(57)【要約】【課題】ＢＡＲＣのドライエッチングの寸法制御性を向上させる。【解決手段】半導体基板３０１上に、プラズマＣＶＤ法により窒化珪素からなる絶縁層３０２を形成し、その絶縁層３０２上にＢＡＲＣ３０３を塗布後、レジスト（図示せず）を塗布し、露光・現像により絶縁層３０２に開口を形成するためのレジストパターン３０４を形成する次に、レジストパターン３０４をマスクとしてＢＡＲＣ３０３のドライエッチングを行ない、ＢＡＲＣ３０３においてレジストパターン３０４で被覆されていない部分を除去する。【選択図】  図１
2004363150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上に有機系反射防止膜を形成する工程と、前記有機系反射防止膜の上に開口を前記絶縁層に形成するためのレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記有機系反射防止膜をドライエッチングする工程を有し、前記有機系反射防止膜のドライエッチングにおいて、エッチングガスが少なくとも硫黄を有する分子を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
絶縁層の最表面を構成する表面層を酸化珪素で形成する工程を有することを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】
有機系反射防止膜のドライエッチング時に、半導体基板上の開口形成領域以外の全ての領域にレジストを形成する工程を有することを特徴とする請求項１または２記載のパターン形成方法。
【請求項４】
有機系反射防止膜のドライエッチング時に、前記有機系反射防止膜のエッチングされる面積が半導体基板面積の２０％以下となるようにレジストパターンを形成する工程を有することを特徴とする請求項３記載のパターン形成方法。
【請求項５】
有機系反射防止膜のドライエッチングのエッチングガス中の硫黄を含む分子として、少なくともＨ２Ｓ、ＳＯ２、ＣＳ２、ＯＣＳのいずれかを含むことを特徴とする請求項１、２、３または４記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁層上にレジスト膜からなるレジストパターンを形成するパターン形成方法に関し、特に、微細なスペースパターンあるいはホールパターン（以下、スペースパターンと総称する）を形成する際に、レジスト膜の下に堆積された有機系反射防止膜に対してレジストパターンをマスクとしてドライエッチングを行なう技術に関するものであり、化合物半導体電界効果型トランジスタのゲート形成等に適したものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓあるいはＩｎＰ等の化合物半導体は様々な分野で利用されており、例えば近年急速に普及している携帯電話や衛星放送用受信アンテナではＧａＡｓ  ＭＥＳＦＥＴやＧａＡｓ  ＨＥＭＴがキーデバイスとして用いられている。図５に従来の化合物半導体電界効果型トランジスタの概略断面図を示す。半絶縁性ＧａＡｓ基板１０１上には導電性のエピタキシャル層１０２が形成されている。エピタキシャル層１０２上にはエピタキシャル層１０２とオーミック接触するソース電極１０３とドレイン電極１０４、およびエピタキシャル層１０２とショットキー接触するゲート電極１０５が形成されており、エピタキシャル層１０２上で電極が形成された領域以外は絶縁層１０６で被覆されている。
【０００３】
次に、従来の化合物半導体電界効果型トランジスタの製造方法の概略について、図６を用いて説明を行なう。まず、半絶縁性ＧａＡｓ基板２０１上にＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法によりｎ−ＧａＡｓ層２０２、次いでｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層２０３を成長させ、さらにその上に酸化珪素からなる絶縁層２０４を積層する。その後、第１のレジストパターン（図示せず）を形成し、それをマスクとして絶縁層２０４にゲート電極２０５を形成するゲート開口２０６、ソース電極２０７を形成するソース開口２０８およびドレイン電極２０９を形成するドレイン開口２１０を形成する。ここで、第１のレジストパターン（図示せず）において、ゲート開口２０６、ソース開口２０８およびドレイン開口２１０はスペースパターンとなっていることを注意しておく。第１のレジストパターン（図示せず）を除去後（図６（ａ））、第２のレジストパターン（図示せず）を形成してソース開口２０８およびドレイン開口２１０を保護し、ウェットエッチングによってゲート開口２０６の部分のｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層２０３およびｎ−ＧａＡｓ層２０２の一部を除去してゲートリセス２１１を形成する。第２のレジストパターン（図示せず）を除去後、第３のレジストパターン（図示せず）を形成後にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ金属膜２１２を積層し（図６（ｂ））、リフトオフによりゲート電極２０５とソース電極２０７とドレイン電極２０９を形成することにより、化合物半導体電界効果型トランジスタが形成される（図６（ｃ））。
