(57)【要約】【課題】金属などの所定の原料の飛散経路がレジストのパターン開口部に対して入射角を有していても、この所定の原料を半導体ウェハ上の適正な位置に到達させることが可能な半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】位置合わせマークが形成された半導体ウェハ２上に下層レジスト５５及び上層レジスト５７を塗布する。所定パターンを有する露光マスクと半導体ウェハ２との相対位置を位置合わせマークに従って調整する。このとき、露光位置と半導体ウェハ２の中心部との距離に応じて、露光マスクの位置をオフセットさせる。上層レジスト５７を所定パターンに応じて露光し、多層レジスト５９ａにパターン開口部６０を形成する。原料源５８ａから金属粒子５８を飛散させ、パターン開口部６０内に堆積させてゲート電極２９を形成する。【選択図】  図６
2004342698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置合わせマークが形成された半導体ウェハ上にレジストを塗布する第１の工程と、
露光マスクと前記半導体ウェハとの相対位置を前記位置合わせマークを用いて調整し、前記レジストを露光する第２の工程と、
原料源から所定の原料を飛散させ、前記半導体ウェハ上に該所定の原料を堆積させる第３の工程と、
を少なくとも含む半導体装置の製造方法において、
前記第２の工程の際に、露光領域と前記半導体ウェハの中心部との距離に応じて、前記露光マスクと半導体ウェハとの相対位置をオフセットさせることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２の工程における前記オフセット量を、前記半導体ウェハの中心と前記露光領域の中心との距離、及び前記半導体ウェハの中心と前記原料源との距離に基づいて定まる前記所定の原料の入射角と、前記レジストの厚さとに基づいて決定する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記所定の原料は金属粒子である、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２の工程における前記レジストの露光をステップアンドリピート法により行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体プロセス、特に化合物半導体を主材料とする集積回路や単体デバイスの製造プロセスにおいては、レジスト等でパターニングした上で金属を堆積させ、レジスト上に堆積した金属をリフトオフ法により除去して、所望の電極や配線を得る、という方法が一般的である。Ｓｉを主体とする集積回路とは異なり、その集積度がさほど高くなく、かつ、これら化合物半導体集積回路やデバイスに第一義に求められる特性が高速動作にある場合には、集積回路やデバイスに流れる電流の許容値を大きくする必要がある。従って、電極や配線の材料として、マイグレーション特性に優れたＡｕを主成分とする金属を用いることとなる。電極や配線にＡｕを用いた場合には、Ａｕ自体の安定性が極めて高いため、反応性ドライエッチングを用いることが不可能であり、その配線、電極パターンの形成には、上記リフトオフ法を用いざるを得ない。
【０００３】
リフトオフ法は以下の手順にて行われる。すなわち、レジストを半導体ウェハ全面にスピンコータにより均一な厚さで塗布する。ここで、通常採用されているレジストの厚さは１．０μｍ〜２．０μｍである。レジスト塗布後、電極及び配線のパターンを有する露光マスクを用いてレジストを露光し、次いでこれを現像することにより、レジストに電極及び配線のパターンが形成される。その後、蒸着等の方法により半導体ウェハ上に所定の金属からなる金属膜を形成する。金属膜は、レジスト上及びレジストに形成されたパターン内に一様に形成される。金属膜の形成後に、有機溶剤等を用いてレジストを半導体ウェハ上から除去することにより、レジスト上に形成された余剰な金属膜をレジストとともに除去し、所望の電極及び配線を得る。
【０００４】
ここで、金属膜の形成後に、レジストに形成されたパターン内に形成された金属膜と、レジスト上に形成された金属膜とが物理的に分離していない場合には、レジスト上に形成された金属膜を効果的に除去できないこととなる。この対策として、レジストにパターンを形成するときに該パターンの壁面を逆テーパ形状あるいは庇状にする方法や、もしくは多層レジストを用いる方法などが知られている（例えば、非特許文献１参照）。以下に、多層レジストを用いる方法について説明する。
【０００５】
まず、半導体ウェハ全面にレジストを均一な厚さで塗布し、下層レジストを形成する。その後、下層レジスト上に、下層レジストとは異なる化学的性質を有する材料を塗布または成膜して中間層を形成する。このとき、一般的には、例えばＳｉＯ２、ＳｉＮ等の無機材料を用いる。この材料の上に再度レジストを塗布し、上層レジストを形成する。上層レジストを形成した後、この上層レジストに対して電極及び配線のパターンの露光及び現像を行う。なお、この時点では、下層レジストには露光及び現像がなされず、下層レジストに一切のパターンは形成されていない。
【０００６】
上記のようにして上層レジストに電極及び配線のパターンを形成した後、中間層を上層レジストのパターンに基づいて加工する。中間層がＳｉＯ２、ＳｉＮ等の無機材料からなる場合には、パターンの加工寸法性に優れた反応性ドライエッチングを用いることが可能である。すなわち、フッ素系ガスをプラズマ化してこの中間層に照射し、中間層のＳｉ等と反応させることにより、パターニングされた上層レジストと同様のパターンをこの中間層に対して形成することができる。中間層の加工は下層レジストが露出するまで行う。
