(57)【要約】      （修正有）【課題】電子デバイスの製造において使用されるＴ−ゲート構造物の製作に於いて、低コストのＴ−ゲート構造物の形成方法を提供する。【解決手段】２つのリソグラフプロセスを使用し、この２つのリソグラフプロセスが、同じ波長の放射線を使用して、Ｔゲート構造物が基板上に形成される。第二リソグラフプロセスにおけるフォトレジストとして、ネガ型のフォトレジストが典型的に使用される。本発明の利点は、複数のツールの代わりに、単一の露光ツールを使用することが出来る。これによってコストを低下させることが可能となる。      【選択図】図４
2005236281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上へのＴ−ゲートの形成方法であって、
ａ）基板を提供する工程、
ｂ）基板の上に有機平坦化層を任意に配置する工程、
ｃ）ＵＶ感受性第一フォトレジストの層を配置する工程、
ｄ）第一フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第一フォトレジストを現像することによって、第一フォトレジストをパターン化して、Ｔ−ゲートの底部用の第一開口を規定する工程、
ｅ）該パターンを平坦化層（存在する場合）に転写する工程、
ｆ）該パターンをＵＶ放射線に対して非感受性にする工程、
ｇ）ＵＶ感受性第二フォトレジスト（この第二フォトレジストは、ネガ型である）の層を配置する工程、
ｈ）第二フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第二フォトレジストを現像することによって、第二フォトレジストをパターン化して、第一開口の上のＴ−ゲートのキャップ用の第二開口を規定する工程、ならびに
ｉ）第一開口および第二開口内に導電性材料を堆積してＴ−ゲートを形成する工程
を含む方法。
【請求項２】
ＵＶ放射線が、１９０〜３００ｎｍの波長を有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
パターンをＵＶ放射線に対して非感受性にする工程に、第一フォトレジストを硬化させることが含まれる、請求項１〜２の何れか１項記載の方法。
【請求項４】
さらに、第二フォトレジストを除去する工程を含む、請求項１〜３の何れか１項記載の方法。
【請求項５】
第二フォトレジスト層が、第一フォトレジスト層の厚さよりも厚い厚さを有する、請求項１〜４の何れか１項記載の方法。
【請求項６】
有機平坦化層が、ビア−フィリング層および反射防止コーティング層から選択される、請求項１〜５の何れか１項記載の方法。
【請求項７】
Ｔ−ゲート構造物の形成方法であって、
ａ）基板を提供する工程、
ｂ）基板の上にＵＶ感受性第一フォトレジストの層を配置し、第一フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第一フォトレジストを現像することによって、第一フォトレジストをパターン化して、Ｔ−ゲートの底部用の第一開口を規定し、そしてパターン形成した第一フォトレジストを硬化させる工程、
ｃ）ＵＶ感受性第二フォトレジスト（この第二フォトレジストは、ネガ型である）の層を、硬化した第一フォトレジストの上に配置する工程、
ｄ）第二フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第二フォトレジストを現像することによって、第二フォトレジストをパターン化して、第一開口の上のＴ−ゲートのキャップ用の第二開口を規定する工程、
ｅ）第一開口および第二開口内に導電性材料を堆積してＴ−ゲートを形成する工程、ならびに
ｆ）第一フォトレジストおよび第二フォトレジストを除去する工程
を含む方法。
【請求項８】
第一フォトレジストがネガ型である、請求項７記載の方法。
【請求項９】
Ｔ−ゲート構造物の形成方法であって、
ａ）基板を提供する工程、
ｂ）基板の上に有機平坦化層を配置し、有機平坦化層の上にＵＶ感受性第一フォトレジストの層を配置し、第一フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第一フォトレジストを現像することによって、第一フォトレジストをパターン化して、Ｔ−ゲートの底部用の第一開口を規定し、第一開口を有機平坦化層に転写し、そして第一フォトレジストを除去して、パターン形成した有機平坦化層を設ける工程、
ｃ）ＵＶ感受性第二フォトレジスト（この第二フォトレジストは、ネガ型である）の層を、パターン形成した有機平坦化層の上に配置する工程、
ｄ）第二フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第二フォトレジストを現像することによって、第二フォトレジストをパターン化して、第一開口の上のＴ−ゲートのキャップ用の第二開口を規定する工程、
ｅ）第一開口および第二開口内に導電性材料を堆積してＴ−ゲートを形成する工程、ならびに
ｆ）第二フォトレジストを除去する工程
を含む方法。
【請求項１０】
ＵＶ放射線が２４８ｎｍの波長を有する、請求項７〜９の何れか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、電子デバイスの製造に関する。より詳細には、本発明は、電子デバイスの製造において使用されるＴ−ゲート構造物の製作に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｔ−ゲートは、ゲート導体構造物の頂部が、ゲート導体構造物の底部よりも広い、半導体デバイス用のゲート導体構造物である。このようなＴ−ゲートには、これらに限定されないが、実質的にＴ字形、きのこ形およびＹ字形である構造物が含まれる。
