様々な速度で優先的にエッチングされる（例えば、シリコン、ガリウム−ヒ素、インジウム−リン、カドミウム−テルル、インジウム−アンチモン、及び、第ＩＩ族元素−第ＶＩ族元素間化合物、第ＩＩＩ族元素−第Ｖ族元素間化合物）。
【０００９】
図２Ａ及び図２Ｂにそのような２つの構造例を示した。これらの図では、エッチングされた基板上に配置されたオーバハングしたフォトレジスト層３０、３２をそれぞれ示している。これらの図では、基板の傾斜した特徴を伴うサイドウオール３４、３５を示している。全ての方向で全ての特徴に均一なパターン化が要求される場合には、基板の傾斜したサイドウオールの形状は、不満足なものである。方法が本質的に主に化学的である場合には、乾式エッチングの間に同様の不十分な結晶学的形状が作成される。エッチングの結晶学的な性質によって作成できる最小寸法を制限する好ましくないアンダーカット部になることがある。
【００１０】
また、非結晶学的な湿式及び乾式化学的処理法も物質の除去又はエッチングステップ用に用いられる。この場合には、物質を除去した後、図３に示すように湾曲したアンダーカット部形状となる。垂直方向と水平方向のエッチング速度がよく異なるようにアンダーカットの程度を制御することは難しい。共通した結果としては、エッチング構造の足下の小さい「足（foot）」又は延在領域ができることである。半導体デバイスの基板は、エピタキシャル物質の多層膜からなり、デバイス作製中に多層膜のいくつかはエッチングされる。この「足」では、エピタキシャル層は露出し、金属がこれらの領域に堆積された場合に、層間での電気的なショートが生じる大きな可能性がある。
【００１１】
例えば、図３に示すように、半導体物質は基板４０の上に堆積された垂直積層エピタキシャル層４１、４２、４３を含むことがある。（ＨＢＴ型デバイスにおいてエミッタ領域を作製するために行われる）層４３の等方的なエッチングの間に、くぼんだ又はアンダーカットされたサイドウオール４４、４５が点４８、４９に延在する「足」を伴って形成される。コンタクト４６、４７を堆積させる間に、（例えば、ベースコンタクト４６、４７とエミッタ４３との間で）ショートする可能性が非常に高い。米国特許第５８０４４８７号に等方性エッチング法を用いたヘテロ構造バイポーラトランジスタを製造する方法が記載されている。したがって、アンダーカットを作製しうる等方性の乾式エッチングによって波形又は半円に似た既述のサイドウオール形状が形成される。この形の形状は、金属のリフトオフについての要求を満足するのに十分であるが、一方、エッチングされた基板又はデバイスの活性領域から堆積された金属を分離するには不十分である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、基板に非接触な薄膜を形成するために、コンタクトの間隔が制御され、電気的なショートの可能性が減り、あるいは除かれるようなオーバハング構造をより制御して作製する方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述のことを考慮して、横方向に延在させたエッチングマスクを用いた金属の薄膜リフトオフ方法を提供することは好ましい。本発明の一つの実施の形態によれば、基板上にエッチングマスク構造体を形成する方法は、基板をエッチングし、エッチングマスク構造体を横方向に伸張させ、当初にマスクされた領域に合わせて自己整合された金属層を堆積させる方法である。エッチングは等方性又は異方性であってもよい。自己整合金属層は、意図的に横方向に伸張させたエッチングマスクの範囲に基づいて元のエッチングマスク領域から離れていてもよい。金属堆積に続いて、最初のマスク構造体を除去してもよく、それによって頂上の金属をリフトオフすることができる。
【００１４】
エッチングマスク構造体は、レジストであってもよく、また、従来のフォトリソグラフィ物質及び技術を用いて形成でき、ほぼ垂直なサイドウオールを有する。横方向の伸張部分には、次のエッチング用のエッチングマスク層のシリレン化技術を含んでいてもよい。シリレン化構造によって、その後堆積される金属層が連続してしまうことを妨げるために用いられるオーバハングを形成する。この実施の形態による方法を用いて、ほぼ垂直な（即ち、異方性エッチングされた）サイドウオール又は湾曲形状、傾斜形状の（即ち、等方性エッチングされた）サイドウオールと基板形状から所定の（又は所望の）間隔を空けた金属を有するパターン化構造を含む半導体構造体を形成することができる。また、この方法では、ソースから基板に視線方向に堆積させることができる金属以外の物質、例えばポリシリコン等を用いてもよい。
【００１５】