【０００４】
さて、ＧａＡｓをはじめとする化合物半導体において素子の微細化は有効な手段であり、特にゲート長を短くすることにより電流利得遮断周波数の向上等、高性能化に有効なことが知られている為、微細ゲート加工技術の開発が活発に行なわれている。微細なゲートのパターン形成のためには一般的には微細なレジストパターンを形成する必要があり、このためにリソグラフィー工程における露光光源の短波長化が進んでいる。現在、光源としてはＫｒＦエキシマーレーザー（波長２４８ｎｍ）等が用いられるようになっているが、このように光源の短波長化が進むと露光時の下地基板からの光の反射や干渉が増加し、これに起因するレジストパターンの寸法変動が起きやすい、という問題がある。この対策として、反射光のレジストへの入射を抑制するために、レジストの下に有機系反射防止膜（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｂｏｔｔｏｍ  Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ：  以下ＢＡＲＣと記す）を形成するプロセスが一般的となっており、特許文献１に開示されているように、化合物半導体電界効果型トランジスタの微細ゲート形成にこれを適用した場合、下地基板からの露光光の反射や干渉を受けることなく安定したレジストパターンが得られ、従って、寸法変動のない安定した微細ゲート化合物半導体電界効果型トランジスタの製造が可能となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−１０６９７１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＢＡＲＣはその特性上、レジストパターン形成時にレジストと同様にパターニングされることはないので、レジストパターン形成後にレジストをマスクとしてＢＡＲＣドライエッチングを行なう必要があるが、これは必然的に微細パターンのドライエッチングであるため、製造歩留を安定させる為には高い寸法制御性が要求される。上記特許文献１においてはＢＡＲＣドライエッチングを酸素ガス雰囲気で行なっているが、酸素ガス雰囲気ではレジストもエッチングされる為パターン寸法の変化が発生し、寸法制御が困難となるという問題がある。特に、化合物半導体電界効果型トランジスタのゲート形成への適用を考えた場合、微細なスペースパターンの形成が必要であるため、レジストパターンがエッチングされるということはゲート寸法が太くなることを意味し、微細ゲートの形成に対しては非常に不利である。この対策としてレジストパターンを所望のゲート寸法より細めに作っておくことが考えられるが、現行の光リソグラフィー技術においては新規レジスト材料の開発が必要となる等難易度がかなり高く、事実上不可能である。また、電子線リソグラフィー技術を用いた場合にはスペース幅０．０５μｍ程度の微細スペースパターンの形成は可能ではあるが、現状では実用的生産性（スループット）で光リソグラフィー技術に対して大幅に劣り、実用的ではない。
【０００７】
本発明は、寸法制御性が良いＢＡＲＣドライエッチングを適用するにより、微細なスペースパターンのレジストパターンを高製造歩留で提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、半導体基板上に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の上にＢＡＲＣを形成する工程と、前記ＢＡＲＣの上に開口を前記絶縁層に形成するためのレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンをマスクとして前記ＢＡＲＣをドライエッチングする工程を有し、前記ＢＡＲＣのドライエッチングにおいて、エッチングガスが少なくとも硫黄を有する分子を含むことを特徴とするものであり、この方法により、レジストパターンをマスクとしたＢＡＲＣのドライエッチングにおける高い寸法制御性が得られ、その結果微細なレジストパターンを高製造歩留で得ることができる。
【０００９】