【０００３】
一般的に、Ｔ−ゲートのようなゲート構造物は、いくつかの技術において有利に使用されてきた。たとえば、衛星放送受信機、高速論理回路およびパワーモジュール（ｐｏｗｅｒ  ｍｏｄｕｌｅ）において主に使用される、金属半導体電界効果トランジスタ（「ＭＥＳＦＥＴ」）、高電子移動度トランジスタ（「ＨＥＭＴ」）（ガリウム砒素電界効果トランジスタ技術の変形）では、接触面積よりも小さい底部を有するゲート構造物が使用されてきた。これらの種類のゲート構造物は、電界効果トランジスタにおいて、超高周波数範囲内で作動する場合に必要とされる。Ｔ−ゲート構造物の狭い底部は、短いチャンネル長を与え、増加した速度および減少した電力消費量になる。デバイス速度を制限する寄生抵抗およびキャパシタンスもまた減少する。Ｔ−ゲートの頂部分は、Ｔ−ゲートの導電性が、たとえば、高いスイッチング速度のために高いままであるように、広く作られている。
【０００４】
ＣＭＯＳトランジスタアーキテクチャにおける最近の進歩によりＴ−ゲート構造物が使用され、ここでポリシリコンゲート電極は、ゲート領域において狭くなっており、ゲートの頂部で広くなっている。これは、半導体デバイスを削減し、電力消費必要量を削減するかつてから増加している要求に起因する。
【０００５】
電子ビーム（「ｅ−ビーム」）は、Ｔ−ゲート製作のために最も一般的に使用されている技術である。図１Ａ〜１Ｄに、ｅ−ビームを使用するＴ−ゲートの形成プロセスを図示する。典型的に、基板１が、第一ポリ（メタクリル酸メチル）系フォトレジストの層２、第二ポリ（メタクリル酸メチル）系フォトレジストの層３および第三ポリ（メタクリル酸メチル）系フォトレジストの層４で被覆される。次いで、フォトレジスト層２〜４は、ｅ−ビームに露光され、そして現像されて、図１Ｂに示されるような、一般的にＴ字形プロフィール５を有する、パターン形成されたフォトレジストスタックを提供する。次いで、導電性材料の層６が、フォトレジスト層のパターン形成によって露出された基板１の表面を含む、全表面の上に堆積される、図１Ｃ参照。次いで、フォトレジスト層２〜４が除去され、プロセス中でフォトレジスト層４の表面上の導電性材料層をリフト−オフ（ｌｉｆｔ  ｏｆｆ）して、図１Ｄに示されるように、基板１の上にＴ−ゲート構造物７が得られる。
【０００６】
しかしながら、このようなｅ−ビーム技術は、ある種の欠点を有する。たとえば、ｅ−ビームリソグラフィは、典型的なＴ−ゲートプロセスで使用される多層スタックにおいて劣った線幅制御の難点がある。これは露光ｅ−ビームが比較的厚いレジストフィルム（たとえば、約１ミクロン）を通過しなくてはならないためである。さらに、ｅ−ビーム露光は、遅くてかつ高価な直接書き込みプロセスである。
【０００７】
Ｔ−ゲートを形成する他の方法が開発されてきた。これらの方法のいくつかは、種々のエッチング工程を必要とし、フォトレジストをベースにするプロセスよりも過酷な除去プロセスを必要とする、多数の犠牲無機層を利用する。他の方法は複数のフォトレジスト層を利用するが、これらの複数のフォトレジスト層は、異なった波長で画像形成される。たとえば、米国特許第６，３８７，７８３号（Ｆｕｒｕｋａｗａら）には、Ｘ線を使用して画像形成されるハイブリッド第一フォトレジストおよびＩ線放射線を使用して画像形成される第二フォトレジストを使用する、Ｔ−ゲートの形成プロセスが開示されている。このような異なった波長を使用するためには、異なった露光ツールが必要であり、これによって、プロセスのコストおよび複雑性が増加する。従って、Ｔ−ゲート構造物の改良された形成方法についての要求が存在する。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，３８７，７８３号明細書（Ｆｕｒｕｋａｗａら）
【特許文献２】米国特許第６，４６１，７１７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，５２８，２３５号明細書
【特許文献４】米国特許第６，４７２，１２８号明細書
【特許文献５】米国特許第６，４５１，５０３号明細書
【特許文献６】米国特許第６，１６５，６９７号明細書
【特許文献７】米国特許第５，８５１，７３０号明細書
【特許文献８】米国特許第６，０４２，９９７号明細書
【特許文献９】米国特許第６，０９０，５２６号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，９２９，１７６号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，４９２，７９３号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，５１４，５２０号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，３４０，６９６号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，２１０，０００号明細書
【特許文献１５】欧州特許出願公開第０４２，３９１号明細書
【特許文献１６】米国特許第４，７４５，１６９号明細書
【特許文献１７】米国特許第５，３３８，８１８号明細書
【特許文献１８】米国特許出願第２００３／００９９８９９号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、単一の波長を使用する従来のＵＶ露光ツールを使用し、より少ない処理工程で、Ｔ−ゲート構造物を形成することができることを見出した。
【００１０】
