(57)【要約】【課題】特殊なマスクや高精度の露光装置を使用することなく、従来の露光装置のみで、微細な電極幅の半導体装置用電極の形成方法を提供する。【解決手段】基板上に、電極金属と反応しない第１の半導体層と、第１の半導体層上に電極金属と反応する第２の半導体層を積層した半導体基板を用意する。第２の半導体層表面にエッチングマスク膜を形成し、第２の半導体層をエッチング除去してリッジ構造を形成する。リッジ構造の側壁部に電極金属を付着させる。その後、熱処理を行い、第２の半導体層に電極金属を拡散させる。電極金属が拡散していない第２の半導体層等を除去することによって、微細な電極幅の電極を形成することができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、電極金属と反応しない第１の半導体層と、該第１の半導体層上に前記電極金属と反応する第２の半導体層を積層した半導体基板を用意する工程と、
前記第２の半導体層表面に、前記電極金属と反応せず、該第２の半導体層のエッチングマスクとなる膜を積層形成し、少なくとも電極形成予定領域を含む領域にエッチングマスク膜を形成する工程と、
該エッチングマスク膜を使用し、前記第２の半導体層をエッチング除去して前記第１の半導体層を露出させ、電極形成予定領域を含む領域に、前記第２の半導体層からなるリッジ構造を形成する工程と、
該リッジ構造の電極形成予定領域の側壁部の前記第２の半導体層の露出面に、前記電極金属を付着させる工程と、
熱処理を行い、前記露出面から前記第２の半導体層に前記電極金属を拡散させる工程と、
前記エッチングマスク膜、未反応の前記電極金属及び前記電極金属が拡散していない前記第２の半導体層を除去し、半導体装置用電極を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置用電極の形成方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置用電極の形成方法において、前記第１の半導体層がＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓであり、前記第２の半導体層がＩｎＧａＰまたはＡｌＧａＩｎＰであり、前記電極金属がＴｉであることを特徴とする半導体装置用電極の形成方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の半導体装置用電極の形成方法において、前記半導体装置用電極を形成した後、該半導体装置用電極上に電極抵抗を低減する別の電極金属を積層形成することを特徴とする半導体装置用電極の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置用電極の形成方法に関し、特に、微細な電極幅の半導体装置用電極の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電極幅が１μｍ以下の電極パターンを形成する場合、一般的に図４に示す方法が用いられる。まず、半導体基板１上に、例えば絶縁膜からなるスペーサー層６を成膜し、通常のレジスト膜４のパターンを形成する。その後、レジスト膜４をエッチングマスクとして使用して、スペーサー層６をエッチングし、半導体基板１を露出する（図４Ａ）。全面に電極金属５を蒸着する（図４Ｂ）。その後、レジスト膜４を溶解除去することにより、半導体基板１上に電極金属５からなる電極が形成される（図４Ｃ）。
【０００３】
しかし上記方法では、電極幅はレジスト膜４の開口寸法で決定されており、電極幅を短くするには、レジスト膜の開口寸法自体を短くする必要がある。ここでレジスト膜の開口寸法は、主にフォトリソグラフィの精度に依存している。通常の露光装置を用いる場合、例えばｉ線ステッパーでは、レジストの開口寸法は０．３５μｍ程度までした短くできず、さらに寸法を短くするには位相シフト・マスクのような高価で特殊なマスクを使用することで０．１５μｍ程度のパターニング可能である。また、高価なＥＢ（電子線）露光装置を使用すれば、０．１μｍ程度のパターニングが可能であった（非特許文献１、表−１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
阿部、他２名編、「光・マイクロ波半導体応用技術」、第１版、（株）サイエンスフォーラム、１９９６年２月２９日、４９８頁
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