【０００７】
中間層を加工した後に下層レジストを加工する。下層レジストの加工には酸素を反応性ガスとするプラズマエッチングを用いることができる。すなわち、中間層の加工により下層レジストの表面が中間層のパターンに従って露出している。そこに、酸素ガスをプラズマ化して照射すると、酸素イオンや酸素ラジカルと下層レジスト中の有機物質とが反応して反応物質が生じ、これを下層レジストから脱離させることでエッチングが行われる。酸素プラズマは中間層のパターンに応じて照射されるので、下層レジストにも中間層のパターンが転写されることとなる。なお、上層レジストは、このプラズマエッチングによってほぼ全て除去される。
【０００８】
このとき、酸素プラズマを用いたエッチングでは、エッチングがほぼ等方的に進行し、且つ酸素プラズマは中間層をほとんどエッチングしない。このため、下層レジスト及び中間層の２層で構成される最終的に得られるパターンは、中間層では上層レジストに対して形成されたパターンが反映された形状となり、下層では中間層のパターンに加えて等方的なエッチング加工が反映された形状となっている。すなわち、下層レジスト及び中間層の２層で構成されるパターンの断面形状は、中間層が一種の庇となって、下層レジストの庇下の部分が除去されたパターンが得られる。
【０００９】
この断面庇状のパターンに対して金属膜を形成し、次いでリフトオフを行うことによって所望の形状の電極及び配線を得ることができる。
【００１０】
【非特許文献１】
“ＧａＡｓ  ＬＳＩ−Ｄｉｒｅｃｔｅｄ  ＭＥＳＦＥＴ’Ｓ  ｗｉｔｈ  Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｈｅｄ  Ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ            ｆｏｒ  ｎ＋−Ｌａｙｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＳＡＩＮＴ）”ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ            ＤＥＶＩＣＥＳ、１９８２年  Ｖｏｌ．ＥＤ−２９  Ｎｏ．１１、ｐ．１７７２−１７７７
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
非特許文献１においては、上記した多層レジストを用いる方法を電界効果トランジスタのゲート電極形成に採用している。すなわち、イオン注入工程、反転ゲートパターン（将来ゲート電極が形成される領域の両脇にＳｉＯ２により形成されたパターン）形成工程、アニール工程を経た後、反転ゲートパターンの下層（ＳｉＮ層）をエッチングして半導体基板を露出させ、そこにゲート電極を形成する。ゲート電極を形成する際に、上で説明した下層レジスト／中間層／上層レジストからなる多層レジストを用いることとなる。ここで、下層レジストの厚さは１．０μｍ程度あり、また、中間層の厚さは０．１μｍ〜０．２μｍ程度ある。一方、多層レジストに形成されるパターンの開口部の幅は、デバイス寸法が微細化されるに従って狭く形成されており、現状は０．５μｍ程度である。
【００１２】
このように、多層レジストにおけるパターン開口部断面のアスペクト比（縦横比）は縦長になり、電極及び配線を形成する際のプロセス裕度を制限することとなってしまう。ここで、電極及び配線を形成する際には、ビーム指向性に優れた蒸着法により形成するのが一般的である。これに対し、スパッタ法はビーム指向性に劣るため、ここでは使用されない。蒸着法は、原料金属を溶融させ、その蒸気を飛着させることにより電極及び配線を形成する方法である。このとき、原料金属の蒸気の飛散経路は余弦の法則に従うとされており、原料源がたとえ点源であったとしても、半導体ウェハ表面の法線方向に対する金属蒸気の入射角がゼロではなくなる。すなわち、半導体ウェハの中心を原料源に正対させたときに、その半導体ウェハ上の中心以外の部分においては金属蒸気が斜め方向から多層レジストのパターン開口部へ入射することとなる。
【００１３】
このように、金属蒸気が斜め方向から入射することにより、多層レジストのパターン開口部の底面に、金属蒸気が多層レジストに遮られて到達しない領域が生じることとなる。この現象は、特にパターン開口部のアスペクト比が縦長である場合に著しい。従って、電極及び配線が、所望の電極及び配線とは異なる位置、形状に形成されることとなる。
【００１４】
例えば、電界効果トランジスタのゲート電極を上記の方法により形成しようとする場合に、所望のゲート電極とは異なる位置、形状にゲート電極が形成されることとなると、反転ゲートパターン上に形成されるゲート電極部分の広さが異なってくる。この反転ゲートパターン上のゲート電極部分は、反転ゲートパターン下に設けられた半導体層との間で平行平板型のコンデンサを形成することとなり、このコンデンサは電界効果トランジスタにとって寄生容量となる。反転ゲートパターン上のゲート電極部分が広ければ、この寄生容量値が増加することとなり、電界効果トランジスタの高速動作の阻害要因となる。
【００１５】