本発明は、基板上へのＴ−ゲートの形成方法であって、ａ）基板を提供する工程、ｂ）基板の上に有機平坦化層を任意に配置する工程、ｃ）ＵＶ感受性第一フォトレジストの層を配置する工程、ｄ）第一フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第一フォトレジストを現像することによって、第一フォトレジストをパターン化して、Ｔ−ゲートの底部用の第一開口を規定する工程、ｅ）該パターンを平坦化層（存在する場合）に転写する工程、ｆ）このパターンをＵＶ放射線に対して非感受性にする工程、ｇ）ＵＶ感受性第二フォトレジスト（この第二フォトレジストは、ネガ型である）の層を配置する工程、ｈ）第二フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第二フォトレジストを現像することによって、第二フォトレジストをパターン化して、第一開口の上のＴ−ゲートのキャップ用の第二開口を規定する工程、ならびにｉ）第一開口および第二開口内に導電性材料を堆積してＴ−ゲートを形成する工程、を含む方法を提供する。
【００１１】
本発明は、さらに、Ｔ−ゲート構造物の形成方法であって、ａ）基板を提供する工程、ｂ）基板の上に有機平坦化層を配置し、有機平坦化層の上にＵＶ感受性第一フォトレジストの層を配置し、第一フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第一フォトレジストを現像することによって、第一フォトレジストをパターン化して、Ｔ−ゲートの底部用の第一開口を規定し、第一開口を有機平坦化層に転写し、そして任意に第一フォトレジストを除去して、パターン形成した有機平坦化層を設ける工程、ｃ）ＵＶ感受性第二フォトレジスト（この第二フォトレジストは、ネガ型である）の層を配置する工程、ｄ）第二フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第二フォトレジストを現像することによって、第二フォトレジストをパターン化して、第一開口の上のＴ−ゲートのキャップ用の第二開口を規定する工程、ｅ）第一開口および第二開口内に導電性材料を堆積してＴ−ゲートを形成する工程ならびにｆ）第二フォトレジストを除去する工程、を含む方法を提供する。好ましくは、有機平坦化層は反射防止コーティング層である。
【００１２】
さらに、本発明は、Ｔ−ゲート構造物の形成方法であって、ａ）基板を提供する工程、ｂ）基板の上にＵＶ感受性第一フォトレジストの層を配置し、第一フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第一フォトレジストを現像することによって、第一フォトレジストをパターン化して、Ｔ−ゲートの底部用の第一開口を規定し、そしてパターン形成した第一フォトレジストを硬化させる工程、ｃ）ＵＶ感受性第二フォトレジスト（この第二フォトレジストは、ネガ型である）の層を、硬化した第一フォトレジストの上に配置する工程、ｄ）第二フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第二フォトレジストを現像することによって、第二フォトレジストをパターン化して、第一開口の上のＴ−ゲートのキャップ用の第二開口を規定する工程、ｅ）第一開口および第二開口内に導電性材料を堆積してＴ−ゲートを形成する工程ならびにｆ）第一フォトレジストおよび第二フォトレジストを除去する工程、を含む方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本明細書を通して使用される用語「Ｔ−ゲート」は、ゲート導体構造物の頂部が、ゲート導体構造物の底部よりも広い、電子デバイス用の任意のゲート導体構造物を意味する。このようなＴ−ゲート構造物は、これらに限定されないが、Ｔ字形、きのこ形およびＹ字形を含む種々の形状を有していてよい。単数形表記は、単数および複数を意味する。全ての数字範囲は包括的であり、全ての順序で組み合わせることができ、ただしこのような数字範囲が合計で１００％に制約されることが明白である場合を除く。類似の参照数字は、類似の要素を意味する。
【００１４】
２つのリソグラフプロセスを使用し、この２つのリソグラフプロセスが同じ波長の放射線を使用して実施される本発明の方法に従って、Ｔ−ゲート構造物が基板上に形成される。第二リソグラフプロセスにおけるフォトレジストとして、ネガ型フォトレジストが典型的に使用される。本発明の利点は、複数のツールの代わりに、単一の露光ツールを使用することができ、これによってコストを低下させることができることである。従って、本発明は、Ｔ−ゲート構造物の形成方法であって、ａ）基板を提供する工程、ｂ）基板の上に有機平坦化層を任意に配置する工程、ｃ）ＵＶ感受性第一フォトレジストの層を配置する工程、ｄ）第一フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第一フォトレジストを現像することによって、第一フォトレジストをパターン化して、Ｔ−ゲートの底部用の第一開口を規定する工程、ｅ）該パターンを平坦化層（存在する場合）に転写する工程、ｆ）このパターンをＵＶ放射線に対して非感受性にする工程、ｇ）ＵＶ感受性第二フォトレジスト（この第二フォトレジストは、ネガ型である）の層を配置する工程、ｈ）第二フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第二フォトレジストを現像することによって、第二フォトレジストをパターン化して、第一開口の上のＴ−ゲートのキャップ用の第二開口を規定する工程、ならびにｉ）第一開口および第二開口内に導電性材料を堆積してＴ−ゲートを形成する工程、を含む方法を提供する。次いで、残留するフォトレジスト層が除去され、これは第二フォトレジストの表面上に堆積された導電性材料を除去することによって、リフト−オフ層として機能する。第一フォトレジストおよび第二フォトレジストを画像形成するために使用されるＵＶ放射線の波長は、同一である。