また、本発明は、絶縁層の最表面を構成する表面層を酸化珪素で形成する工程を有することを特徴とするものであり、この方法により、ＢＡＲＣのドライエッチングを行なった結果として、リソグラフィー工程で形成した微細なレジストパターンよりも更に微細なスペースパターンのレジストパターンを安定して形成することが可能となり、これを化合物半導体電界効果型トランジスタのゲート形成に適用すれば、化合物半導体電界効果型トランジスタの更なる高性能化が可能となる。
【００１０】
また、本発明は、ＢＡＲＣのドライエッチング時に、半導体基板上の開口形成領域以外の全ての領域にレジストを形成する工程を有することを特徴とするものであり、この方法により、開口形成領域内におけるＢＡＲＣのドライエッチングの出来映え形状および寸法の均一性が良好となる。
【００１１】
また、本発明のパターン形成方法では、ＢＡＲＣのドライエッチング時に、前記ＢＡＲＣのエッチングされる面積が半導体基板面積の２０％以下となるようにレジストパターンを形成する工程を有することが好ましい。
【００１２】
また、本発明のパターン形成方法では、ＢＡＲＣのドライエッチングのエッチングガス中の硫黄を含む分子として、少なくともＨ２Ｓ、ＳＯ２、ＣＳ２、ＯＣＳのいずれかを含むことが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１におけるパターン形成方法の概略について、図１を参照して説明を行なう。半導体基板３０１（半絶縁性ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法によりｎ−ＧａＡｓ層、ｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層を成長させたもの）上には、プラズマＣＶＤ法により窒化珪素からなる絶縁層３０２が形成されている。絶縁層３０２上にＢＡＲＣ３０３を塗布後、レジスト（図示せず）を塗布し、露光・現像により絶縁層３０２に開口を形成するためのレジストパターン３０４を形成する（図１（ａ））。次に、レジストパターン３０４をマスクとしてＢＡＲＣ３０３のドライエッチングを行ない、ＢＡＲＣ３０３においてレジストパターン３０４で被覆されていない部分を除去する（図１（ｂ））。ここで、ＢＡＲＣ３０３のドライエッチングではエッチングガスにＳＯ２ガスを用いることにより、ＳＯ２に含まれるＳ（硫黄）がＢＡＲＣ３０３やレジストパターン３０４の成分であるＣ（炭素）と結合し、レジストパターン３０４やＢＡＲＣ３０３のパターンの側壁にＣ−Ｓという形で付着して側壁を保護するため、ＢＡＲＣ３０３のドライエッチングにおける寸法制御性が向上し、ドライエッチング後のレジストパターン３０４の寸法がドライエッチング処理前と同等となるよう維持することができるものである。
【００１５】
ＢＡＲＣ３０３のドライエッチングはエッチング時間を固定して行ない、ＢＡＲＣ３０３のエッチング残りの発生を回避するためオーバーエッチングの時間を含めてエッチング時間の設定を行なったが、絶縁層３０２である窒化珪素のＳＯ２によるエッチングレートが非常に小さいため、ＢＡＲＣ３０３のドライエッチング後に露出した絶縁層３０２の膜厚の均一性は半導体基板３０１の全面にわたって絶縁層３０２形成時に得られた膜厚およびその均一性をほぼそのまま維持することが可能である。これは、後続の絶縁層３０２のドライエッチングにおけるオーバーエッチ量の基板内均一性を得る上で有利であり、特に化合物半導体電界効果型トランジスタのゲート形成へ本手法を適用した場合、オーバーエッチ量は絶縁層の下層にある化合物半導体層のエッチング量で化合物半導体電界効果型トランジスタの閾値に直接関係するため、トランジスタ特性のバラツキを抑制する上で非常に有利であるという利点がある。
【００１６】
本実施の形態においては、半導体基板に半絶縁性ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法によりｎ−ＧａＡｓ層、ｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層を成長させたものを用いているが、これに限るものではなく、目的に応じてＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＰ等の他の半導体層を成長した半絶縁性ＧａＡｓ基板やあるいはＳｉ基板等を用いてもよい。また、半導体基板の表面は表面全体にわたって平坦である必要はなく、目的に応じて段差等のパターンが形成されていてもよい。
【００１７】
また、本実施の形態においては、絶縁層にプラズマＣＶＤ法で成膜した窒化珪素を用いているが、これに限るものではなく、材料としては酸化珪素や酸化窒化珪素などの珪素化合物や酸化アルミ、酸化チタン等の絶縁性酸化物を用いてもよい。また、成膜方法についてもプラズマＣＶＤ法に限らず、常圧ＣＶＤ法等のＣＶＤ法やスパッタ・塗布等の手法が適用可能である。さらに、絶縁層は単一の材料で構成される必要はなく、例えば酸化珪素膜と窒化珪素膜の積層構造等、種々の構造が適用可能である。