第２の実施の形態によれば、方法には、金属の第１層があらかじめ堆積された領域の基板の上にエッチングマスク構造体を形成するステップを含む。エッチングマスク構造体は、フォトリソグラフィ物質及び技術で形成されたレジストであってもよく、ほぼ垂直なサイドウオールを有する。エッチングマスクによって、エッチングマスクの下に堆積された第１金属層の部分を除去プロセスの間に除去されることから保護し、シールドする。エッチングマスクによって保護されていない基板の領域（例えば、金属又は物質があらかじめ除去されている場合）は、その後、湿式又は乾式エッチング成分のいずれかで（等方的又は異方的に）除去される。
【００１６】
また、この実施の形態による方法には、レジスト層又はエッチングマスクをシリレン化することによってエッチングマスクを横方向に伸張させるステップを含み、シリレン化によってレジスト層を基板表面に平行な横方向に伸張させる。第２金属層を堆積させ、第２金属層は元のマスク領域に自己整合される。自己整合金属層は、意図的に横方向に伸張させたマスク層の範囲に基づいて元のマスクされた領域から間隔を置く。金属の堆積に続いて、最初のマスク構造体は除去され、金属の頂上をリフトオフできる。
【００１７】
この実施の形態による方法は、ほぼ垂直な（即ち、異方性エッチングされた）サイドウオール、又は湾曲構造、傾斜した（即ち、等方性エッチングされた）サイドウオールと基板構造から所望の間隔を空けて置かれた金属とを有するパターン化構造を含む半導体構造体を形成するために用いられる。また、この方法では、ソースから基板に視線方向に堆積させることができる金属以外の物質を用いてもよい。
【００１８】
本発明の種々の実施の形態の構造体及び機能と同様に、構成及び効果についても添付図面を参照して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、横方向に延在したエッチングマスクを用いるステップを含み、エッチングマスク半導体デバイス製造に用いられる方法に関する。特に、本発明の好ましい実施の形態の方法では、エッチングマスクとして働くパターン化層の垂直側面（また、サイドウオールと称する）に沿っての横方向の伸張又は体積変化を生じさせるステップを含む。この方法で作成されるエッチングマスク構造体は、半導体デバイスの製造に用いられる金属の非接触薄膜又は他の適当な物質（例えば、ポリシリコン）を堆積させるのに適した「オーバハング」を伴う形状を有する。
【００２０】
さらに、下にある基板は、異方的又は等方的エッチング等の適当なエッチング法で除去してもよい。物質堆積後、金属層又はその頂部に堆積させた他の物質を伴うエッチングマスクをその後除去ずることによって金属又は他の物質を「リフトオフ」することができる。そこで、残っている金属又は他の堆積させた物質を基板のエッチングされた領域の上にそのまま残す。オーバハングの横方向の伸張部分を制御することによって、エッチングマスクの下に新しく生成したエッチング構造体及び堆積させた金属又は他の物質は意図的に操作することができる。この方法では、最終的な半導体デバイス上での望ましくない電気的なショートの可能性を減らすことができる。
【００２１】
本発明の第１の好ましい実施の形態の方法は、基板上にエッチングマスク構造体をパターン化するステップと、等方的又は異方的のいずれかで基板をエッチングするステップと、エッチングマスク層を横方向に伸張させるステップと、エッチング法で生成された構造に自己整合された層を堆積させるステップとを含む。その後、エッチングマスク層を除去して、堆積させた層を従来のリフトオフプロセスのようにリフトオフさせる。
【００２２】
図４は、本発明の第１の好ましい実施の形態に係る製造方法の概略図であり、マスク層５４の横方向の伸張を制御することによってオーバハングマスク構造体６５を作成する。マスク層５４は、フォトレジスト、ポリマ、又は有機物質等の物質からなる。さらに、エッチング法６０は下の基板５０をエッチングするために用いられる。例えば、エッチング法６０は等方性又は異方性乾式エッチングである。本発明のある態様によれば、異方的なエッチングを用いて垂直な、又はほぼ垂直な（基板の面からおよそ７０〜９０°）サイドウオールが生成される。ステップ１０２−１１２は、製造過程の様々な段階の構造体１００を示している。
【００２３】
ステップ１０２では、基板５０の上にエッチングマスク層５２が形成される。基板５０は、半導体デバイス又は電気光学デバイスに用いられる物質の適当な層を伴うあるいは伴わない基板物質からなる。一例として、基板には、シリコン、酸化シリコン、酸化アルミニウム、ゲルマニウム、第ＩＩＩ族元素−第Ｖ族元素間化合物、第ＩＩ族元素−第ＶＩ族元素間化合物、ＧａＮ、炭化ケイ素、水晶、サファイア、又はこれらの組み合わせを含む。ＨＥＭＴやＨＢＴ等の多くのトランジスタデバイスについて、基板は、エピタキシャルな半導体層が水平に積層された構造からなることが好ましい。層５２は、フォトレジスト、ポリマー、又はその他の有機物層からなることが好ましく、０．７μｍ〜３μｍの厚さを有することが好ましい。
