(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に波長１００〔ｎｍ〕乃至５００〔ｎｍ〕の放射線を吸収する第一層目のレジスト層を形成する工程、第一層目のレジスト層上に少なくとも一層のレジスト層を積層形成する工程、レジスト層の露光と現像を行なってパターンを形成する工程の各工程に於ける第一層目のレジスト層形成後から現像を行なう前までの間の何れかの段階で第一層目のレジスト層に前記放射線を全面照射する工程
が含まれてなることを特徴とするレジスト・パターン形成方法。
【請求項２】
第一層目のレジスト層を構成する材料が芳香環を含んでなること
を特徴とする請求項１記載のレジスト・パターン形成方法。
【請求項３】
第一層目のレジスト層を構成する材料が下記の一般式（１）で表される物質を含んでなること
を特徴とする請求項１記載のレジスト・パターン形成方法。
【化１】
0004481477.tif 000002
【請求項４】
請求項１乃至請求項３に於ける何れか１記載の方法で形成したレジスト・パターンを用いてゲート電極を形成すること
を特徴とするゲート電極形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲート電極を作成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、そのレジスト・パターン形成方法を利用したゲート電極形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、情報通信分野は急激に拡大しつつあり、従って、膨大な情報量を通信しなければならず、その為には、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】
前記したような通信システムに於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、ゲート長の短縮及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】
Ｔ型ゲート電極を形成する手段として、二層レジスト・プロセス、或いは、三層レジスト・プロセスが知られ（例えば「Ｗａｋｉｔａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１３，２７２５（１９９５）」を参照）、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】
ところで、ゲート長の短縮及びゲート抵抗の低減を目的とした提供されたＴ型ゲート電極に於いて、Ｔ型を構成する傘部と動作層との間に寄生容量が生成されるので、ゲートの微細化と傘部の拡大化とで寄生容量が大幅に増加することが問題になっている。
【０００６】
図４は従来の技術を説明する為の半導体基板及びレジスト層を表す要部切断側面図であり、（Ａ）は二層レジスト・プロセスを説明する図、また、（Ｂ）は三層レジスト・プロセスを説明する図である。
【０００７】
図に於いて、１は基板、２は第一層目レジスト層、２Ｇは実質的ゲート電極パターンの開口、３は第二層目レジスト層、３Ｇは傘部パターンの開口、４は第三層目レジスト層、４Ｇは傘部パターンの開口形成用開口をそれぞれ示している。尚、本明細書に於いては、Ｔ型ゲート電極に於けるＴ字の縦棒に相当する部分を実質的ゲート電極と呼ぶことにする。
【０００８】
図示の構成に於いて、第一層目レジスト層２の材料には、電子線レジストを用い、第二層目レジスト層３の材料には、電子線レジスト、フォト・レジスト、ノボラック、ポリジメチルグルタルイミド（ＰＭＧＩ）、アルカリ可溶材料などを用い、第三層目レジスト層４の材料には、電子線レジスト、フォト・レジストなどを用いる。
【０００９】
図示のレジスト・パターンを用いてＴ型ゲート電極を形成した場合、傘部パターンの開口３Ｇを利用して形成される傘部と基板１との間には寄生容量が生成されることになる。
【００１０】
この対策として、基板１とのコンタクト面に於いて細条をなしている実質的ゲート電極から傘部に向かって次第に拡幅する構造が考えられたが、その為には、第一層目レジスト層２に於ける開口２Ｇを画成する側壁が順テーパを成すようにしなければならない。
【００１１】
然しながら、レジスト層に実質的ゲート電極パターンの開口を形成した場合、図４に見られるように開口側壁は殆ど垂直となるか、或いは、図４（Ａ）に見られる傘部パターンの開口３Ｇに見られるような逆テーパになってしまい、特に、電子線リソグラフィに於いては、前方散乱や後方散乱の影響があって、順テーパの形成は困難であることが知られている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、極めて簡単な手段に依って、細条をなす実質的ゲート電極パターンから傘部パターンに向かって次第に拡幅するレジスト・パターンを容易に形成できるようにして、Ｔ型ゲート電極に於ける傘部と動作層との間に生成される寄生容量を低減し、高周波の高速動作が可能な電界効果型半導体装置の実現に寄与しようとする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に於いては、Ｔ型ゲート電極を形成する為のレジスト・パターンを作成するに際し、第一層目レジスト層に実質的ゲート電極用パターンの開口を形成してから、放射線を全面に照射することで、該開口を画成するレジスト層側壁を順テーパ化することが基本になっていて、以下、図４を参照しつつ原理について説明する。