【００１５】
本発明において、広範囲の種々の基板を使用することができる。適切な基板は、電子デバイスの製造で使用されているものである。代表的な基板としては、これらに限定されないが、ガリウム砒素（「ＧａＡｓ」）、シリコン（「Ｓｉ」）、インジウムガリウム砒素（「ＩｎＧａＡｓ」）、アルミニウムガリウム砒素（「ＡｌＧａＡｓ」）、ストレインドシリコン（ｓｔｒａｉｎｅｄ  ｓｉｌｉｃｏｎ）、シリコンゲルマニウム（「ＳｉＧｅ」）およびこれらの混合物が挙げられる。他の適切な基板は、当業者によく知られている。たとえば、基板として、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に成長したＩｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓフィルムスタックを挙げることができる。このようなフィルムは、分子線エピタキシ（「ＭＢＥ」）、有機金属化学気相成長（「ＭＯＣＶＤ」）、物理気相成長（「ＰＶＤ」）、液相エピタキシ（「ＬＰＥ」）、化学線エピタキシ（「ＣＢＥ」）および原子層成長（「ＡＬＤ」）をはじめとする種々の手段によって成長させることができる。これらのフィルム成長技術は、当業者によく知られている。基板は、１以上の追加の材料の層を含むことができる。このような基板の選択は、所望される特定の電子デバイスに依存し、当業者の能力の範囲内に十分に入る。
【００１６】
本発明において使用することができる任意の有機平坦化層としては、これらに限定されないが、ビア−フィリング（ｖｉａ−ｆｉｌｌｉｎｇ）材料、反射防止コーティングおよびこれらの混合物の１以上の層が挙げられる。ビア−フィリング材料には、典型的に、１以上の架橋性ポリマー、特に、約８０００以下の重量平均分子量および少なくとも１．５のＭｗ／Ｍｎの値を有するものをはじめとする低分子量ポリマー、１以上の酸触媒、１以上の架橋剤ならびに１以上の溶媒が含有されている。このようなビア−フィリング材料を、典型的に、アパーチャに充填して、このようなアパーチャを次の加工工程の間の損傷から保護するために使用する。このようなビア−フィリング材料は、１以上の発色団を含有する場合に反射防止コーティングとして機能し得ることが、当業者によって認められるであろう。代表的なビア−フィリング材料は、米国特許第６，４６１，７１７号に開示されている。
【００１７】
反射防止コーティングは、典型的に有機反射防止コーティングである。このような反射防止コーティングには、１以上の光吸収材料が含有されている。このような材料は、ポリマーに結合させることができまたはポリマーと混合するか若しくは全ての他の適切な手段によって含有させることができる。代表的な光吸収材料としては、これらに限定されないが、それぞれ任意に置換されたフェニルおよびアントラセニルが挙げられる。反射防止コーティングの選択は、ＵＶ放射線の特定波長および使用するフォトレジストに依存する。このような選択は、当業者の能力の範囲内である。多層の反射防止コーティングを任意に使用することができる。代表的な反射防止コーティング材料は、米国特許第６，５２８，２３５号、第６，４７２，１２８号、第６，４５１，５０３号、第６，１６５，６９７号および第５，８５１，７３０号に開示されている。
【００１８】
任意の平坦化層を、スピンコーティング、ローラーコーティング、カーテンコーティング、浸漬およびスプレーのような任意の適切な手段によって、基板の上に配置することができる。スピンコーティングが慣用的に使用される。平坦化層の厚さは、スピンコーティングの場合にはスピン速度、および平坦化材料組成物の粘度によって決定される。一般的に、平坦化層、特に反射防止コーティング層は、５００ｎｍまでの厚さを有するが、より厚い厚みを使用することができる。典型的に、平坦化層の厚さは、１００〜５００ｎｍ、さらに典型的に１５０〜３００ｎｍ、なおさらに典型的に２００〜３００ｎｍの範囲内である。堆積に続いて、平坦化材料を、典型的にベークして溶媒を除去し、次いで、全ての適切な手段によって十分に硬化させて、続いて堆積される第一フォトレジストとの混合を防止する。
【００１９】
第一フォトレジストとして、ポジ型フォトレジストおよびネガ型フォトレジストのような広範囲の種々のＵＶ感受性フォトレジストを使用することができる。化学的に増幅されたポジ型フォトレジストには、適切に、フォト酸レイビルエステルまたはアセタールのような、光発生した酸の存在下で脱保護または開裂反応を受ける部分を有する成分が含有される。２４８ｎｍをはじめとする３００ｎｍ以下での画像形成用のポジ型フォトレジストには、ヨードニウムまたはスルホニウム塩のような光酸発生剤化合物ならびにフェノール単位（またはシルセスキオキサン単位またはフェノール単位とシルセスキオキサン単位との両方）と酸レイビルエステルおよび／またはアセタール部分とを含むポリマーが含有されている。代表的なポジ型フォトレジストは、たとえば、米国特許第６，０４２，９９７号、第６，０９０，５２６号、第５，９２９，１７６号および第５，４９２，７９３号に開示されている。
【００２０】
２４８ｎｍをはじめとする３００ｎｍ以下での画像形成用のネガ型フォトレジストには、典型的に、フェノール樹脂若しくはシルセスキオキサンポリマー若しくはこれらのブレンドまたはフェノール単位とシルセスキオキサン単位との両方を含有するコポリマー、ヨードニウムまたはスルホニウム塩のような光酸発生剤化合物ならびに架橋剤が含まれている。適切なネガ型フォトレジスト架橋剤としては、これらに限定されないが、アミン系架橋剤、たとえばメラミン樹脂が挙げられる。代表的なネガ型フォトレジストは、米国特許第５，５１４，５２０号、第５，３４０，６９６号、第５，２１０，０００号および欧州特許出願公開第ＥＰ０４２３９１号に開示されている。