【００２４】
ステップ１０４では、マスク層５２は、パターン化されてエッチングマスク構造体５４を形成する。好ましい実施の形態において、層５２は、フォトリソグラフィックでパターン化され、現像されるレジスト又は適当なポリマー又は有機物質である。例えば、マスターマスク（図示せず）が、縮小してマスク層の上に映される。本発明の方法では、自己整合機構を用いており、それによってあらかじめパターン化された層へのぎりぎりの（critical）整合が必要でなくなる。記載から当業者にとって明白なように、他のパターニング方法、例えばレーザパターニングや他のいくつかの方法（例えば、電子ビーム、イオンビーム、Ｘ線、又は超紫外線）を用いてもよい。
【００２５】
ステップ１０６では、基板５０がエッチングされ、その際マスク構造体５４はエッチングマスクとして働く。エッチングマスクは、基板の一部をエッチングから保護及びシールドするために用いられる。好ましい実施の形態において、異方的乾式エッチング６０を用いて基板５０がエッチングされる。別の例として、垂直なサイドウオール形状が得られる又は得られない等方性及び／又は異方性エッチングを用いることができる。このエッチングには、湿式及び乾式エッチング方法の両方を含む。好ましい異方性エッチングの間に、ほぼ垂直な（基板面から約７０°〜９０°）サイドウオール５７、５８がエッチングマスク構造体５４の下部に形成される。
【００２６】
例えば、異方的と考えられる適当な乾式エッチング法には、イオンビームエッチング（ＩＢＥ）、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、又は、誘導結合プラズマエッチング、電子サイクロトロン共鳴エッチング（ＥＣＲ）、及び／又はヘリコンエッチングを含む技術の組み合わせを含む。好ましい実施の形態では、エッチングマスクとして同じ又はほぼ同じ横方向の大きさを備えた構造体が形成される。この好ましい態様は、従来のリフトオフ方法の上述の記載に対して、要求されるオーバエッチングによってエッチング構造体の寸法が元のパターン化されたエッチングマスクよりも小さくなるという点で大きく異なっている。また、この実施の形態では、等方的な形状を形成するエッチング方法も用いられる。等方的なエッチング方法には、湿式エッチング、リモート又はダウンストリームエッチング、及び、物理的に駆動される方法よりむしろ主に化学的な気相エッチング構成等を含む。
【００２７】
特定の例では、異方的エッチングとして、基板上に重畳ＲＦ（無線周波数）バイアスを印加したＩＣＰシステムを用いる。プラズマエッチングシステムによってエッチングが行われ、基板５０の一以上の層の一部または全部を除去する。このタイプの方法によって、まっすぐの、略異方的な垂直なサイドウオール５７、５８を形成できる。これらの方法又は他の適当な方法で用いられるガスは、層５０に用いられる物質に大きく依存する。
【００２８】
さらに、エッチングマスクは、次の基板のエッチングで適切に所望の深さにされる。エッチング深さは、作製されるデバイスによるが、数十ｎｍ〜３μｍの範囲の深さであり、好ましくは０．１μｍ〜０．３μｍの範囲である。
【００２９】
ステップ１０８では、エッチングマスク５４のマスク層部分は、横方向に伸張させて、マスク構造体５４の横方向の寸法（ｘ）と比べて増加した横方向の寸法（ｘ’）を有するオーバハング構造体６５を形成する。このステップには、シリレン化（silylation）等の伸張方法を通じてエッチングマスク体積を制御して増やす方法が含まれる。また、この記載から当業者にとって明白なように、他の物理的及び化学的手段を用いて体積を増し、オーバハング構造体（溶剤膨潤（solvent swelling））を形成してもよい。シリレン化法を用いることが好ましく、マスク層（例えば、フォトレジスト、ポリマー、又は他の有機物質）をシリレン化物質にさらすことによってレジストの水平及び垂直の両方の端部に制御して物質を形成させることができる。シリレン化法では、体積増加の程度、特にオーバハングの幅（横方向の寸法）を制御できる。例えば、エッチング構造体と次のリフトオフに残される金属との間の間隔は、米国特許第４８０３１８１号に記載され、図６に示したサイドウオールの幅とシリレン化時間との間の既知の関係を用いて決めることができる。
【００３０】
