(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）基板上の第一のレジスト層を形成する工程と、
（ｂ）該第一のレジスト層上に該第一のレジスト層より高い感度を有する化学増幅型の第二のレジスト層を形成する工程と、
（ｃ）該第一のレジスト層に十分感光可能な電子線による露光を行う工程と、
（ｄ）該第二のレジスト層および該第一のレジスト層を逐次現像する工程と、
（ｅ）該第二のレジスト層の開口部の断面形状を露光後のベーキング温度によって制御する工程とを含み、
露光処理は（ｃ）の１回のみであり、
該第一のレジスト及び該第二のレジストはいずれもポジ型であり、
該第一のレジスト層に該第二のレジスト層の開口部の寸法より小さい開口部を形成する
ことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記化学増幅型の第二のレジストは、光酸発生剤が下記一般式（１）で表される化合物を含んでいる
請求項１記載のパターン形成方法。
Ｒ＋ＣｎＦ２ｎ＋１ＳＯ３−      （ｎ＝１〜６）            （１）
ここで、Ｒ＋  はオニウムイオンを表す。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば電界効果型半導体装置におけるゲート電極を作製する際に適用して好結果が得られるレジストパターン形成方法に関する。
【０００２】
現在、情報通信分野では自動車レーダや衛星通信および無線通信ネットワークなどへのシステム応用が急速に拡大しつつあり、したがって膨大な情報量を通信しなければならず、そのためには高周波で高速動作が可能な通信システムが必要である。
【０００３】
ここに述べる通信システムにおける高周波デバイスには電界効果型トランジスタが多用されているところであるが、その高周波特性を向上させるにはゲート長の短縮およびゲート抵抗の低減が必要であることから、ゲート電極の横断面形状をＴ型にする手段が採られている。
【０００４】
【従来の技術】
Ｔ型ゲートを形成する手段として、二層レジストプロセス（例えば特開昭６１−７７３７０）、あるいは三層レジストプロセス（例えばＷａｋｉｔａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１３，２７２５（１９９５））が知られており、パターニング特性が異なるレジストを組み合わせてリフトオフプロセスを実施する方法が主流となっている。
【０００５】
図４に、従来のＴ型ゲート形成時における二層レジストプロセスの例を示す。
【０００６】
このプロセスでは、上層レジストの感度を下層レジストの感度より高い膜で形成することで有機溶剤に対する溶解特性の異なる二層レジスト膜とし、電子ビームの照射量を変更することにより、上層レジスト膜と下層レジスト膜に電極の上部寸法と下部寸法に対応する露光をそれぞれ行い、リフトオフパターンを形成する。
【０００７】
この際、上層のレジストは現像後に逆テーパ形状となることが前提となる。この後、電極材料を蒸着し、レジストを除去することで目的のＴ型ゲート電極を得る。
【０００８】
この方法では、露光工程を２回行う必要があるため、スループットが低く、また、上層・下層の同時現像を行うため、上層と下層のコントラストが低く、十分な解像度が必要な０．１μｍ未満の開口寸法を得ることは困難である。
【０００９】
図５に、従来のＴ型ゲート形成時における三層レジストプロセスの例を示す。
【００１０】
このプロセスでは、有機溶剤に対する溶解特性の異なる下層、中間層、上層レジストを重ねて塗布する。この際、下層のレジストは上層や中間層よりも溶解特性が低いことが前提となる。
【００１１】
次に、上層・下層の開口寸法に相当する露光を行い、続いて上層の現像、中間層のオーバー現像、下層の現像を順次行い、リフトオフパターンを形成する。この後、電極材料を蒸着し、レジストを除去することで目的のＴ型ゲート電極を得る。
【００１２】
この方法では、上層、中間層、下層レジストの現像をそれぞれ個別に行うので、工数が多くかかると同時にスループットも低下するという問題がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
電界効果型トランジスタの作製における従来のＴ型ゲート形成プロセスでは、Ｔ型の傘部とゲート部（茎部）に相当する露光条件を管理する必要がある。
【００１４】
また、従来の方法では上層と下層の現像を同時に行っているため、十分なコントラストがとれず、下層に０．１μｍ未満の開口を形成するのは困難であった。
【００１５】
このため、安定な特性を有する電界効果型トランジスタを作製するためには露光の位置合わせを必要とせずに所望のＴ型ゲートを得ることが大切である。
【００１６】
したがって本発明は、レジスト層を二層構造とし、１回の露光処理で行え、スループットが良く、かつ安定な断面形状を有する０．１μｍ未満のゲートが得られる電界効果型トランジスタのパターン形成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】