【００２１】
用語「シルセスキオキサン」は、式（ＲＳｉＯ１．５）（式中、Ｒは、何れも任意に置換されている、（Ｃ１〜Ｃ６）アルキルおよびフェニルのような有機部分である）を有する、ポリマー、オリゴマーおよび部分縮合物を意味する。「置換された」によって、アルキルまたはフェニル基上の１以上の水素が、１以上の置換基、たとえばヒドロキシル、（Ｃ１〜Ｃ６）アルコキシ、（Ｃ１〜Ｃ６）アルキル、アルコキシアルキル、（Ｃ７〜Ｃ１６）アルアルキルによって置き換わっていることが意味される。代表的なフェノール樹脂として、これらに限定されないが、ノボラック樹脂およびヒドロキシスチレン樹脂が挙げられる。代表的なシルセスキオキサン含有フォトレジストは、米国特許第４，７４５，１６９号、第５，３３８，８１８号、および米国特許出願第２００３／００９９８９９号に開示されているものである。
【００２２】
任意のＵＶ感受性ネガ型フォトレジストを、本発明における第二フォトレジストとして適切に使用することができる。代表的な第二フォトレジストとしては、これらに限定されないが、前記のネガ型フォトレジストが挙げられる。
【００２３】
本発明において使用するための代表的なポジ型およびネガ型フォトレジストは、それぞれ、共にシプレイ社（Ｓｈｉｐｌｅｙ  Ｃｏｍｐａｎｙ）（マサチューセッツ州マールバロ）から入手可能な、ＳＲ（商標）２４２０およびＵＶＮ（商標）３０である。
【００２４】
このような第一および第二フォトレジストは、１９０〜３６５ｎｍのような種々の波長で画像形成することができる。典型的に、このフォトレジストは、１９０〜３００ｎｍ、さらに典型的に２４８ｎｍの波長で画像形成される。第一および第二フォトレジストは、好ましくは、これらが共に同じ波長のＵＶ放射線で画像形成されるように選択される。
【００２５】
第一および第二フォトレジストは、スピンコーティング、ローラーコーティング、カーテンコーティング、浸漬およびスプレーのような任意の適切な手段によって、配置することができる。スピンコーティングが慣用的に使用される。フォトレジスト層の厚さは、スピンコーティングの場合にはスピン速度、およびフォトレジストの粘度によって決定される。一般的に、第一フォトレジスト層は、５００ｎｍまでの厚さを有するが、他の厚さを使用することができる。典型的に、第一フォトレジスト層の厚さは、１００〜５００ｎｍ、さらに典型的に１００〜３００ｎｍ、なおさらに典型的に１５０〜２５０ｎｍの範囲内である。第二フォトレジスト層は、典型的に、１μｍ（ミクロン）までの厚さを有するが、他の厚さを適切に使用することができる。一つの態様において、第二フォトレジスト層は、３００ｎｍ〜１μｍ、さらに典型的に５００ｎｍ〜９００ｎｍ、なおさらに典型的に６００〜８００ｎｍの範囲の厚さを有する。一般的に、第二フォトレジスト層は、第一フォトレジスト層のものよりも大きい厚さを有する。
【００２６】
フォトレジストをマスクを通して適切なＵＶ放射線に露光し、続いて現像することによって、フォトレジストをパターン化する。本発明のプロセスで、広範囲の種々の露光ツールを使用することができる。適切な露光ツールは、ＰＡＳ５５００／３００ツールをはじめとする、ＡＳＭＬ（オランダ国Ｖｅｌｄｈｏｖｅｎ）によって製造されたものである。露光時間および露光線量は、種々の要因、たとえば選択された特定のフォトレジスト、に依存し、十分に当業者の能力の範囲内である。フォトレジストは、種々の現像液を使用して現像することができる。適切な現像液としては、これらに限定されないが、有機溶媒および水性アルカリ性組成物が挙げられる。代表的な水性アルカリ性組成物としては、これらに限定されないが、０．１５〜０．２６Ｎのテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（「ＴＭＡＨ」）をはじめとする、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシド系組成物が挙げられる。このような現像液は、シプレイ社をはじめとする種々の供給者から市販されている。
【００２７】
有機平坦化層を使用する場合、第一フォトレジスト層からのパターンを、平坦化層に転写させる。このようなパターン転写は、種々の手段、たとえばエッチング、によって行うことができる。平坦化材料のエッチングは、ウェットエッチングおよびドライエッチング、たとえば反応性イオンエッチング、プラズマエッチングおよびイオンビームミリングを含む種々の方法によって実施することができる。一般的に、このようなエッチング工程では、第一フォトレジスト層のパターン形成後に露光された平坦化層の部分が除去される。エッチング工程は、平坦化層を除去した後に停止することができ、これにより基板表面で停止することができまたは任意に基板の一部を除去することができる。このようなエッチング技術は、一般的であり、十分に当業者の能力の範囲内である。
【００２８】
第二フォトレジストを配置する前に、パターンをＵＶ放射線に対して非感受性にする。パターンは、パターン形成された第一フォトレジストを硬化させることによって非感受性にすることができる。「硬化」は、第二フォトレジスト、第二フォトレジストを現像するために使用される現像液、またはその両方に対して、第一フォトレジストを難溶性および好ましくは不溶性にする条件に第一フォトレジストを付すこと、を意味する。このような硬化は、ＵＶ放射線、加熱またはこれらの組合せに曝露することによって行うことができる。第一フォトレジストを硬化させるために、種々の露光線量および温度を使用することができる。たとえば、１０×Ｅｏ〜２０×Ｅｏの露光線量ならびにこれよりも高いおよび低い線量を使用することができる。第一フォトレジストは、１００〜１３０℃の温度に加熱することができるが、より高いおよびより低い温度を使用することができる。一般的に、フォトレジストは５〜３６０秒間加熱する。