マスク層の横方向の伸張部分は、次の第２金属のステップで堆積しないように基板５０をシールドするオーバハングとして用いられる。ステップ１１０では、第２層６８が堆積される。第２層は金属が好ましいが、ポリシリコンや金属シリサイド等の作製されるデバイスに適した他の物質であってもよい。好ましい堆積方法としては、基板上に視線方向に堆積させる、例えば、熱蒸着法又は電子ビーム蒸着法等である。そこで、伸張させたオーバハング構造体６５の下部には、領域６９で示したように基板５０の上に金属又は他の物質が存在しない。堆積させた膜は連続せず、オーバハング領域によって遮断される。
【００３１】
オーバハング構造体はステップ１１２で除去される。好ましくは、除去ステップ１１２は、リフトオフ法からなり、それによって伸張されたオーバハング部分とエッチングマスクの頂部の上に堆積させた金属又は他の物質とを含むエッチングマスクが除去される。このステップは、マスク層及び伸張されたオーバハング部を選択的に溶解する湿式法によって果たすことができる。層の頂上に伸張されたオーバハング部（例えば金属層又は他の物質）は、浮かばせて除去される。例えば、バッファードフッ酸の希釈溶液は、シリレン化されたレジスト層を溶解し、残ったマスク層の下部をアセトン又はイソプロパノール等の溶剤を用いて除去する。別例では、マスク層及びオーバハング構造体は乾式エッチングチャンバ内で選択的に除去される。本記載から当業者にとって明白なように、他のリフトオフ技術も用いることができる。
【００３２】
リフトオフ法の後、メサと呼ばれる構造体７０が得られ、金属層７１、７２から間隔を空けて離れて置かれる。好ましくはこの間隔は、約０．１μｍ〜約０．４μｍであり、さらに好ましくはほぼ０．２μｍである。
【００３３】
図５に本発明の第２実施の形態を示す。ステップ２０２では、基板５０の上に第１層５１が形成される。上述の実施の形態のように、基板５０は、半導体デバイス又は電気光学デバイスで用いられる適当な物質からなる。第１層５１は、半導体物質又は金属であってもよい。好ましくは、層５１は、金属又は他の薄膜（ドープされたポリシリコン、金属シリサイド、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコン、又はこれらの化合物）であり、約０．１μｍ〜約０．５μｍの厚さを有する。層５１は、ＭＢＥ、スパッタ法、熱蒸着法等の多くの従来法によって基板５０の上に形成される。
【００３４】
ステップ２０４では、層５１の上にマスク層５２が形成される。マスク層５２は、図４について詳述したのと同様である。別の実施の形態では、層５１の面を層５２との接触から保護するために、薄い犠牲層（図示せず）を層５１とエッチングマスク層５２との間に設けてもよい。この実施の形態の利点は犠牲層を必要としないことである。
【００３５】
ステップ２０６では、マスク層５２はパターン化されて、ステップ１０４で詳述したのと同様の方法でマスク構造体５４を形成する。
【００３６】
ステップ２０８では、層５１はエッチング法でパターン化され、その際パターン化されたマスク構造体はエッチングマスクとして働く。層５１のパターン化は、例えば従来の湿式又は乾式エッチング法を用いて行われる。好ましい態様によれば、層５１の残る領域５１はパターン化層５４の横方向の寸法を正確に表している。この実施の形態では、パターン化されたマスク構造体は、バイポーラトランジスタ、ＨＢＴ、ＨＥＭＴ、ＭＥＳＦＥＴ等の様々なデバイスについてゲートコンタクトとして用いられる。
【００３７】
ステップ２１０では、基板５０がエッチングされ、その際マスク構造体５４はエッチングマスクとして働き、基板の一部がエッチングされることから保護／シールドする。好ましい実施の形態によれば、異方的乾式エッチング６０を用いて基板５０をエッチングする。別例として、垂直な形状が得られない等方的及び／又は異方的エッチングを用いてもよい。これには、湿式及び乾式エッチング法の両方が含まれる。好ましい異方的エッチングの間に、ほぼ垂直なサイドウオール５７、５８がマスク構造体５４の下部に形成される。ステップ２１０で用いられるエッチング法は上記ステップ１０６で詳述したものと同様である。
【００３８】
さらに、エッチングマスク５４は、適当に次の基板のエッチングで所望の深さにされる。ステップ２１２では、エッチングマスク５４のマスク層部分は、横方向に伸張されて、マスク構造体５４と比べて増した横方向の寸法を有するオーバハング６５を形成する。ステップ２１２で用いられる伸張法は、上記ステップ１０８で詳述したのと同様である。エッチングマスクの横方向の伸張部分によってエッチング構造体と以下のステップで堆積される物質との間の間隔が画定される。
【００３９】