本発明者らが課題を解決するために鋭意検討を行った結果、上に述べた課題は、本発明の〔請求項１〕によれば、（ａ）基板上の第一のレジスト層を形成する工程と、（ｂ）該第一のレジスト層上に該第一のレジスト層より高い感度を有する化学増幅型の第二のレジスト層を形成する工程と、（ｃ）該第一のレジスト層に十分感光可能な電子線による露光を行う工程と、（ｄ）該第二のレジスト層および該第一のレジスト層を逐次現像する工程と、（ｅ）該第二のレジスト層の開口部の断面形状を露光後のベーキング温度によって制御する工程とを含み、露光処理は（ｃ）の１回のみであり、該第一のレジスト及び該第二のレジストはいずれもポジ型であり、該第一のレジスト層に該第二のレジスト層の開口部の寸法より小さい開口部を形成することを特徴とするパターン形成方法とすることで達成される。
【００１８】
すなわち、基板上に形成するレジスト層を、感度の低い第一のレジスト層と第一のレジスト層より感度の高い化学増幅型の第二のレジスト層の二層で構成し、第一のレジスト層に十分感光可能な電子線による露光を行い、続いて第二のレジスト層および第一のレジスト層を逐次現像し、第一のレジスト層に第二のレジスト層の開口部の寸法より小さい開口部を形成することにより、露光を行う際の照射量の制御および露光後に行うベーキング（  post  exposure  bake  のことで、以降ＰＥＢと称す）温度の制御によって、第二のレジスト層の現像後のパターン形状を変化させることができる。また、電子線による露光を行うことにより、光やイオンビームで行う場合よりも、前方散乱（入射時のレジスト中での散乱）、後方散乱（基板内部からのはねかえり）の影響が大きく、後述の、逆テーパ化が容易となる。
【００１９】
さらに、第二のレジスト層の開口部の断面形状を露光後のベーキング温度によって制御することも可能となる。
【００２０】
すなわち、第二のレジスト層に化学増幅型レジストを用い、ＰＥＢの温度を変えることで触媒反応の活性化を制御し、開口部の寸法を広げたり、逆テーパ化させることが可能である。化学増幅型レジストでは、露光によりレジスト中にＨ+ イオンが発生し、ＰＥＢ時にアニオンに引き寄せられながら樹脂中を移動するからである。
【００２２】
この中で、第一のレジスト層の感度を第二のレジスト層の感度より低くしておくことで、Ｔ型のパターン形状とすることができる。
【００２３】
Ｔ型ゲートの形成に用いる第一のレジスト層は低感度であることが必要で、第二のレジスト層の感度に較べて１／２以下であることが望ましい。
【００２４】
第一のレジスト層に用いるレジストの例としてはノボラック樹脂あるいは下記の一般式
【００２５】
【化１】
0004622084.tif 000002
または
【００２６】
【化２】
0004622084.tif 000003
で示される構造を含むものが挙げられる。
【００２７】
なお、オニウムイオンとしては（Ｃ6 Ｈ5 ）3 Ｓ+ 、（Ｃ6 Ｈ4 ＣＨ3 ）3 Ｓ+ 、（Ｃ6 Ｈ5 ）2 Ｉ+ 、（Ｃ6 Ｈ4 ＣＨ3 ）2 Ｉ+ などが挙げられる。
【００２８】
第二のレジスト層に化学増幅型レジストを用いた場合、第二のレジスト層現像後の第一のレジスト層の現像時に、第二のレジスト層のレジストを溶解させないことが重要である。また、第二のレジスト層と第一のレジスト層の感度差を広げることも重要である。したがって、第一のレジスト層の現像液には炭化水素系で溶解性パラメータが７．０〜９．０（cal/cm3)1/2 の溶剤を用いることが望ましい。ちなみに、（１）式で示した第二のレジスト層の現像液としては塩基性水溶液、さらに好ましくは水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液もしくは水酸化カリウム水溶液を用いることが望ましい。
【００２９】
レジストの開口部の寸法を制御する技術として光酸発生剤のアニオンサイズを変えることを検討した。露光によりレジスト中に発生するＨ+ イオンはＰＥＢ時にアニオンに引き寄せられながら樹脂中を移動する。このとき、アニオンサイズが大きいとＨ+ の移動が抑制され、その結果パターンサイズに十分な広がりが見られなくなることが判明した。また、アニオンの分子サイズが大きくなると光酸発生剤自体の融点が降下し、（１）式においてｎが７以上では常温で液体になる。このような光酸発生剤の性質を考慮すると、（１）式においてｎは１から６が望ましい。
【００３０】
また、本発明は０．１μｍ以下の加工も可能であり、微細ゲート電極形成に極めて有力な手段となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００３２】
まず、予備実験として以下の調査を行った。
【００３３】
下記物質を混合し、化学増幅型レジストを調製した。
【００３４】
基材樹脂：  ポリビニルフェノール／ｔ- ブチルアクリレート共重合体
光酸発生剤：  トリフェニルスルフォニウムトリフレート
溶媒：      乳酸エチル
この化学増幅型レジストを用い、下記のプロセスを行った。
【００３５】
１．Ｓｉ基板にレジストをスピンコートし、１１０℃で６０秒間プリベーク。（このときの膜厚は５００ｎｍ）
２．ＫｒＦエキシマレーザ露光機でデータ長０．４μｍの単一線を描画。
【００３６】