【００２９】
有機平坦化層を使用する場合、その代わりに、パターンを平坦化層に転写した後、第一フォトレジストを除去してパターン形成された平坦化層を設けることによって、パターンをＵＶ放射線に対して非感受性にすることができる。そのような平坦化層は、典型的にはＵＶ放射線に対して非感受性である。第一フォトレジストは、下記のもののような任意の適切なレジストストリッパーを使用して除去することができる。
【００３０】
本発明において、金属および導電性ポリマーをはじめとする、広範囲の種々の導電性材料を使用することができる。金属が好ましく、これには合金が含まれる。代表的な金属および合金としては、これらに限定されないが、ガリウム、砒素、タンタル、タングステン、モリブデン、チタン、白金、金、銀、ゲルマニウム、アルミニウム、銅、チタン−白金−金および金−ゲルマニウム−白金／金が挙げられる。種々の他の金属および金属合金を有利に使用することができる。このような導電性材料は第二フォトレジストの上に堆積される。金属および／または合金が導電性材料である場合、これは、これらに限定されないが、スパッタリング、物理気相成長および化学気相成長はじめとする任意の適切な手段によって堆積させることができる。
【００３１】
本発明において、第一および第二フォトレジストは、任意の適切な手段によって除去することができる。たとえば、フォトレジストは、それらをポリマーリムーバー組成物と、フォトレジストを除去するために十分な時間および温度で接触させることによって除去することができる。フォトレジストを、一般的に、１０℃〜９０℃の温度でポリマーリムーバーと接触させる。典型的に、この温度は１５℃〜８５℃、さらに典型的に２０℃〜８５℃の範囲内である。代表的な接触時間は、５秒〜１５分間であるが、より短いまたはより長い時間を使用することができる。典型的に、接触時間は、５〜３００秒、さらに典型的に１０〜１２０秒である。特定の時間および温度は、除去すべきフォトレジストおよび特定のポリマーリムーバー組成物に依存するであろう。
【００３２】
代表的なポリマーリムーバーとしては、これらに限定されないが、有機溶媒、塩基、たとえばテトラアルキルアンモニウムヒドロキシド、フッ化物イオン源、たとえばフッ化水素、フッ化アンモニウムおよび二フッ化アンモニウム、ヒドロキシルアミンおよびアルカノールアミンが挙げられる。このようなポリマーリムーバーは、１以上の追加の成分、たとえば腐食防止剤、溶媒、水、湿潤剤、凍結防止剤および増粘剤、を含有することができる。ポリマーリムーバーは、一般的に、たとえばシプレイ社およびＥＫＣテクノロジーズ社（ＥＫＣ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）から市販されている。
【００３３】
配置された導電性材料をその上に有する第二フォトレジストは、除去されたときリフト−オフ層として機能する。即ち、第二フォトレジストをポリマーリムーバーと接触させることによって除去することによって、また、第二フォトレジストの表面に堆積された導電性材料も除去され、第一開口および第二開口内に堆積された導電性材料、即ち、Ｔ−ゲート構造物が残る。
【００３４】
第一態様（「二重被覆プロセス」という）において、Ｔ−ゲート構造物は、ａ）基板を提供する工程、ｂ）基板の上にＵＶ感受性第一フォトレジストの層を配置し、第一フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第一フォトレジストを現像することによって、第一フォトレジストをパターン化して、Ｔ−ゲートの底部用の第一開口を規定し、そしてパターン形成した第一フォトレジストを硬化させる工程、ｃ）ＵＶ感受性第二フォトレジスト（この第二フォトレジストは、ネガ型である）の層を、硬化した第一フォトレジストの上に配置する工程、ｄ）第二フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第二フォトレジストを現像することによって、第二フォトレジストをパターン化して、第一開口の上のＴ−ゲートのキャップ用の第二開口を規定する工程、ならびにｅ）第一開口および第二開口内に導電性材料を堆積してＴ−ゲートを形成する工程、を含む方法に従って形成される。次いで、フォトレジスト層を除去し、そして第二フォトレジストの表面上に堆積された導電性材料を除去することによってリフト−オフ層として機能する。反射防止コーティングおよび／またはビア−フィリング材料の１以上の層を、基板と第一フォトレジストとの間に配置することができる。
【００３５】
二重被覆プロセスにおいて、第二フォトレジストを第一フォトレジストの上に配置する。第一フォトレジストは、第二フォトレジストの堆積の前に硬化させる。二重被覆プロセスにおいて、第一フォトレジストは好ましくは、ネガ型である。二重被覆プロセスの一つの態様において、第一フォトレジストおよび第二フォトレジストは同一である。二重被覆プロセスにおいて、第一フォトレジスト層のパターン化の後で、基板を任意にエッチングすることができ、好ましくは、第二フォトレジスト層のパターン化の後で、基板をエッチングすることができる。基板をエッチングするために、前記の任意もエッチング技術を使用することができる。
【００３６】