ステップ２１４では、層６８が堆積される。層６８は金属であるのが好ましいが、ポリシリコン又は金属シリサイド等のデバイス作製で用いられる他の金属又は物質であってもよい。好ましい堆積法としては、上記ステップ１１０で詳述したのと同様に、視線方向に堆積させる、熱蒸着法又は電子ビーム蒸着法である。
【００４０】
ステップ２１６でオーバハング部６５が除去される。上記ステップ１１２で詳述されたと同様に、除去ステップとしてはリフトオフ法が好ましく、伸張されたオーバハング部と該オーバハング部の頂部の上に堆積された金属とを含むエッチングマスクが除去される。
【００４１】
リフトオフの後、エッチングされた構造体又はメサと呼ばれる構造体７０が得られ、該構造体７０は層７１、７２から間隔を空けて離されており、さらに、元の層５１の残された部分である層７２を含む。
【００４２】
図４及び図５に示した構造体は、さらに図７Ａ及び７Ｂに示された共通点のある半導体デバイス８０、８２にそれぞれ単純化することができる。
【００４３】
例えば、図７Ａは、上記第２実施の形態で詳述された方法によって作製できる自己整合型ゲートコンタクトを有するＭＥＳＦＥＴ構造を示している。ＭＥＳＦＥＴ８０には、ガリウム−ヒ素、インジウム−リン等の半導体基板８５と、ドープされたガリウム−ヒ素等の半導体物質８６とを含んでもよい。コンタクト８３、８４は、上述のようにそれぞれソース及びドレインを表している。さらに、デバイス８０には、ほぼ垂直なサイドウオールを有するメサ８７と、メサ８７の頂上面の上に設けられたゲート電極８８とを含んでいる。この方法のやり方では、メサと２つのコンタクト（ソース及びドレイン）との間の間隔とソース−ドレイン間の間隔とは横方向のオーバハングの広がりによって定められる。オーバハングの寸法は横方向に両側で等しいので、エッチングマスクによってソースとドレインの間の中間にメサが形成される。
【００４４】
多くのデバイスでの整合の許容誤差は非常に小さく、０．１μｍに満たない寸法であり、そのため整合は製造方法における重大な問題である。そこで、本発明の上記実施の形態の利点は、従来、要求されていたソースとドレインとの間のゲートの整合が必要ないことである。
【００４５】
本発明の上記実施の形態の別の利点は、ゲート−ソースのコンタクトとゲート−ドレインのコンタクトとの間の間隔が０．１μｍ〜０．２μｍの程度と非常に小さいことである。さらに、従来の堆積方法によってコンタクト８３、８４の上に傾斜構造体８９を形成するので、上述の好ましい実施の形態で示されたようにコンタクト８３、８４からメサ８７への間隔は管理されており、電気的なショートの可能性を減らす一助となっている。
【００４６】
例えば、図１０Ａに示すように、湿式の化学反応等の従来のエッチング方法を用いると、レジスト層５０４の下部のアンダーカット構造体５０２に”ウエスト”５０６を持つ凹み形状を持たせることができる。従来の湿式エッチングでは制御が難しいので、ウエスト領域５０６はウエストの上下で構造体５０２の領域より横方向の寸法が非常に狭くなる。この形状によって構造体５０２の構造完全性（structural integrity）が損なわれ、最初の寸法”ｘ”が制限される。さらに、堆積された層５０８が脚部５０９で構造体５０２と接触する可能性が増す。その一方、図１０Ｂに示すように、本発明の好ましい実施の形態による方法を用いると、構造体５１２は横方向に伸張されたレジスト層５１４の下の”メサ”とより共通点がある。アンダーカットの等方性エッチングを避けることによってエッチングされた形状は構造完全性が強くなる。この例では、構造体５１２の横方向の寸法は、ほぼ一定のままであり、フォトリソグラフィプロセスでパターン化された寸法を厳密に複製できる。したがって、本発明の実施の形態の方法によって小さい寸法の形状や堆積された金属層５１８の間隔を空けることがより容易にできる。
【００４７】
図７Ｂは、上述の方法によって形成できる自己整合型ベースコンタクトを有するＨＢＴデバイス９８を示している。ＨＢＴ９８は、適当な電気的特性及び物性を備えた半導体物質の層を含んでいる。ＨＢＴデバイス用の物質には、周期律表の第ＩＩＩ族元素−第Ｖ族元素間化合物の既知の２元系、３元系及び４元系の組み合わせが用いられる。一般のＨＢＴ物質系にはＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓが含まれる。
【００４８】
図７Ｂに示す構造体の一例としてＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系を用いた場合、半導体基板９０はＩｎＰであり、適当にドープされたコレクタ９６は所定のＩｎＧａＡｓ組成であり、適当にドープされたベース９３は所定のＩｎＧａＡｓ組成であり、適当にドープされたエミッタはＩｎＰである。また、キャップ層９５（オプション）は、含めてもよく、所定組成のＩｎＧａＡｓである。