【００１８】
また、本実施の形態においては、エッチングガスとしてＳＯ２を用いているが、これに限るものではなく、硫黄を分子構造中に有するものが使用可能で、ＳＯ２の代替にＨ２Ｓ、ＣＳ２、ＯＣＳ等あるいはこれらの混合物を使用してもよい。また、エッチングガスに上記の硫黄化合物以外のガスを添加することにより、ＢＡＲＣのドライエッチング時にレジストパターン等の側壁に付着する物質の量を制御することも可能であり、これにより寸法制御性をさらに向上することが可能となる。
【００１９】
さらに、本実施の形態においては、ＢＡＲＣのドライエッチングはエッチング時間を固定して行なっているが、これに限ることはなく、受光素子等によるドライエッチングの終点検出によりエッチング時間を決定してもよい。
【００２０】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２におけるパターン形成方法の概略について、図２を参照して説明を行なう。実施の形態２と実施の形態１との相違は、実施の形態２においては半導体基板上に形成する絶縁層の最表面が酸化珪素より構成されていることである。
【００２１】
半導体基板４０１（半絶縁性ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法によりｎ−ＧａＡｓ層、ｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層を成長させたもの）上には、夫々プラズマＣＶＤ法により形成した窒化珪素層４０２および酸化珪素層４０３からなる絶縁層４０４が形成されている。絶縁層４０４上にＢＡＲＣ４０５を塗布後、レジスト（図示せず）を塗布し、露光・現像により絶縁層４０４に開口を形成するためのレジストパターン４０６を形成する（図２（ａ））。次に、レジストパターン４０６をマスクとしてＢＡＲＣ４０５のドライエッチングを行ない、ＢＡＲＣ４０５においてレジストパターン４０６で被覆されていない部分を除去する（図２（ｂ））。ここで、ＢＡＲＣ４０６のドライエッチングではエッチングガスにＳＯ２ガスを用いることにより、ＳＯ２に含まれるＳ（硫黄）がＢＡＲＣ４０５やレジストパターン４０６の成分であるＣ（炭素）と結合し、レジストパターン４０６やＢＡＲＣ４０５のパターンの側壁にＣ−Ｓという形で付着して側壁を保護するため、ＢＡＲＣ４０５のドライエッチングにおける寸法制御性が向上し、ドライエッチング後のレジストパターン４０６の寸法がドライエッチング処理前と同等となるよう維持することができるものである。
【００２２】
ＢＡＲＣ４０５のドライエッチングはエッチング時間を固定して行ない、ＢＡＲＣ４０５のエッチング残りの発生を回避するためオーバーエッチングの時間を含めてエッチング時間の設定を行なったが、絶縁層４０４の最表面層である酸化珪素層４０３のＳＯ２によるエッチングレートが非常に小さいため、ＢＡＲＣ４０５のドライエッチング後に露出した絶縁層４０４の膜厚の均一性は半導体基板４０１の全面にわたって絶縁層４０４形成時に得られた膜厚およびその均一性をほぼそのまま維持することが可能である。これは、後続の絶縁層４０４のドライエッチングにおけるオーバーエッチ量の基板内均一性を得る上で有利であり、特に化合物半導体電界効果型トランジスタのゲート形成へ本手法を適用した場合、オーバーエッチ量は絶縁層の下層にある化合物半導体層のエッチング量で化合物半導体電界効果型トランジスタの閾値に直接関係するため、トランジスタ特性のバラツキを抑制する上で非常に有利であるという利点がある。
【００２３】
本実施の形態においては絶縁層を窒化珪素層と酸化珪素層の多層構造としているが、これに限るものではなく、窒化珪素あるいは酸化珪素や他の絶縁材料の単層あるいは多層構造でもよいが、ＢＡＲＣドライエッチング後のレジストパターンの微細化という観点からは、絶縁層の最表面層として酸化珪素層を使用することが好ましい。図３は、酸化珪素膜および窒化珪素膜上に形成したＢＡＲＣおよびその上に形成したスペースパターンのレジストパターンに対して、本実施の形態２におけるパターン形成方法のＢＡＲＣドライエッチング条件でドライエッチング処理を行ない、ＢＡＲＣドライエッチング前後のスペースパターンの寸法測定の結果を示したもので、横軸はドライエッチング前のスペースパターンの寸法、縦軸はＢＡＲＣドライエッチング後のスペースパターンの寸法測定値から同一パターンのＢＡＲＣドライエッチング処理前のスペースパターンの寸法測定値を減じた量（以下、寸法シフト量）を表している（理解を容易にする為に、寸法シフト量をＢＡＲＣドライエッチング前寸法の２次関数と近似した場合の曲線も図４に併せて示している）。