さらに、多層レジストのパターン開口部に対する金属蒸気の入射角が大きくなってくると、ゲート電極で覆われるべき半導体基板の露出部分にも多層レジストにより金属蒸気が遮られる領域が生じることとなる。そして、その領域には金属膜が形成されないため半導体基板が露出したままとなる。半導体基板が露出した状態は、電界効果トランジスタの信頼性にとって好ましくない。
【００１６】
本発明は、金属などの所定の原料の飛散経路がレジストのパターン開口部に対して入射角を有していても、この所定の原料を半導体ウェハ上の適正な位置に到達させることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明による半導体装置の製造方法は、位置合わせマークが形成された半導体ウェハ上にレジストを塗布する第１の工程と、露光マスクと半導体ウェハとの相対位置を位置合わせマークを用いて調整し、レジストを露光する第２の工程と、原料源から所定の原料を飛散させ、半導体ウェハ上に該所定の原料を堆積させる第３の工程と、を少なくとも含む半導体装置の製造方法において、第２の工程の際に、露光領域と半導体ウェハの中心部との距離に応じて、露光マスクと半導体ウェハとの相対位置をオフセットさせることを特徴とする。
【００１８】
上記した半導体装置の製造方法では、露光領域と半導体ウェハの中心部との距離に応じて、露光マスクと半導体ウェハとの相対位置をオフセットさせている。従って、レジストに形成されるパターン開口部が、半導体ウェハ上における適正位置から所定距離だけずれて形成される。レジストのパターン開口部の位置を所定距離だけずらすことによって、斜め方向からパターン開口部へ入射する所定の原料がレジストに遮られることなくパターン開口部内の適正位置に到達することができる。すなわち、この半導体装置の製造方法によれば、所定の原料の飛散経路がレジストのパターン開口部に対して入射角を有していても、この所定の原料を半導体ウェハ上の適正位置に到達させることが可能となる。
【００１９】
ここで、露光マスクと半導体ウェハとの相対位置をオフセットさせるとは、所定の原料を到達させるべき半導体ウェハ上の適正位置とレジストの露光位置とが一致するように設定された露光マスクと半導体ウェハとの相対位置に対して、所定方向に所定距離だけ該相対位置を変更することを意味している。
【００２０】
また、半導体装置の製造方法は、第２の工程におけるオフセット量を、半導体ウェハの中心と露光領域の中心との距離、及び半導体ウェハの中心と原料源との距離に基づいて定まる所定の原料の入射角と、レジストの厚さとに基づいて決定することを特徴としてもよい。これによって、所定の原料を半導体ウェハ上の適正位置へより正確に到達させることが可能となる。
【００２１】
また、半導体装置の製造方法は、所定の原料が金属粒子であることを特徴としてもよい。これによって、金属からなる配線や電極などを半導体ウェハ上の適正な位置に形成することができる。
【００２２】
また、半導体装置の製造方法は、第２の工程におけるレジストの露光をステップアンドリピート法により行うことが好ましい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による半導体装置の製造方法の好適な実施形態について説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００２４】
図１〜図７は、本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を示す断面図である。本実施形態では、半導体装置として例えば電界効果トランジスタを製造する方法を説明する。本実施形態では、まず、半導体ウェハ２を準備する。ここでは、半導体ウェハ２として例えば半絶縁性ＧａＡｓ半導体基板が用いられる。
【００２５】
（埋込層の形成工程）
図１（Ａ）に示されるように、半導体ウェハ２には、ｐ型埋込層２１及びｎ型活性層２２が形成されている。ｐ型埋込層２１および活性層２２は、以下のように形成される。所定のマスク層を形成した後、活性層２２を形成するためのｎ型ドーパント（Ｓｉ＋）の注入を行う。また、このマスク層を用いて、ｐ型埋込層２１を形成するためのｐ型ドーパント（Ｂｅ＋）の注入を行う。これらのイオン注入プロセスの結果、図１（Ａ）に示す通り、半導体ウェハ２には、主にＢｅが添加されたｐ型埋込層２１と、ＳｉおよびＢｅが添加された活性層２２とが形成される。ｐ型埋込層２１は、活性層２２より深い。ｐ型埋込層２１の不純物濃度はｎ型活性層２２の不純物濃度より高い。
【００２６】
ｐ型埋込層２１および活性層２２の注入条件は、例えば
加速電圧：３０ｋＶ、注入量：３．４×１０１２ｃｍ−２
とするとよい。
【００２７】
続いて、図１（Ａ）に示されるように、ｐ型埋込層２１および活性層２２を覆うように絶縁性シリコン化合物膜（例えば、ＳｉＮ膜３）といった絶縁膜を半導体ウェハ２上に形成する。ＳｉＮ膜３の厚さは、例えば８０ｎｍ程度である。ＳｉＮ膜３を形成する方法としては、例えばプラズマＣＶＤ法を用いる。
【００２８】
（ソース領域及びドレイン領域の形成工程）
続いて、図１（Ｂ）に示されるように、ＳｉＮ膜３上にレジストからなるマスク層５１を形成する。マスク層５１は開口部５１ａを有する。このマスク層５１を用いて、ＳｉＮ膜３を通してｎ型ドーパント（Ｓｉ＋）を半導体ウェハ２へイオン注入する。これによって、図１（Ｂ）に示されるように、ソース領域２３ｓおよびドレイン領域２３ｄが形成される。イオン注入の条件としては、例えば
Ｓｉイオン（Ｓｉ＋）の加速電圧：１００ｋＶ
Ｓｉイオンのドーズ量：６．８×１０１３ｃｍ−２
の程度である。
【００２９】
（中間領域の形成工程）