【００４９】
コンタクト９１、９２、９７は、上述の金属堆積方法によって堆積された金属コンタクトである。また、エミッタ、ベース、コレクタ及び基板の種々の組み合わせを用いることができることは当業者にとって明白なことである。
【００５０】
図７Ｃは、ベースコンタクト９２ａ、９２ｂ、及びエミッタ９４の構造を示すクローズアップ図である。本発明の好ましい実施の形態によれば、ＨＢＴには、垂直なサイドウオールを備えたエミッタを含み、それによってエミッタとベースコンタクトとの間の電気的ショートの可能性を減らすことができる。しかし、ここに記載された実施の形態ではエミッタについて垂直な形状である必要はない。シリレン化によって形成されたオーバハングによって、次のエッチングでそのような垂直形状の必要性を減らすことができる。
【００５１】
図４及び図５について詳述した好ましい実施の形態の間での相違点として、ダイオード又はトランジスタ型デバイスなどの場合に、金属がエッチングされた構造体の頂上に形成されるプロセス段階である。図４では、最後の構造体７０はエッチングされた構造体の上に金属を有していない。図５に示した実施の形態では、エッチングマスク構造体を形成する前にエッチングされるべき領域の上に金属又は他の物質（例えば、ドープされたポリシリコン、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコン、又はこれらの組み合わせ）が設けられている。図４に示されたプロセスを用いた場合には、エッチングマスク構造体を形成した次に別の金属層を追加してもよい。
【００５２】
図８及び図９は、本発明の製造方法の別の実施の形態を示す図である。
【００５３】
図８は、半導体基板上のコンタクト１７１、１７２を制御して間隔を空けるために用いられる別の方法３００を示す図である。伸張されたマスク構造体１６５は、フォトレジスト、ポリマー、又は有機物質等のマスク層１５４の横方向の伸張を制御することによって形成できる。
【００５４】
ステップ３０２では、図４で示されたステップ１０２について詳述したのと同様の方法でマスク層５２は基板５０の上にわたって形成される。マスク層と基板は図４について上述した物質であってもよい。ステップ３０４では、図４で示されたステップ１０４について詳述したのと同様の方法で、マスク層５２はパターン化されてマスク構造体１５４が形成される。
【００５５】
ステップ３０６では、エッチングマスク１５４のマスク層部分は横方向に伸張されて、マスク構造体５４と比較して横方向に増した寸法を有する構造体１６５が形成される。このステップには、上記ステップ１０８について詳述したシリレン化又は熱処理等の膨張プロセスを通じてエッチングマスクの体積を制御して大きくすることを含む。シリレン化プロセスを用いることが好ましく、それによってマスク層（例えば、フォトレジスト、ポリマー、又は有機物質）はシリレン化物質にさらされ、制御された方法でレジストの水平方向及び垂直方向の両方の端部に物質を構築する。シリレン化プロセスでは、オーバハングの体積増加又は幅（横の寸法）の程度を制御することができる。
【００５６】
マスク層の横方向の伸張部分は、次のプロセスステップで第２物質の堆積から基板をシールドするために用いられる。ステップ３０８では、第２層が堆積される。層１６８の組成及び層１６８を堆積させる方法は、図４の層６８及びステップ１１０について詳述したのと同様である。この別の実施の形態では、水平面（すなわち基板５０）でのみ金属を受け、垂直面又はサイドウオール表面では受けないように、堆積ステップ１０８は、できるだけ金属の量を最小化できる方向で行うべきである。さもなければ次の構造体１６５のリフトオフはさらに難しくなる。
【００５７】
上述のステップ１１２と同様にリフトオフプロセスでのステップ３１０で、構造体１６５は除去される。
【００５８】
さらに別の実施の形態を図９に示した。ステップ４０２では、第１層が基板上に形成される。上述の実施の形態と同様に、基板は半導体デバイス又は電気光学デバイスで用いられる適当な物質からなる。第１層は、図５について詳述されたように半導体物質又は金属の層であってもよい。
【００５９】
ステップ４０４では、マスク層５２は層５１の上に形成される。マスク層は図４について詳述したのと同様である。
【００６０】
ステップ４０６では、ステップ１０４について詳述されたのと同様の方法でパターン化されてマスク構造２５４が形成される。
【００６１】