これを見ると、絶縁層の材料に関係なく、ドライエッチング前の寸法が同一のものに対してＢＡＲＣエッチング後の寸法のバラツキはその平均値に対してせいぜい±０．０１μｍ程度におさまっており、ＢＡＲＣエッチング後寸法の均一性に関して寸法制御性に優れ、かつ高歩留なパターン形成が可能であることがわかる。また、絶縁層が酸化珪素であっても窒化珪素であっても寸法シフト量は負の値を示し、これからＢＡＲＣドライエッチング後の寸法はドライエッチング前に比べて小さく（スペースが細く）なっていることがわかる。これは、本手法によりリソグラフィー工程で形成可能なスペースパターンより更に微細な（細い）スペースパターンが形成可能であることを示しており、特に化合物半導体電界効果型トランジスタのゲート形成に適用した場合、ゲートの微細化という観点からは有利である。さらに、ドライエッチング前寸法が約０．２μｍ以下のパターンにおいては絶縁層が酸化珪素の方が寸法シフト量が小さくなる（スペースが細くなる）傾向が見られ、絶縁層の違いによる寸法シフト量の相違はＢＡＲＣドライエッチング前寸法０．１５μｍの場合で平均約０．００５μｍにも達している。これは、特に化合物半導体電界効果型トランジスタのゲート形成に本手法を適用した場合に、ゲートの微細化という観点からはＢＡＲＣの下層（すなわち、絶縁層の最表面層に相当）は酸化珪素からなることが好ましいことを示している。
【００２４】
本実施の形態においては、半導体基板に半絶縁性ＧａＡｓ基板上にＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法によりｎ−ＧａＡｓ層、ｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層を成長させたものを用いているが、これに限るものではなく、目的に応じてＡｌＧａＡｓやＩｎＧａＰ等の他の半導体層を成長した半絶縁性ＧａＡｓ基板やあるいはＳｉ基板等を用いてもよい。また、半導体基板の表面は表面全体にわたって平坦である必要はなく、目的に応じて段差等のパターンが形成されていてもよい。
【００２５】
また、本実施の形態においては、エッチングガスとしてＳＯ２を用いているが、これに限るものではなく、硫黄を分子構造中に有するものが使用可能で、ＳＯ２の代替にＨ２Ｓ、ＣＳ２、ＯＣＳ等あるいはこれらの混合物を使用してもよい。また、エッチングガスに上記の硫黄化合物以外のガスを添加することにより、ＢＡＲＣのドライエッチング時にレジストパターン等の側壁に付着する物質の量を制御することも可能であり、これにより寸法制御性をさらに向上することが可能となる。
【００２６】
さらに、本実施の形態においては、ＢＡＲＣのドライエッチングはエッチング時間を固定して行なっているが、これに限ることはなく、受光素子等によるドライエッチングの終点検出によりエッチング時間を決定してもよい。
【００２７】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３におけるパターン形成方法をゲートの形成に用いた化合物半導体電界効果型トランジスタの製造方法の概略について、図４を参照して説明を行なう。半絶縁性ＧａＡｓ基板６０１上にＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法によりｎ−ＧａＡｓ層６０２、次いでｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層６０３を成長させる。その後、第１のレジストパターン（図示せず）を形成し、それをマスクとしてｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層６０３およびｎ−ＧａＡｓ層６０２の一部をドライエッチングしてゲートリセス６０４を形成後、第１のレジストパターン（図示せず）を除去する（図４（ａ））。次いで、窒化珪素層６０５および酸化珪素層６０６からなる絶縁層６０７を積層し、ＢＡＲＣ６０８を塗布後、レジスト（図示せず）を塗布し、露光・現像により第２のレジストパターン６０９を形成する（図４（ｂ））。ここで、第２のレジストパターン６０９は絶縁層６０７上の化合物半導体電界効果型トランジスタを形成しない領域の全てにわたってレジストが残存するよう形成されていることを注意しておく。次に、第２のレジストパターン６０９をマスクとしてＢＡＲＣ６０８のドライエッチングを行ない、ＢＡＲＣ６０８において第２のレジストパターン６０９で被覆されていない部分を除去する（図４（ｃ））。ここで、ＢＡＲＣ６０８のドライエッチングではエッチングガスにＳＯ２ガスを用いることにより、ＳＯ２に含まれるＳ（硫黄）がＢＡＲＣ６０８や第２のレジストパターン６０９の成分であるＣ（炭素）と結合し、第２のレジストパターン６０９やＢＡＲＣ６０８のパターンの側壁にＣ−Ｓという形で付着して側壁を保護するため、ＢＡＲＣ６０８のドライエッチングにおける寸法制御性が向上し、ＢＡＲＣ６０８のドライエッチング後の第２のレジストパターン６０９の寸法がＢＡＲＣ６０８のドライエッチング処理前と同等となるよう維持することができるものである。