続いて、図１（Ｃ）に示されるように、マスク層５１を除去した後、マスク層５２を形成する。マスク層５２は、図１（Ｃ）に示されるように、開口部５２ａを有する。このマスク層５２を用いて、ｎ型ドーパント（Ｓｉ＋）のイオン注入をＳｉＮ膜３を通して半導体ウェハ２に行う。こうして、図１（Ｃ）に示されるように、中間領域２４ｓ及び２４ｄが形成される。中間領域２４ｓ及び２４ｄの深さは、ソース領域２３ｓおよびドレイン領域２３ｄの深さより浅い。また、中間領域２４ｓ及び２４ｄの不純物濃度は、ソース領域２３ｓおよびドレイン領域２３ｄの不純物濃度より低く、低濃度領域（後述）よりも高い。
【００３０】
（低濃度領域の形成工程）
続いて、図２（Ａ）に示すように、幅Ｌ３の開口部５３ａを有するマスク層５３を形成する。このとき、例えば、プラズマによって生成された活性種を用いてマスク層５２をエッチングすることによりマスク層５３を形成する。マスク層５３は、後の工程でゲート電極が形成される位置に形成されている。
【００３１】
マスク層５３を用いて、ＳｉＮ膜３を通してｎ型ドーパント（Ｓｉ＋）を半導体ウェハ２にイオン注入する。こうして、図２（Ａ）に示されるように、ｎ型低濃度領域２５ｓ及び２５ｄが形成される。中間領域２４ｓは、ソース領域２３ｓと低濃度領域２５ｓとの間に位置しており、中間領域２４ｄは、ドレイン領域２３ｄと低濃度領域２５ｄとの間に位置している。ｎ型低濃度領域２５ｓ及び２５ｄの深さは、中間領域２４ｓ及び２４ｄの深さより浅い。低濃度領域２５ｓ、２５ｄの濃度は、中間領域２４ｓ、２４ｄの濃度より小さい。
【００３２】
（反転ゲートパターンの形成工程）
続いて、図２（Ｂ）に示されるように、マスク層５３およびＳｉＮ膜３上に、ＳｉＯ２膜３１といった絶縁性シリコン化合物膜を形成する。ＳｉＯ２膜３１は、スパッタ法により形成され、その厚さは例えば０．３マイクロメートル程度である。堆積されたＳｉＯ２膜を希フッ酸水溶液に浸すと、フッ酸によりＳｉＯ２膜３１のうちマスク層５３の側面に堆積した部分がエッチングされて、図２（Ｃ）に示す通り、マスク層５３の側面が露出する。この後、マスク層５３を有機溶剤で除去すると、図３（Ａ）に示す通り、マスク層５３上に堆積したＳｉＯ２膜３１ａが除去される。こうして、図３（Ａ）に示されるように、ゲート電極形成位置に開口を有する、すなわち反転ゲートパターンを有するＳｉＯ２膜３２が形成される。
【００３３】
（活性化アニール工程）
続いて、図３（Ｂ）に示されるように、熱３３を基板に与えて活性化アニールを行う。活性化アニールにより、イオン注入された不純物が半導体中において活性化される。
【００３４】
（ソース電極及びドレイン電極の形成工程）
続いて、図３（Ｃ）に示されるように、ＳｉＮ膜３およびＳｉＯ２膜３２上にマスク層５４を形成する。マスク層５４は、例えばフォトレジストから構成され、ソース電極及びドレイン電極を形成する領域を露出する開口部５４ａを有する。マスク層５４を用いて、ＳｉＯ２膜３２およびＳｉＮ膜３のうち開口部５４ａに対応する部分をエッチングにより除去する。これにより、図４（Ａ）に示すように、ソース電極及びドレイン電極を形成する領域を露出する開口を有するＳｉＯ２膜３２ａおよびＳｉＮ膜３ａが形成されるとともに、ソース領域２３ｓおよびドレイン領域２３ｄが露出される。
【００３５】
続いて、図４（Ｂ）に示されるように、マスク層５４を除去することなく、マスク層５４及び半導体ウェハ２上に金属膜２６を形成する。その後、マスク層５４を除去すると、金属膜２６のうちマスク層５４上に堆積された部分が除去される。こうして、図４（Ｃ）に示されるように、ソース領域２３ｓ及びドレイン領域２３ｄのそれぞれの上にソース電極２７及びドレイン電極２８が形成される。この後、熱処理を行うことにより、ソース電極２７とソース領域２３ｓとの間のオーミック接触、およびドレイン電極２８とドレイン領域２３ｄとの間のオーミック接触を形成する。
【００３６】
（ゲート電極の形成工程）
続いて、ゲート電極を形成する工程を説明する。なお、以下に説明する方法では、いわゆるリフトオフ法を用いてゲート電極を形成する。まず、図５（Ａ）に示されるように、ソース電極２７、ドレイン電極２８、ＳｉＮ膜３ａおよびＳｉＯ２膜３２ａ上に下層レジスト５５といったマスク層を形成する。下層レジスト５５は、例えばレジストから構成されるが、下層レジスト５５の材料はこれに限られるものではない。下層レジスト５５の形成方法としては、例えば半導体ウェハ２上にレジストを滴下し、スピンコータを用いて半導体ウェハ２全面にスピン塗布するとよい。このとき、下層レジスト５５の厚さを、ＳｉＯ２膜３２ａ及び後に形成するゲート電極をあわせた厚さよりも厚くする。具体的には、下層レジスト５５の厚さを例えば１．０μｍとするとよい。
【００３７】
続いて、図５（Ｂ）に示されるように、下層レジスト５５上に中間層５６を形成する。中間層５６は、例えばＳｉＯ２やＳｉＮなどの無機材料から構成される。中間層５６の形成方法としては、低温での形成を可能にするため、例えばスパッタ法を用いるとよい。このとき、中間層５６の厚さを、例えば０．１５μｍとするとよい。
【００３８】
続いて、図５（Ｃ）に示されるように、中間層５６上に上層レジスト５７を形成する。上層レジスト５７は、例えば下層レジスト５５と同様の材料から構成される。上層レジスト５７の形成方法及び厚さは下層レジスト５５の形成方法及び厚さと同様とするとよい。以上のように形成された下層レジスト５５、中間層５６、及び上層レジスト５７を、まとめて多層レジスト５９と称する。
【００３９】