ステップ４０８では、層５１はエッチングプロセスでパターン化され、その際、マスク構造体２５４はエッチングマスクとして働く。層５１のパターニングは、例えば、湿式又は乾式エッチング法を用いて行われる。
【００６２】
ステップ４１０では、エッチングマスク２５４のマスク層部分は、横方向に伸張されてオーバハング構造体２６５を形成し、それはマスク構造体５４と比較して横方向の寸法が増している。ステップ４１０で用いられる伸張プロセスは、ステップ１０８について詳述されたものと同様である。
【００６３】
ステップ４１２では、層２６８が堆積される。層２６８は金属が好ましい。好ましい堆積方法は、ステップ１１０について詳述されのと同様に、熱蒸着法等の視線方向プロセスが好ましい。
【００６４】
オーバハング構造体２６５はステップ４１４で除去される。除去ステップは、ステップ１１２について詳述されたのと同様に、伸張されたオーバハング部分と該オーバハングの頂上の上に堆積された金属とを含むエッチングマスクを除去するリフトオフプロセスからなることが好ましい。
【００６５】
リフトオフプロセスの後、コンタクト２７３はコンタクト２７２と２７１と間隔を空けて制御して離す。
【００６６】
そこで、金属コンタクト間の離間間隔は、フォトレジスト、ポリマー、又は有機エッチングマスク物質のシリレン化等の横方向の伸張方法によって変化させることができる。図８及び図９に示した実施の形態について詳述したように、基板物質をエッチングすることなくオーバハング形状を形成することによって、構造体の最小幅を小さくできる。例えば、堆積された金属とエッチング構造体との間の間隔を許容範囲にするために０．２μｍのアンダーカットが必要な場合には、元の最小の構造体は０．４μｍよりかなり大きいことが必要となる。このアンダーカットの作製はデバイス寸法技術を大きく制限している。
【００６７】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、従来のアンダーカットのエッチング法（図１０Ａ）と好ましい実施の形態（図１０Ｂ）との間の相違点を示している。図１０Ａにおいて、最初にパターン化された形状の幅は、図１０Ｂのエッチング構造体よりかなり大きい。ここに記載された利用可能なより小さい構造体には、マイクロ電場中での多くのデバイスにとって利点がある。ここに記載した実施の形態のそれぞれについて、デバイスのスケーリングはリソグラフィによって制限されるが、等方的エッチング法を用いたアンダーカットのエッチング及び整合限界には制限されない。そこで、構造体の形状は高い制御下で形成される。
【００６８】
さらに、ここに記載された実施の形態によって結晶軸に関係するパターン化の方向の方位に関連する問題を避けることができる。
【００６９】
上述したように、ここに記載した主な用途は図７Ａ〜図７Ｃに示した例の半導体デバイス及び集積回路についてである。特に、上記プロセスは、”自己整合”プロセスと呼ばれ、トランジスタ及びダイオードについて用いられる。これらはリソグラフィステップと整合ステップとの分離が必要でないので、自己整合と呼ばれる。整合は、デバイス中の領域間（例えば、ＦＥＴのゲートとソース／ドレイン間、又はエミッタとベース間、又は垂直構造型バイポーラトランジスタについてのベース及びコレクタ間）の方向付けに言及するものです。
【００７０】
そこで、本発明の実施の形態は、バイポーラ、ヘテロ−バイポーラ、又は電界効果型トランジスタ、又は他の構造あるいは自己整合プロセスを用いたデバイスの作製方法として用いることができる。エッチングマスク構造体は、シリコン、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、又は他の第ＩＶ族元素群、第ＩＩＩ族元素−第Ｖ族元素間化合物群、第ＩＩ族元素−第ＶＩ族元素間化合物群、又はＧａＮ、ＳｉＧｅ等のデバイス製造に用いられている物質等を含む半導体層の上にパターン化される。次の湿式または乾式成分での保護されていない基板物質を除去する等方的エッチングによって基板表面上に３次元形状を形成する。エッチングマスク又はレジスト層を横方向に伸張させることによってオーバハング構造体を形成し、オーバハング構造体は堆積層のブランケットを確保する自己整合のために用いられる。ブランケット層は、エッチングマスクのオーバハングによって不連続に形成される。湿式又は乾式法でのエッチングマスクの溶解除去によってプロセスが完了する。
【００７１】