図２Ａ〜２Ｅに、本発明の二重被覆プロセスを図示する。典型的にネガ型フォトレジストである第一フォトレジスト１１を、基板１０、たとえばＧａＡｓまたはシリコンの上に配置する。次いで、第一フォトレジスト１１を、マスクを通して、ＵＶ放射線、たとえば２４８ｎｍの放射線に露光し、そしてたとえば、０．２６ＮのＴＭＡＨで現像して、第一フォトレジスト１１をパターン化し、Ｔ−ゲート構造物の底部用の第一開口１２を規定する。図２Ａ参照。次いで、第一フォトレジスト１１を、熱および光を使用して硬化させ、そして第二フォトレジスト１３の層を、硬化した第一フォトレジスト１１の上に配置する。図２Ｂ参照。次いで、第二フォトレジスト１３を、マスクを通してＵＶ放射線（このＵＶ放射線は、第一フォトレジスト１１を露光するために使用したものと同一である）に露光し、次いで第二フォトレジスト１３を現像することによって、第二フォトレジスト１３をパターン化して、Ｔ−ゲートの頂部用の第二開口１４を規定する。第二フォトレジスト１３のパターン化は、図２Ｃに図示されるようなアンダーカットプロフィールを有する第二開口１４を設けるための方式で実施する。このようなアンダーカットプロフィールは、続いて堆積させた導電性材料のリフト−オフにおいて助けになる。任意に、第一開口および第二開口によって露出された基板１０の一部は、第一フォトレジスト１１内の開口をアンダーカットする場合、図２Ｄに図示される凹部１５によって図示されるようにエッチされる。次いで、ゲート金属化層１６（導電性材料）を第一開口および第二開口内ならびに第二フォトレジスト層１３の表面上に堆積させる。図２Ｅ参照。次いで、デバイスをポリマーリムーバーと接触させることによって、第一フォトレジストおよび第二フォトレジストを除去する。第二フォトレジストは、第二フォトレジストの表面を覆っているゲート金属化層をリフト−オフして、図２Ｆに図示されるように、基板１０上にＴ−ゲート構造物１７を残す。
【００３７】
第二態様（「二層プロセス」という）において、Ｔ−ゲート構造物は、ａ）基板を提供する工程、ｂ）基板の上に平坦化材料の層を配置し、平坦化材料層の上にＵＶ感受性第一フォトレジストの層を配置し、第一フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第一フォトレジストを現像することによって、第一フォトレジストをパターン化して、Ｔ−ゲートの底部用の第一開口を規定し、第一開口を平坦化材料層に転写し、そして任意に第一フォトレジストを除去して、パターン形成した平坦化材料層を設ける工程、ｃ）ＵＶ感受性第二フォトレジスト（この第二フォトレジストは、ネガ型である）の層を配置する工程、ｄ）第二フォトレジストをマスクを通してＵＶ放射線に露光し、露光した第二フォトレジストを現像することによって、第二フォトレジストをパターン化して、第一開口の上のＴ−ゲートのキャップ用の第二開口を規定する工程、ならびにｅ）第一開口および第二開口内に導電性材料を堆積してＴ−ゲートを形成する工程、を含む方法に従って形成される。次いで、第二フォトレジストを除去する。
【００３８】
本発明の二層プロセスの一つの態様において、第一フォトレジストはポジ型である。二層プロセスの他の態様において、第一フォトレジストはネガ型である。二層プロセスの別の態様において、第一フォトレジストはポジ型であり、そしてシルセスキオキサン単位を有するポリマーを含有する。
【００３９】
図３Ａ〜３Ｈに、本発明の二層プロセスを図示する。ポリマー反射防止コーティング２０の層、たとえばシプレイ社から入手可能なＡＲ（商標）２４５０下地層を、基板１０、たとえばＧａＡｓまたはシリコンの上に２００〜２５０ｎｍの厚さでスピンコートする。反射防止コーティング２０には、フェノール部分、熱酸発生剤および架橋剤が含有されている。スピンコートした後、反射防止コーティング２０をベークし、十分に硬化させて続いて適用するフォトレジストとの混合を防止する。第一フォトレジスト２１を、反射防止コーティング２０の上に、たとえば、２５０ｎｍまでの厚さにスピンコートする。第一フォトレジスト２１は、ポジ型フォトレジスト、たとえばシプレイ社から入手可能なシルセスキオキサン含有フォトレジストであるＳＲ（商標）２４２０であってよい。図３Ａ参照。第一フォトレジストを、ＰＡＳ５５００／３００ツールを使用してマスクを通してＵＶ放射線に露光し、次いで露光した第一フォトレジストを現像することによって、第一フォトレジスト２１をパターン化して、アパーチャ２２を規定する。図３Ｂ参照。次いで反射防止コーティング２０をエッチして、Ｔ−ゲートの底部用の第一開口２３を形成し、次いで、たとえば、フッ化物系ポリマーリムーバー、たとえばシプレイ社から入手可能なＰＲｘ４１７と接触させることによって、第一フォトレジスト２１を除去する。次いで、図３Ｄに図示するように、ネガ型第二フォトレジスト２４を、パターン形成した反射防止コーティング２０の上に、約９００ｎｍの厚さにスピンコートする。代表的な第二フォトレジストは、シプレイ社から入手可能なＵＶＮ（商標）３０である。第二フォトレジスト２４をマスクを通してＵＶ放射線（このＵＶ放射線は、第一フォトレジスト２１を露光するために使用したものと同一である）に露光して、第二フォトレジスト２４を現像することによって、第二フォトレジスト２４をパターン化して、Ｔ−ゲートの頂部用の第二開口２５を規定する。第二フォトレジスト２４のパターン化は、図３Ｅに図示されるようなアンダーカットプロフィールを有する第二開口２５を設けるための方式で行われる。任意に、第一開口および第二開口によって露出された基板１０の一部は、反射防止コーティング２０内の開口をアンダーカットする際に、図３Ｆに図示される凹部２６によって図示されるようにエッチされる。次いで、ゲート金属化層（導電性材料）２７を第一開口および第二開口内ならびに第二フォトレジスト層の表面上に堆積させる。図３Ｇ参照。次いで、デバイスをポリマーリムーバーと接触させることによって、第二フォトレジストおよび反射防止コーティングを除去する。第二フォトレジストは、第二フォトレジストの表面を覆っているゲート金属化層をリフト−オフして、図３Ｈに図示されるように、基板１０上にＴ−ゲート構造物２８を残す。