３．露光後、１００、１５０℃で１２０秒間ＰＥＢ。
【００３７】
４．２．３８％水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で６０秒間現像。
【００３８】
図２に、現像後のパターン形状におよぼす露光量の影響を示す。
【００３９】
ここで用いた化学増幅型レジストでは、データサイズと同等の開口部の寸法が得られる露光量（最適露光量）は４０ｍＪｃｍ-2であり、露光量を５０、１００、２５０ｍＪｃｍ-2と増やすにつれ、開口部の寸法は０．５０、０．７０、０．９５μｍに広がった。また、露光量４０ｍＪｃｍ-2では順テーパ形状であった開口部の側壁は、露光量５０ｍＪｃｍ-2で垂直、１００、２５０ｍＪｃｍ-2ではそれぞれ０．８、６．５°のテーパ角をもつ逆テーパ形状となった。
【００４０】
また、ＰＥＢ温度を１００℃から１５０℃に上げることで開口部の寸法は０．４０μｍから１．２５μｍに増加した。すなわち、ＰＥＢ温度の上昇と共に開口部の寸法は増加する。
【００４１】
次に、上記の化学増幅型レジストを用い、以下のプロセスを行った。
【００４２】
１．Ｓｉ基板に上記の化学増幅型レジストをスピンコートし、１１０℃で６０秒間プリベーク。（このときの膜厚は７００ｎｍ）
２．電子線露光機（加速電圧３０ｋｅＶ）でデータ長０．１μｍの単一線を描画。
【００４３】
３．露光後、６０、７０、９０、１１０℃で１２０秒間ＰＥＢ。
【００４４】
４．２．３８％水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で６０秒間現像。
【００４５】
以上のプロセスを行った結果、図３の現像後の開口部の寸法におよぼすＰＥＢ温度の影響を示す図に見られるように、露光量やＰＥＢ温度の制御で開口部のテーパ角および寸法のコントロールが可能であることがわかった。
【００４６】
以上の予備実験に基づき、以下のプロセスを行った。
【００４７】
１．Ｓｉ基板に化２を含むレジストである日本ゼオン社製のＺＥＰ５２０を３００ｎｍ塗布後、１８０℃で６０秒間プリベークし、第一のレジスト層を形成。
【００４８】
２．１で形成した第一のレジスト層の上に、予備実験で用いたのと同じ化学増幅型レジストを７００ｎｍスピンコート後、１１０℃で６０秒間プリベークし、第二のレジスト層を形成。
【００４９】
３．電子線露光機（加速電圧３０ｋｅＶ）で、露光量を３０から１２０μＣｃｍ-2と変えてデータ長０．１μｍの単一線を描画。
【００５０】
４．露光後、７０℃で１２０秒間ＰＥＢ。
【００５１】
５．第二のレジスト層を２．３８％水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液で現像。
【００５２】
６．第一のレジスト層をシクロヘキサンで現像。
【００５３】
上記のプロセスを行った結果、図１の本発明による現像後の開口部の寸法におよぼす露光量およびＰＥＢ温度の効果を示す図に見られるように、露光量１２０μＣｃｍ-2、ＰＥＢ温度７０℃で第一のレジスト層の開口部の寸法０．０９５μｍ、第二のレジスト層の開口部の寸法０．６０μｍ、第一のレジスト層のテーパ角２４°の逆テーパ状の開口部が得られた。なお、第一のレジスト層の現像液には炭化水素系溶剤のシクロヘキサン（溶解性パラメータ＝８．１８２（ｃａｌ／ｃｍ3 ）1/2)を用いたが、第二のレジスト層の溶解は見られなかった。
【００５４】
本実施例では上記の第一および第二のレジスト層を用い、ＰＥＢ温度を７０℃で逆テーパ状の開口部を形成したが、用いる第一のレジスト層および第二のレジスト層の成分および要求されるレジスト層の厚さ、ＰＥＢ温度によって開口部の寸法を決定することが可能であり、実施例に限定されるものではない。
【００５５】
【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はレジスト層を感度の高い第二のレジスト層と第二のレジスト層よりも感度の低い第一のレジスト層とで構成し、第二のレジスト層を化学増幅型レジストからなるものとすることで、１回の露光でスループットが良く、かつ安定な断面形状を有するゲートが形成できるので生産性が向上し、したがってコストも下げることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による現像後の開口部の寸法におよぼす露光量およびＰＥＢ温度の効果を示す図。
【図２】  現像後の開口部の寸法におよぼす露光量の影響を示す図。
【図３】  現像後の開口部の寸法におよぼすＰＥＢ温度の影響を示す図。
【図４】  従来のＴ型ゲート形成時における二層レジストのプロセスの例を示す図。
【図５】  従来のＴ型ゲート形成時における三層レジストのプロセスの例を示す図。
【符号の説明】
１  化学増幅型レジスト
２  開口部
３  テーパ角
４  第二のレジスト層
５  第一のレジスト層
６  基板
７  下層レジスト層
８  中間層レジスト層
９  上層レジスト層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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