続いて、図６（Ａ）に示されるように、上層レジスト５７にパターン開口部５７ａを形成する工程について説明する。まず、上層レジスト５７を露光する。このとき、露光には例えばステッパーを用い、レティクルといった露光マスクをステッパーにセットする。この露光マスクは、半導体ウェハ２に形成する複数の電界効果トランジスタのゲート電極のパターンを有している。そして、露光マスクの移動と約１０ｍｍ角の露光ショットとを半導体ウェハ２全面において繰り返すステップアンドリピート方式により露光を行う。例えば半導体ウェハ２の直径が４インチの場合、その直径は約１０ｃｍであるので、半導体ウェハ２の直径上に９ショット（計９ｃｍ）露光することができる。なお、このとき、半導体ウェハ２の外縁近傍は結晶品質や製造プロセスの影響を強く受けているので使用しない。また、上記９ショットを、半導体ウェハ２の中心に１ショット、前後左右にそれぞれ４ショットとして順次露光する。露光位置精度については、半導体ウェハ上に形成された位置合わせマークと露光マスクとの相対位置を調整することにより、通常は±５０ｎｍの精度が確保される。
【００４０】
ここで、位置合わせマークと露光マスクとの相対位置を調整する際に、上層レジスト５７における露光領域と半導体ウェハ２の中心部との距離に応じて、露光マスクと半導体ウェハ２との相対位置をオフセットさせる。すなわち、半導体ウェハ２の中心部を露光するときには、露光マスクと位置合わせマークとの相対位置調整は本来の相対位置に対してずれのない設定で行う。そして、露光領域が半導体ウェハ２の中心部から遠くなるにしたがって、露光領域が本来の適正位置からずれるように露光マスクと位置合わせマークとの相対位置をオフセットさせる。このとき、オフセットさせる方向を半導体ウェハ２の径方向とし、また、上層レジスト５７の露光領域が半導体ウェハ２上の適正位置に対し中心寄りとなるようにオフセットさせる。そして、露光マスクを用いて露光し、上層レジスト５７の露光領域を除去することにより、図６（Ａ）に示されるように、上層レジスト５７のパターン開口部５７ａは、その中心Ｃ２がゲート電極の適正位置の中心Ｃ１から所定距離ｄだけずれて形成される。なお、所定距離ｄの決定方法については後述する。
【００４１】
続いて、図６（Ｂ）に示されるように、中間層５６にパターン開口部５６ａを形成する。パターン開口部５６ａの形成方法としては、例えば反応性イオンエッチングを用いるとよい。すなわち、フッ素系ガス（例えばＣＦ４）といった反応性ガスをプラズマ化してこの中間層５６のうち露出している部分に照射し、中間層５６に含まれるＳｉ等と反応させる。なお、このときの反応条件としては、例えば
ＣＦ４流量：３０ｓｃｃｍ（ｃｅｎｔｉｍｅｔｅｒ  ｃｕｂｉｃ  ｐｅｒ  ｍｉｎｕｔｅ）
チャンバ内圧力：３．０Ｐａ
電力条件：周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー８０Ｗ
とするとよい。これにより、上層レジスト５７のパターン開口部５７ａと同一のパターンを有するパターン開口部５６ａを中間層５６に形成することができる。
【００４２】
続いて、図６（Ｃ）に示されるように、下層レジスト５５にパターン開口部５５ａを形成する。パターン開口部５５ａの形成方法としては、例えばプラズマエッチング法を用いるとよい。すなわち、Ｏ２といった反応性ガスをプラズマ化してこの下層レジスト５５のうち露出している部分に照射すると、酸素イオンや酸素ラジカルと下層レジスト５５中の有機物質とが反応して反応物質が生じる。そして、この反応物質を除去することにより、下層レジスト５５のエッチングが行われる。このとき、下層レジスト５５には等方性エッチングがなされるので、パターン開口部５５ａの幅は、図６（Ｃ）に示されるように中間層５６のパターン開口部５６ａの幅よりも広く形成される。なお、下層レジスト５５をエッチングする際に、上層レジスト５７も同時にエッチングされて除去されるので、多層レジスト５９は、中間層５６及び下層レジスト５５からなる多層レジスト５９ａとなる。また、このときの反応条件としては、例えば
チャンバ内圧力：２０Ｐａ
電力条件：周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー１００Ｗ
とするとよい。
【００４３】
続いて、図７（Ａ）に示されるように、ＳｉＮ膜３ａのうち露出している部分をエッチングにより除去する。エッチング法としては、例えばプラズマエッチング法を用いるとよい。エッチングが終了すると、ゲート電極が形成される部分に活性層２２が露出される。以上説明したように、上層レジスト５７、中間層５６、下層レジスト５５、及びＳｉＮ膜３ａに対する一連の加工により、多層レジスト５９ａにパターン開口部６０が形成されるとともに、半導体ウェハ２の活性層２２表面が露出することとなる。
【００４４】
続いて、図７（Ｂ）に示されるように、活性層２２の露出面上及びＳｉＯ２膜３２ａ上にゲート電極２９を形成する。ゲート電極２９の形成は、金属粒子の発散角が小さい蒸着法により行うことが好ましい。ここで、図８は、ゲート電極２９を蒸着法により形成するときの、原料源５８ａ及び半導体ウェハ２の配置を示す側面断面図である。なお、図８に示す断面は、半導体ウェハ２の中心を通り、半導体ウェハ２表面の法線を含む断面である。図８を参照すると、半導体ウェハ２の表面には、トランジスタ形成予定部１ａが径方向に９個並んで配置されている。そして、原料源５８ａは、半導体ウェハ２の中心に正対して配置されている。原料源５８ａは、所定の原料、例えばＴｉ、Ｐｔ、Ａｕといった金属からなる。本実施形態では、これらの金属を原料源５８ａとして順に用いる。