【００４０】
下記の実施例は、本発明の種々の面をさらに例示することを意図するが、いかなる実施態様にも本発明の範囲を限定することを意図しない。
【実施例】
【００４１】
ネガ型フォトレジスト（ＵＶＮ（商標）３０、シプレイ社）の層を、ガリウム砒素基板の上に、約２００ｎｍの厚さにスピンコートした。このフォトレジストを、ＰＡＳ５５００／３００ツールを使用してマスクを通して２４８ｎｍでＵＶ放射線に露光し、続いて０．２６ＮのＴＭＡＨを使用して１０秒間現像することによってパターン化して、Ｔ−ゲートの底部用の約１５０ｎｍの開口を設けた。次いで、このフォトレジスト層を、２００ｍＪ（約１５×Ｅｏ）の投光露光、続く１１５℃で６０秒間の加熱によって硬化させた。硬化した第一フォトレジスト層の上に、ネガ型フォトレジスト（ＵＶＮ（商標）３０）の第二層を、約７００ｎｍの厚さにスピンコートした。次いで、第二フォトレジスト層を、第一フォトレジスト層と同じ方法（２４８ｎｍ）でパターン化して、第一開口の上に、Ｔ−ゲートの頂部（またはキャップ）用の第二開口を規定した。次に、ゲート金属化層を、気相成長によって堆積した。このゲート金属化層はチタン−白金−金であった。次に、第一フォトレジスト層および第二フォトレジスト層を、ＴＭＡＨ含有ポリマーリムーバーと接触させることによって除去した。第二フォトレジスト層は、第二フォトレジスト層の表面上に堆積したゲート金属化層を除去するリフト−オフ層として作用した。図４に示す、得られたＴ−ゲート構造物は、約２００ｎｍのステムＣＤ、約６００ｎｍのキャップＣＤおよび約５００ｎｍの全高さを有していた。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】ｅ−ビームを使用するＴ−ゲート形成の従来プロセスの、略断面図。
【図１Ｂ】ｅ−ビームを使用するＴ−ゲート形成の従来プロセスの、略断面図。
【図１Ｃ】ｅ−ビームを使用するＴ−ゲート形成の従来プロセスの、略断面図。
【図１Ｄ】ｅ−ビームを使用するＴ−ゲート形成の従来プロセスの、略断面図。
【図２Ａ】本発明の一態様に従ったＴ−ゲート形成プロセスの、略断面図。
【図２Ｂ】本発明の一態様に従ったＴ−ゲート形成プロセスの、略断面図。
【図２Ｃ】本発明の一態様に従ったＴ−ゲート形成プロセスの、略断面図。
【図２Ｄ】本発明の一態様に従ったＴ−ゲート形成プロセスの、略断面図。
【図２Ｅ】本発明の一態様に従ったＴ−ゲート形成プロセスの、略断面図。
【図２Ｆ】本発明の一態様に従ったＴ−ゲート形成プロセスの、略断面図。
【図３Ａ】本発明の他の態様に従ったＴ−ゲート形成プロセスの、略断面図。
【図３Ｂ】本発明の他の態様に従ったＴ−ゲート形成プロセスの、略断面図。
【図３Ｃ】本発明の他の態様に従ったＴ−ゲート形成プロセスの、略断面図。
【図３Ｄ】本発明の他の態様に従ったＴ−ゲート形成プロセスの、略断面図。
【図３Ｅ】本発明の他の態様に従ったＴ−ゲート形成プロセスの、略断面図。
【図３Ｆ】本発明の他の態様に従ったＴ−ゲート形成プロセスの、略断面図。
【図３Ｇ】本発明の他の態様に従ったＴ−ゲート形成プロセスの、略断面図。
【図３Ｈ】本発明の他の態様に従ったＴ−ゲート形成プロセスの、略断面図。
【図４】本発明によって製造されたＴ−ゲート構造物の走査型電子顕微鏡写真。
【符号の説明】
【００４３】
１  基板
２  第一フォトレジスト層
３  第二フォトレジスト層
４  第三フォトレジスト層
５  Ｔ字形プロフィール
６  導電性材料
７  Ｔ−ゲート構造物
１０  基板
１１  第一フォトレジスト層
１２  第一開口
１３  第二フォトレジスト層
１４  第二開口
１５  凹部
１６  ゲート金属化層
１７  Ｔ−ゲート構造物
２０  反射防止コーティング
２１  第一フォトレジスト
２２  アパーチャ
２３  第一開口
２４  第二フォトレジスト
２５  第二開口
２６  凹部
２７  ゲート金属化層
２８  Ｔ−ゲート構造物
【図１Ａ】
2005236281.tif 000003
【図１Ｂ】
2005236281.tif 000004
【図１Ｃ】
2005236281.tif 000005
【図１Ｄ】
2005236281.tif 000006
【図２Ａ】
2005236281.tif 000007
【図２Ｂ】
2005236281.tif 000008
【図２Ｃ】
2005236281.tif 000009
【図２Ｄ】
2005236281.tif 000010
【図２Ｅ】
2005236281.tif 000011
【図２Ｆ】
2005236281.tif 000012
【図３Ａ】
2005236281.tif 000013
【図３Ｂ】
2005236281.tif 000014
【図３Ｃ】
2005236281.tif 000015
【図３Ｄ】
2005236281.tif 000016
【図３Ｅ】
2005236281.tif 000017
【図３Ｆ】
2005236281.tif 000018
【図３Ｇ】
2005236281.tif 000019
【図３Ｈ】
2005236281.tif 000020
【図４】
2005236281.tif 000021
【外国語明細書】
2005236281000001.pdf
2005236281000002.pdf
2005236281000003.pdf
2005236281000004.pdf