半導体装置用電極を形成する場合、その電極幅は、主にフォトリソグラフィの精度に依存し、電極幅を短縮するためには、位相シフト・マスクのような高価で特殊なマスクや、ＥＢ露光装置のような高価で高解像度の露光装置を使用しなければならず、マスクや装置上の制約を受けるという欠点を有していた。このような課題を解決するため本発明は、特殊はマスクや高精度の露光装置を使用することなく、従来の露光装置を用いて、微細な電極幅の半導体装置用電極の形成方法を提供することを目的とする。更に、電極抵抗を低減した半導体装置用電極の形成方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本願請求項１に係る発明は、基板上に、電極金属と反応しない第１の半導体層と、該第１の半導体層上に前記電極金属と反応する第２の半導体層を積層した半導体基板を用意する工程と、前記第２の半導体層表面に、前記電極金属と反応せず、該第２の半導体層のエッチングマスクとなる膜を積層形成し、少なくとも電極形成予定領域を含む領域にエッチングマスク膜を形成する工程と、該エッチングマスク膜を使用し、前記第２の半導体層をエッチング除去して前記第１の半導体層を露出させ、電極形成予定領域を含む領域に、前記第２の半導体層からなるリッジ構造を形成する工程と、該リッジ構造の電極形成予定領域の側壁部の前記第２の半導体層の露出面に、前記電極金属を付着させる工程と、熱処理を行い、前記露出面から前記第２の半導体層に前記電極金属を拡散させる工程と、前記エッチングマスク膜、未反応の前記電極金属及び前記電極金属が拡散していない前記第２の半導体層を除去し、半導体装置用電極を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【０００７】
また請求項２に係る発明は、請求項１記載の半導体装置用電極の形成方法において、前記第１の半導体層がＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓであり、前記第２の半導体層がＩｎＧａＰまたはＡｌＧａＩｎＰであり、前記電極金属がＴｉであることを特徴とするものである。
【０００８】
更に請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の半導体装置用電極の形成方法において、前記半導体装置用電極を形成した後、該半導体装置用電極上に電極抵抗を低減する別の電極金属を積層形成することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明の第１の実施形態の電極形成の各工程の断面図を示す。まず、半導体基板１上にＧａＡｓ層２（第１の半導体層）とＩｎＧａＰ層３（第２の半導体層）が積層した半導体基板を用意する。そしてＩｎＧａＰ層３上に、このＩｎＧａＰ層３のエッチングマスクとなる絶縁膜のＳｉＮ膜７を形成する。（図１Ａ）。次に、ＳｉＮ膜７上にレジストを全面塗布し、露光処理、現像処理を施し、少なくとも電極形成予定領域を含む領域にレジスト４をパターニングする（図１Ｂ）。
【００１０】
レジスト４をエッチングマスクとして使用し、ＨＦ系のエッチャントでＳｉＮ膜７をエッチングし、少なくとも電極形成予定領域を含む領域にＳｉＮ膜７からなるパターンを形成し、その後、レジスト４を溶解除去する（図１Ｃ）。ＳｉＮ膜７をエッチングマスクとして使用し、塩素系ガスにより露出するＩｎＧａＰ層３を異方性エッチングする。このとき、塩素系ガスを用いることにより、ＩｎＧａＰ層３はエッチングされ、ＧａＡｓ層２はエッチングされないので、ＧａＡｓ層２上にＩｎＧａＰ層３からなるリッジ構造８が形成される（図１Ｄ）。
【００１１】
次に、全面に電極金属としてＴｉ（チタン）膜９を２００オングストローム蒸着する。このとき、基板の法線方向から角度θだけ傾けた斜め方向から蒸着する。その結果、Ｔｉ膜９は、電極形成予定領域のリッジ構造８の一方の側壁部とＧａＡｓ層２上に蒸着され、リッジ構造８の他方の側壁部には、蒸着されない（図２Ａ）。
【００１２】