【００４５】
溶融した原料源５８ａから金属粒子５８が蒸発すると、この金属粒子５８の一部は半導体ウェハ２表面に達する。このとき、金属粒子５８の飛散経路は余弦の法則に従い、例えばトランジスタ形成予定部１ｂに到達する金属粒子５８は、平均すれば図８の矢印Ａのような経路をたどる。従って、この金属粒子５８は、入射角θをもってトランジスタ形成予定部１ｂに到達することとなる。入射角θは、半導体ウェハ２と原料源５８ａとの間の距離ｈ、及び半導体ウェハ２の中心からトランジスタ形成予定部１ｂの露光領域の中心までの距離ｘによって定まる。
【００４６】
再び図７（Ｂ）を参照すると、原料源５８ａから蒸発した金属粒子５８は、中間層５６上に堆積するとともに、多層レジスト５９ａのパターン開口部６０に入射する。このとき、多層レジスト５９ａのパターン開口部６０は、その中心Ｃ２がゲート電極２９の適正位置の中心Ｃ１よりも所定距離ｄだけ半導体ウェハ２の中心方向へずれて形成されているので、入射角θでもって斜め方向から入射した金属粒子５８は、ちょうどゲート電極２９の適正な形成位置へ到達することとなる。こうして、活性層２２の露出面上及びＳｉＯ２膜３２ａ上に金属粒子５８が堆積することにより、ゲート電極２９が適正な位置及び形状に形成される。ゲート電極２９は、例えばＴｉを１００ｎｍ、Ｐｔを８０ｎｍ、Ａｕを３００ｎｍの厚さにそれぞれ連続的に堆積させて形成される。
【００４７】
続いて、多層レジスト５９ａを除去する。多層レジスト５９ａの除去は、例えば有機溶剤を用いて下層レジスト５５を除去することにより行うとよい。以上に説明した工程の結果、図９に示される電界効果トランジスタ１が完成する。
【００４８】
ここで、前述した所定距離ｄの決定方法について説明する。いま、図８に示した原料源５８ａを点源と仮定し、半導体ウェハ２の直径が４インチであると仮定すると、半導体ウェハ２と原料源５８ａとの距離ｈを３０ｃｍとした場合には、半導体ウェハ２の外縁部分では金属粒子５８の入射角θが約９．５度に達する。距離ｈを９０ｃｍとした場合でも入射角θは約３．２度である。ここで、下層レジスト５５及び中間層５６を合わせた多層レジスト５９ａの厚さは１．１５μｍなので、この厚さでもって形成されたパターン開口部６０に対して金属粒子５８が上記入射角θで入射すると、距離ｈ＝３０ｃｍの場合には０．１９μｍ、距離ｈ＝９０ｃｍの場合には０．０６μｍだけパターン開口部６０の底面に影の部分が生じる。また、露光位置に対してゲート電極２９が０．１９μｍや０．０６μｍといった長さの分だけずれた位置に形成される。従って、ゲート電極２９の位置ずれ方向とは反対の方向へ、ゲート電極２９の位置ずれの距離だけ露光位置をあらかじめずらしておけば、ゲート電極２９が適正位置に形成されることとなる。すなわち、ゲート電極２９の位置がずれる距離を、図６（Ａ）に示す所定距離ｄとするとよい。
【００４９】
所定距離ｄの一例として、半導体ウェハ２外縁部における、距離ｈ、入射角θ、及びこれらの数値から決定される所定距離ｄを表にまとめると以下のとおりである。
【表１】
2004342698.tif 000003
【００５０】
また、図８を参照すると、半導体ウェハ２の中心部におけるトランジスタ形成予定部１ａでは金属粒子５８の入射角θはほぼゼロに等しく、半導体ウェハ２の中心部から遠いトランジスタ形成予定部１ａほど金属粒子５８の入射角θは大きくなる。従って、露光位置に対するゲート電極２９の位置ずれは、半導体ウェハ２の中心部から遠いトランジスタ形成予定部１ａほど大きくなる。ここでも、所定距離ｄをゲート電極２９の位置ずれに応じて決定する。半導体ウェハ２中心からトランジスタ形成予定部１ａの露光領域の中心までの距離ｘと所定距離ｄとの相関の一例を表にまとめると以下のとおりである。なお、以下の表は、半導体ウェハ２と原料源５８ａとの距離ｈを５０ｃｍとし、露光ショットを１０ｍｍ角とした場合のものである。
【表２】
2004342698.tif 000004
【００５１】
このように、半導体ウェハ２の中心部からトランジスタ形成予定部１ａの露光領域の中心までの距離ｘに応じて所定距離ｄを設定する。そして、露光マスクと半導体ウェハ２との相対位置を所定距離ｄに基づいてオフセットさせ、ステッパーによる露光ショットを半導体ウェハ２中心から半導体ウェハ２周辺部に向かって順次行うことにより、半導体ウェハ２上の適正な位置にゲート電極２９が形成される。
【００５２】
露光マスクと半導体ウェハ２との相対位置をオフセットさせる際には、例えばステッパーに対してプログラムすることにより所望のオフセット量を与えることが可能である。すなわち、まず露光マスクと半導体ウェハ２との相対位置をオフセット値無しの状態で調整する。その後、半導体ウェハ２を、その合わせ位置から相対的に所定距離ｄに基づく量だけプログラム制御によりオフセットさせることによって、露光マスクと半導体ウェハ２との相対位置を好適にオフセットさせることができる。
【００５３】
ここで、本実施形態による半導体装置の製造方法の一実施例について説明する。図１０（Ａ）は、従来の半導体装置の製造方法により形成されたゲート電極の写真である。また、図１０（Ｂ）は、本実施形態による半導体装置の製造方法により形成されたゲート電極２９の写真である。図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）ともに、左側の写真は、半導体ウェハ２の中心部からオリエンテーションフラット（ＯＦ）側に最も離れたトランジスタのゲート電極を示している。また、中央の写真は、半導体ウェハ２の中心部のトランジスタのゲート電極を示している。また、右側の写真は、半導体ウェハ２の中心部からＯＦとは反対側に最も離れたトランジスタのゲート電極を示している。これらの写真は、半導体ウェハ２の上方から撮影したものである。