【００２８】
ＢＡＲＣ６０８のドライエッチングはエッチング時間を固定して行ない、ＢＡＲＣ６０８のエッチング残りの発生を回避するためオーバーエッチングの時間を含めてエッチング時間の設定を行なったが、絶縁層６０７の最表面層である酸化珪素層６０６のＳＯ２によるエッチングレートが非常に小さいため、ＢＡＲＣ６０８のドライエッチング後に露出した絶縁層６０７の膜厚の均一性は絶縁層６０７形成時に得られた膜厚およびその均一性をほぼそのまま維持することが可能である。これは、後続の絶縁層６０７のドライエッチングにおけるオーバーエッチ量の面内均一性を得る上で有利であり、本実施の形態のように化合物半導体電界効果型トランジスタのゲート形成へ適用した場合、オーバーエッチ量は絶縁層６０７の下層のゲートリセス６０４内の化合物半導体層のエッチング量となり化合物半導体電界効果型トランジスタの閾値に直接関係するため、トランジスタ特性のバラツキを抑制する上で非常に有利であるという利点がある。また、本実施の形態においては第２のレジストパターン６０９は絶縁層６０７上の化合物半導体電界効果型トランジスタを形成しない領域の全てにわたってレジストが残存するよう形成されているが、これはＢＡＲＣ６０８のドライエッチング時に、絶縁層６０７上の化合物半導体電界効果型トランジスタを形成しない領域においてその近傍に滞留するエッチングガスがレジストのドライエッチングで消費されるようにするためであり、これにより、化合物半導体電界効果型トランジスタを形成する領域内におけるＢＡＲＣ６０８のドライエッチングの出来映え形状および寸法の均一性が良好となる。もしこうしなければ、化合物半導体電界効果型トランジスタを形成しない領域の近傍に滞留するエッチングガスは、化合物半導体電界効果型トランジスタを形成しない領域の近傍にある化合物半導体電界効果型トランジスタを形成する領域の第２のレジストパターン６０９におけるＢＡＲＣ６０８のドライエッチングに供給される為、エッチングガスの供給量の面内不均一性が生じ、結果としてＢＡＲＣ６０８のドライエッチングにおける寸法制御性が悪化する。なお、ＢＡＲＣ６０８のドライエッチング時には、ＢＡＲＣ６０８のエッチングされる面積が半絶縁性ＧａＡｓ基板６０１の面積の２０％以下となるようにレジストパターンを形成することが好ましく、これによりオーバーエッチ時にレジストへのエッチングガスの供給量の大幅増加を防止する等、エッチング条件の均質性を維持することが可能となる。
【００２９】
ＢＡＲＣ６０８のドライエッチング後、続いて第２のレジストパターン６０９をマスクとして、絶縁層６０７のドライエッチングによりゲート電極６１０を形成するゲート開口（番号なし）、ソース電極６１１を形成するソース開口（番号なし）およびドレイン電極６１２を形成するドレイン開口（番号なし）を形成する。第２のレジストパターン６０９およびＢＡＲＣ６０８を除去後、ＷＳｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ金属膜（番号なし）を積層し、さらに第３のレジストパターン（図示せず）をマスクとしてＷＳｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ金属膜（番号なし）を加工し、ゲート電極６１０とソース電極６１１とドレイン電極６１２を形成することにより化合物半導体電界効果型トランジスタが形成される（図４（ｄ））。
【００３０】
本実施の形態においては、ゲート開口・ソース開口・ドレイン開口を形成する、多層構造からなる絶縁層を形成後、ＢＡＲＣを塗布し、さらにゲート開口・ソース開口・ドレイン開口を規定するレジストパターンを形成し、レジストパターンをマスクとしてＢＡＲＣをＳＯ２ガス雰囲気でドライエッチング処理後、ゲート開口・ソース開口・ドレイン開口をドライエッチングで形成するものである。これにより、ＢＡＲＣのドライエッチング時に形成されるレジストパターンの寸法制御性が向上し、従って後続の絶縁層のドライエッチングによって形成されるゲート開口の寸法制御性が向上することにより、結果的に高性能な化合物半導体電界効果型トランジスタが高製造歩留で製造可能となるものである。
【００３１】