同様に、本発明の実施の形態によってバイポーラ、ヘテロ−バイポーラ、又は電界効果トランジスタ又は他の構造体、あるいは金属層及び／又は他の物質をエッチングマスク又はレジスト構造体によって優先的に保護する自己整合プロセスを用いるデバイスの製造方法を提供する。エッチングマスク構造体は、シリコン、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、又は他の第ＩＶ族元素群、第ＩＩＩ族元素−第Ｖ族元素間化合物群、第ＩＩ族元素−第ＶＩ族元素間化合物群、又はＧａＮ、ＳｉＧｅ等のデバイス製造に用いられている物質等を含む半導体層の上にパターン化される。湿式又は乾式エッチングプロセスで金属又は他の物質を除去した後、基板の層を再び湿式又は乾式エッチング成分で所望の深さまで除去する。そこで、シリレン化ステップを用いてエッチングマスクが横方向に伸張され、オーバハングが作製される。その後、堆積された物質又は他の物質はエッチング構造体に自己整合される。湿式又は乾式成分を用いてエッチング構造体の頂部の金属又は物質が除去される。そこで、金属又は他の物質は、エッチング構造体及び該エッチング構造体の頂部の上にあらかじめ堆積された金属とに対して画定された間隔で離されている。
【００７２】
上述の実施の形態は、本明細書から当業者にとって明白なように、さらに自己整合ステップの恩恵を受けるフォトダイオード、ストライプ型レーザ、ＶＣＳＥＬ（垂直共振器型面放出型レーザ）、モジュレータ、導波路、及び他の構造体の製造に用いることができる。
【００７３】
特定の実施の形態を参照して本発明を説明したが、当業者にとって明らかなように本発明の範囲から外れない様々な変形も可能である。そこで、本発明の大きさ及び範囲は当然に上述の主な実施の形態に限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１Ａ】従来の製造方法を示す図である。
【図１Ｂ】従来の製造方法を示す図である。
【図１Ｃ】従来の製造方法を示す図である。
【図１Ｄ】従来の製造方法を示す図である。
【図１Ｅ】従来の製造方法を示す図である。
【図１Ｆ】従来の製造方法を示す図である。
【図１Ｇ】従来の製造方法を示す図である。
【図２Ａ】従来の湿式エッチング法でエッチングされたウエハのエッチングの側面図である。
【図２Ｂ】従来の湿式エッチング法でエッチングされたウエハのエッチングの側面図である。
【図３】等方性エッチングによって画定されるトランジスタのエミッタ領域についての製造工程の構造を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る製造プロセスを示す図である。
【図５】本発明の別の実施の形態に係る製造プロセスを示す図である。
【図６】シリレン化時間とサイドウオール幅との関係を示す図である。
【図７Ａ】本発明の第２実施の形態で製造された自己整合ゲートコンタクトを有するＭＥＳＦＥＴの概略図である。
【図７Ｂ】本発明の実施の形態の方法で形成された自己整合エミッタコンタクトと自己整合型ベースコンタクトとを備えたＨＢＴデバイスの概略図である。
【図７Ｃ】図７ＢのＨＢＴデバイスの間隔を空けたコンタクトの近接概略図である。
【図８】本発明の別の実施の形態に係る別の製造方法を示す図である。
【図９】本発明のまた別の実施の形態に係るまた別の製造方法を示す図である。
【図１０Ａ】従来のエッチング法を用いて形成されたエッチング構造体を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施の形態に係る例示的な製造方法による例示的なエッチングマスクを示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
２、３０、３２  フォトレジスト
４、６  露出領域
８  誘電体層
１０  金属層
１２、４０、５０、８５、  基板
１６  フォトレジスト（オーバハング構造体）
１８  構造体
２０、２２、２４、２６  層
４３  エミッタコンタクト
４４、４５、５７、５８  サイドウオール
４６、４７、、９２ａ、９２ｂ、１７１、１７２  ベースコンタクト
５１  第１層
５２  マスク層
５４、１５４、２５４  エッチングマスク（構造体）
６５、１６５、２６５  オーバハングマスク構造体
６８、１６８、２６８  第２層
８０、８２  ＭＥＳＦＥＴデバイス
８３、８４  コンタクト
７０、８７  メサ（構造体）
８８  ゲート電極
９４  エミッタ
９５  キャップ層
９６  コレクタ
９８  ＨＢＴデバイス
２７１、２７２  コンタクト
２７３  コンタクト
５０２  アンダーカット構造体
５０４  レジスト層
５０６  ウエスト
５０９  脚部
５１４  レジスト層
【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
2005507556.tif 000090
2005507556.tif 000091
2005507556.tif 000092