【００５４】
図１０（Ａ）を参照すると、従来の方法でも、半導体ウェハ２の中心部のトランジスタのゲート電極は適正位置に形成されている。しかし、半導体ウェハ２の中心部から離れた位置のトランジスタのゲート電極は、いずれも半導体ウェハ２の中心部から離れる方向へずれた位置に形成されていることがわかる。一方、図１０（Ｂ）を参照すると、本実施形態による方法では、半導体ウェハ２の中心部及び中心部から離れた位置のトランジスタのゲート電極２９が、すべて適正位置に形成されていることがわかる。図１０（Ｂ）ではゲート電極２９がウェハ中心部から離れる方向へずれているように見えるが、レジスト開口部がウェハ中心方向へずれている結果、ゲート電極２９は適正な位置に形成されている。
【００５５】
以上、詳細に説明した本実施形態による半導体装置の製造方法は、以下の効果を有する。すなわち、上記した半導体装置の製造方法では、露光領域と半導体ウェハ２の中心部との距離に応じて、露光マスクと半導体ウェハ２との相対位置をオフセットさせている。従って、多層レジスト５９ａに形成されるパターン開口部６０が、半導体ウェハ２上におけるゲート電極２９の適正位置から所定距離ｄだけずれて形成される。このようにパターン開口部６０の位置を所定距離ｄだけずらすことによって、入射角θでもって斜め方向から入射する金属粒子５８が多層レジスト５９ａに遮られることなくパターン開口部６０内の適正位置に到達することができる。
【００５６】
ここで、図１１は、従来の半導体装置の製造方法によるゲート電極７０の形成工程を示す断面図である。この製造方法では、中間層７１及び下層レジスト７２の開口部７３を、その中心がゲート電極７０の適正位置の中心と一致するように形成している。すると、金属粒子７４が斜め方向（入射角θ）から入射する場合、ゲート電極７０は適正な位置からずれて形成されてしまう。また、図１１に示されるように、開口部７３の底面の一部が中間層７１及び下層レジスト７２によって遮られるため、ゲート電極７０の形状も適正な形状とはならない恐れがある。
【００５７】
これに対し、本実施形態による半導体装置の製造方法によれば、金属粒子５８の飛散経路がパターン開口部６０に対して入射角θを有していても、この金属粒子５８を半導体ウェハ２上の適正な位置に到達させることが可能となるので、ゲート電極２９を適正な位置に形成することができる。
【００５８】
また、図９に示されるように、ゲート電極２９は所定のゲート長（活性層２２とゲート電極２９とが接している部分の幅）に対して一定の余裕を見込んだ幅となるように、ゲート電極２９の両端がＳｉＯ２膜３２ａに乗り上げた形で形成される。ゲート電極２９のうちＳｉＯ２膜３２ａに乗り上げた部分は、電界効果トランジスタ１に対して寄生容量（浮遊容量）の効果をもたらすために、電界効果トランジスタ１の高速動作の妨げとなる。故に、可能な限りこの乗り上げ部分を小さくすることが望まれる。
【００５９】
しかしながら、ゲート電極２９の乗り上げ部分を無くし、ゲート電極２９の幅が所定のゲート長と等しくなるように設定した場合、製造プロセスが本来有しているトレランスのために、活性層２２においてゲート電極２９に覆われずに露出する部分が生じやすくなる。すなわち、ゲート電極２９の幅を所定のゲート長と等しく設定した場合には、全てのプロセストレランスをゼロにすることができた場合にのみ、ゲート電極２９によって活性層２２を完全に覆うことができるが、それは非常に困難である。活性層２２の一部が露出した状態は、電界効果トランジスタ１の信頼性等の面で著しい不利を及ぼしてしまうので、ゲート電極２９の幅は、プロセストレランスを見込んだ上でゲート長よりも広く設定しておく必要がある。従来は、このプロセストレランスには金属粒子５８の入射角θに起因するゲート電極形成位置のずれも含まれており、入射角θを考慮してゲート電極２９に例えば０．１５μｍの幅的余裕を持たせる設計が必要であった。
【００６０】
通常、プロセストレランスを改善する際にはプロセス全体を見直さなければならず、その効果にくらべて作業量は極めて大きいものとなる。これに対し、本実施形態による半導体装置の製造方法によれば、他のプロセスを変更することなく、単にゲート電極２９形成工程における露光工程を調整するのみでプロセストレランスを改善することができるために、改善効率が非常に高い。本方法を用いることにより、ゲート電極２９におけるＳｉＯ２膜３２ａ上の乗り上げ部分を、ステッパーにおける位置合わせマークと露光マスクとの相対位置の調整誤差（０．０５μｍ）に応じて形成するのみで、活性層２２をゲート電極２９でもって完全に覆うことが可能となる。
【００６１】
また、本実施形態による半導体装置の製造方法では、露光マスクと半導体ウェハ２との相対位置のオフセット量を、半導体ウェハ２の中心と露光領域の中心との距離ｘ、及び半導体ウェハ２の中心と原料源５８ａとの距離ｈに基づいて定まる金属粒子５８の入射角θと、中間層５６及び下層レジスト５５を合わせた多層レジスト５９ａの厚さとに基づいて決定している。パターン開口部６０内における金属粒子５８の到達位置は入射角θとパターン開口部６０の深さ（すなわち多層レジスト５９ａの厚さ）によって求まるので、上記した方法によれば、金属粒子５８を半導体ウェハ２上の適正位置へより正確に到達させることが可能となる。