本実施の形態においては基板や半導体層にＧａＡｓやＩｎＧａＡｓを、電極材料にはＷＳｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ積層膜を用いているが、これに限るものではない。基板や半導体層については、例えばＩｎＰやＧａＮ、あるいはＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ等の化合物半導体を用いてもよい。また、ゲート電極とソース電極・ドレイン電極が同一材料である必要はなく、例えばゲート電極にはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉを、ソース電極・ドレイン電極にＡｕＧｅ等を用いてもよい。また、本実施の形態においてはゲートリセス形成のためのエッチングにドライエッチングを用いているが、これに限るものではなく、ウェットエッチング等を用いてもよい。また、本実施の形態においてはゲート開口部・ソース開口部・ドレイン開口部を同時に開口しているが、これに限るものではなく個別に開口してもよい。また、本実施の形態においては絶縁層を窒化珪素層と酸化珪素層の多層構造としているが、これに限るものではなく、窒化珪素あるいは酸化珪素や他の絶縁材料の単層あるいは多層構造でもよいが、ＢＡＲＣドライエッチング後のレジストパターンの微細化という観点からは、絶縁層の最表面層には酸化珪素層を使用することが好ましい。
【００３２】
また、本実施の形態においては、エッチングガスとしてＳＯ２を用いているが、これに限るものではなく、硫黄を分子構造中に有するものが使用可能で、ＳＯ２の代替にＨ２Ｓ、ＣＳ２、ＯＣＳ等あるいはこれらの混合物を使用してもよい。また、エッチングガスに上記の硫黄化合物以外のガスを添加することにより、ＢＡＲＣのドライエッチング時にレジストパターン等の側壁に付着する物質の量を制御することも可能であり、これにより寸法制御性をさらに向上することが可能となる。
【００３３】
さらに、本実施の形態においては、ＢＡＲＣのドライエッチングはエッチング時間を固定して行なっているが、これに限ることはなく、受光素子等によるドライエッチングの終点検出によりエッチング時間を決定してもよい。
【００３４】
以上、３つの発明の形態を例として本発明に関する説明を行なったが、上記の発明の形態が本発明の真の範囲および精神から逸脱することなく、明らかな変更を受け得ることが可能なことを付記しておく。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のパターン形成方法によれば、レジストパターンをマスクとしたＢＡＲＣのドライエッチングにおける高い寸法制御性が得られ、その結果微細なスペースパターンのレジストパターンを高製造歩留で得ることができる。
【００３６】
また、本発明のパターン形成方法によれば、ＢＡＲＣのドライエッチングを行なった結果として、リソグラフィー工程で形成した微細なレジストパターンよりも更に微細なスペースパターンのレジストパターンを安定して形成することが可能となる。
【００３７】
また、本発明のパターン形成方法によれば、開口形成領域内におけるＢＡＲＣのドライエッチングの出来映え形状および寸法の均一性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるパターン形成方法を示す工程図
【図２】本発明の実施の形態２におけるパターン形成方法を示す工程図
【図３】本発明の実施の形態２におけるパターン形成方法のＢＡＲＣエッチング条件でドライエッチング処理後のレジストパターンの寸法シフト量を示す図
【図４】本発明の実施の形態３におけるパターン形成方法を用いた化合物半導体電界効果型トランジスタの製造方法を示す工程図
【図５】従来例における半導体装置の概略断面図
【図６】従来例における半導体装置の製造方法を示す工程図
【符号の説明】
１０１、２０１、６０１    半絶縁性ＧａＡｓ基板
１０２  エピタキシャル層
１０３、２０７、６１１  ソース電極
１０４、２０９、６１２  ドレイン電極
１０５、２０５、６１０  ゲート電極
１０６、２０４、３０２、４０４、６０７  絶縁層
２０２、６０２  ｎ−ＧａＡｓ層
２０３、６０３  ｎ＋−ＩｎＧａＡｓ層
２０６  ゲート開口
２０８  ソース開口
２１０  ドレイン開口
２１１、６０４  ゲートリセス
３０１、４０１  半導体基板
３０３、４０５、６０８  ＢＡＲＣ
３０４、４０６  レジストパターン
４０２、６０５  窒化珪素層
４０３、６０６  酸化珪素層
６０９  第２のレジストパターン
【図１】
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【図２】
2004363150.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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