次に、窒素（Ｎ2）雰囲気、３００℃〜４００℃の温度で熱処理を行う。この条件で、Ｔｉ膜９はＩｎＧａＰ層３と固相反応し、リッジ構造８の電極形成予定領域内に、ＩｎＧａＰとＴｉの固相反応金属１０が形成される（図２Ｂ）。この熱処理によって、Ｔｉ膜９は、ＧａＡｓ層２およびＳｉＮ膜７とは反応しない。従って、固相反応金属１０は、熱処理時間に依存してリッジ構造８側壁部から横方向に拡散していき、ＧａＡｓ層２があるため下方向には拡散しない。なお、ＧａＡｓ層２と接触する固相反応金属１０は、ショットキー接触が形成される。また、固相反応金属１０が形成される横方向の幅（電極幅となる）は、熱処理時間と蒸着されるＴｉ膜９の膜厚に依存して決まる。例えば、３００℃の熱処理で、ＩｎＧａＰとＴｉの固相反応速度は、５０オングストローム／１時間程度であり、熱処理時間を制御することによって、微細な電極幅を形成することができる固相反応金属１０を形成することができる。固相反応金属１０が形成される横方向の幅のバラツキを抑えるため、Ｔｉ膜９が完全に固相反応するまで熱処理を行うのが望ましい。
【００１３】
ＨＦ系のエッチャントを用いて、未反応のＴｉ膜９及びＳｉＮ膜７を除去する（図２Ｃ）。次にＨＣｌ系のエッチャントを用いて、リッジ構造８のＩｎＧａＰ層３を選択エッチングする。ＨＣｌ系のエッチャントを用いることで、固相反応金属１０のみからなる電極１１を形成することができる（図２Ｄ）。
【００１４】
このように形成された電極１１の電極幅は、主に蒸着する電極金属の膜厚と熱処理時間に依存するため、通常の露光装置を用いたプロセスによって、微細な電極幅を形成することできる。一例として、Ｔｉ膜の蒸着膜厚２００オングストローム、熱処理温度３００℃、時間４時間とした場合、電極幅０．０２μｍの電極を形成することができた。
【００１５】
次に本発明の第２の実施形態について説明する。本発明では、上記第１の実施形態で説明した電極構造の電極抵抗を低減するため、いわゆるＴ型の電極構造を形成することができる。まず、第１の実施形態で説明した製造工程に従い電極１１を形成する。次に電極１１を完全に覆うようにポリイミド膜１２を形成する（図３Ａ）。ポリイミド膜の代わりに、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ2膜であっても良い。
【００１６】
次にポリイミド膜１２表面を除去し、電極１１の一部を露出させる。次にポリイミド膜１２上にレジスト膜を積層することができ、かつ除去することができる程度に、ポリイミド膜を熱処理する（図３Ｂ）。ＢＣＢ膜等を用いる場合は、熱処理の必要はない。
【００１７】
次にレジスト膜４を、電極１１が露出するようにパターニングする（図３Ｃ）。全面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕから構成される金属膜１３を、基板表面に対して垂直に蒸着する（図３Ｄ）。リフトオフ法によりレジスト膜４及びレジスト膜４上の金属膜１３を除去した後、ポリイミド膜１２を除去することにより、電極１１上に金属膜１３が積層したＴ型電極１４を形成する（図３Ｅ）。このようにＴ型電極とすることによって、電極抵抗を低減させることができるので、適用される半導体装置の特性の向上が期待される。
【００１８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変更可能である。例えば、ＩｎＧａＰ層の代わりにＡｌＧａＩｎＰを用い、ＧａＡｓの代わりにＡｌＧａＡｓを用いた場合や、これらの組み合わせを変えた場合であっても、電極金属としてＴｉを用いて、同様な電極構造を形成することができる。更に別の半導体層、電極金属の組み合わせであっても良いことは言うまでもない。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明において、半導体と金属の固相反応により形成される固相反応金属を電極とすることにより、特殊なマスクや高精度の露光装置を使用しなくても、微細な電極幅の電極を形成することができる。また、いわゆるＴ型電極とすることも可能なので、電極抵抗を低減することで、半導体装置の特性向上が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明する図である。
【図２】本発明の第１の実施形態を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を説明する図である。
【図４】従来の電極パターンの形成方法を説明する図である。
【符号の説明】
１：半導体基板、２：ＧａＡｓ層、３：ＩｎＧａＰ層、４レジスト膜、７：ＳｉＮ膜、８：リッジ構造、９：Ｔｉ膜、１０：固相反応金属、１１：電極、１２：ポリイミド膜、１３：電極金属、１４：Ｔ型電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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