【００６２】
また、本実施形態による半導体装置の製造方法では、所定の原料として金属粒子５８を用いている。これによって、金属からなる配線や電極などを半導体ウェハ２上の適正な位置に形成することができる。
【００６３】
以上の実施形態は化合物半導体ウェハ上に形成される電界効果トランジスタを例に挙げて説明したが、本発明は他の電子デバイスを製造する際にも適用可能である。また、上記した実施形態では金属からなるゲート電極の形成に際し本発明による方法を用いているが、金属以外の原料を飛着させることにより所定の構成要素を形成する際にも本発明による方法を適用することができる。
【００６４】
また、上記した実施形態においては、ゲート電極の長手方向が半導体ウェハの径方向と垂直である場合について主に説明した。本発明による方法は、半導体ウェハ上においてゲート電極の長手方向と半導体ウェハの径方向とが互いに一致するような箇所や、これらの方向が互いに斜めとなるような箇所においても適用可能である。
【００６５】
また、本発明による半導体装置の製造方法は、半導体ウェハ径が大きくなった場合（Ｓｉを主体とする集積回路の製造プロセスでは直径１０インチを超えるサイズの半導体ウェハも使用されている）、あるいは、プロセス装置の小型化が促進され、原料源から半導体ウェハまでの距離が短くなり、半導体ウェハ周辺部で原料源に対する見込み角が大きくなってくる場合に、特に有効な方法である。
【００６６】
また、ゲート電極を形成する工程に限らず、一般の配線工程、特に化合物半導体においては、Ｓｉプロセスとは異なりＡｕ系金属の配線材が使用されているため、ＳｉプロセスのＡｌのように反応性ドライエッチングを採用することができず、上記実施形態において説明したリフトオフ法を用いるのが一般的である。そのような場合に、原料源に対して見込み角が大きいと、レジストのパターン開口部の底面に金属が到達しない領域が容易に生まれてしまう。本発明による半導体装置の製造方法は、その様な場合に特に効果的となる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明による半導体装置の製造方法によれば、金属などの所定の原料の飛散経路がレジストのパターン開口部に対して入射角を有していても、この所定の原料を半導体ウェハ上の適正な位置に到達させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は、本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を示す断面図である。
【図３】図３（Ａ）〜図３（Ｃ）は、本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を示す断面図である。
【図４】図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を示す断面図である。
【図５】図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は、本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を示す断面図である。
【図６】図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を示す断面図である。
【図７】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、本発明による半導体装置の製造方法の一実施形態を示す断面図である。
【図８】図８は、ゲート電極を蒸着法により形成するときの、原料源及び半導体ウェハの配置を示す側面断面図である。
【図９】図９は、本実施形態により形成された電界効果トランジスタの断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、従来の半導体装置の製造方法により形成されたゲート電極の写真である。図１０（Ｂ）は、本実施形態による半導体装置の製造方法により形成されたゲート電極の写真である。
【図１１】図１１は、従来の半導体装置の製造方法によるゲート電極の形成工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１…電界効果トランジスタ、１ａ、１ｂ…トランジスタ形成予定部、２…半導体ウェハ、３、３ａ…ＳｉＮ膜、２１…埋込層、２２…活性層、２３ｓ…ソース領域、２３ｄ…ドレイン領域、２４ｓ、２４ｄ…中間領域、２５ｓ、２５ｄ…低濃度領域、２６…金属膜、２７…ソース電極、２８…ドレイン電極、２９…ゲート電極、３１、３１ａ、３２、３２ａ…ＳｉＯ２膜、５１…マスク層、５１ａ〜５４ａ…開口部、５２〜５４…マスク層、５５…下層レジスト、５５ａ〜５７ａ、６０…パターン開口部、５６…中間層、５７…上層レジスト、５８ａ…原料源、５８…金属粒子、５９、５９ａ…多層レジスト。
【図１】
2004342698.tif 000005
【図２】
2004342698.tif 000006
【図３】
2004342698.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2004342698.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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