【００１４】
第一層目レジスト層２としては、ゲート長の微細化が可能な電子線レジストが好適であり、具体的には、日本ゼオン社製のＺＥＰシリーズ（一般式（１）で表される物質を含む）やＰＭＭＡ（ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）などが用いられる。
【００１５】
第一層目レジスト層２上に形成するリフト・オフ用レジスト層である第二層目レジスト層３には、ノボラック、ＰＭＧＩ、逆テーパ形状の形成が可能なネガ型レジスト、アルカリ可溶性材料などが用いられる。
【００１６】
さて、我々は、第一層目レジスト層２に実質的ゲート電極を形成する為の開口２Ｇを形成する際、全面に放射線を照射することで、開口２Ｇを画成する第一層目レジスト層２の側壁が順テーパとなることを見出した。
【００１７】
この方法は、レジストが放射線に対して吸収をもつことを利用するものであって、第一層目レジスト層２の表面近傍のみを感光させることで開口２Ｇのエッジ近傍の表面が丸みを帯びて順テーパ化する。
【００１８】
この放射線の全面照射は、開口２Ｇを形成する為の例えば電子線露光を行なう前後何れであっても良く、また、第一層目レジスト層２の塗布後、或いは、第一層目レジスト層２上に複数層のレジスト層を積層してパターニングした後の何れであっても同効である。
【００１９】
この全面照射に用いる放射線は、可視光線、紫外線、真空紫外線などが好ましく、可視光線よりも長波長になると放射線のエネルギがレジストに満足な感光をさせることができず、また、真空紫外線よりも短波長になるとレジストが副反応を起こしてパターン形成が不可能になる。
【００２０】
レジストに於ける放射線吸収の度合いとしては、レジスト層の層厚０．１〔ｍｍ〕に対して吸収係数が０．０１から６程度が望ましく、一般式（１）の構造をもつレジストでは、吸収係数が０．０１よりも低いと最深部まで感光し、また、６よりも高いと表面の極浅い部分しか感光せず、何れの場合も形状制御が困難になる。
【００２１】
また、第一層目レジスト層２に実質的ゲート電極の為の開口２Ｇを形成する際の露光光源は、０．１〔μｍ〕前後の超微細加工が可能であると共に紫外線や真空紫外線の吸収には関与しない電子線が有効である。
【００２２】
第一層目レジスト層２に用いるレジストは芳香環を含むことが望ましく、その理由は、芳香環が存在した場合、レジストは紫外領域に強い吸収を有し、この吸収を利用することに依って前記のパターン、即ち、開口２Ｇのエッジに丸みをもたせた順テーパをなすパターンの形状制御が容易になる。
【００２３】
特に一般式（１）で表される構造の基材樹脂を含むレジストは、電子線リソグラフィに於いて広く利用されていて、そのようなレジストでは、本発明の効果を最大限に享受することができる。尚、ＰＭＭＡなど他の電子線レジストであっても、実用上、充分な効果が得られる。
【００２４】
第一層目レジスト層２に照射する放射線の波長は１５０〔ｎｍ〕から３００〔ｎｍ〕であることが望ましく、波長が１５０〔ｎｍ〕未満では放射線照射時にレジスト層の減膜（オゾンアッシング）を生じ、また、波長が３００〔ｎｍ〕を越えるとエネルギが低過ぎて電子線レジストが反応しない。
【００２５】
従って、第一層目レジスト層２に全面照射する放射線は、前記の波長範囲に於いてレジストが適切に吸収することができる波長１７２〔ｎｍ〕のエキシマ光が好ましい。
【００２６】
前記したところから、本発明に依るレジスト・パターン形成方法、ゲート電極形成方法に於いては、
（１）
基板（例えばＳｉウエハ１１）上に波長１００〔ｎｍ〕乃至５００〔ｎｍ〕の放射線を吸収する第一層目のレジスト層（例えばＺＥＰ５２０Ａを用いた電子線レジスト層１２）を形成する工程、第一層目のレジスト層上に少なくとも一層のレジスト層を積層形成する工程、レジスト層の露光と現像を行なってパターンを形成する工程の各工程に於ける第一層目のレジスト層形成後から現像を行なう前までの間の何れかの段階で第一層目のレジスト層に前記放射線を全面照射する工程が含まれてなることを特徴とするか、或いは、
【００２７】
（２）
前記（１）に於いて、第一層目のレジスト層を構成する材料が芳香環を含んでなることを特徴とするか、或いは、
（３）
【００２８】
前記（１）に於いて、第一層目のレジスト層を構成する材料が一般式（１）で表される物質を含んでなることを特徴とするか、或いは、
【００２９】
（４）
前記（１）乃至（３）に於ける何れか１記載の方法で形成したレジスト・パターンを用いてゲート電極を形成することを特徴とするか、或いは、
【００３１】
前記手段を採ることに依って得られるレジスト・パターンを用いてＴ型ゲート電極を形成した場合、Ｔ型ゲート電極に於ける実質的ゲート電極は、下地にコンタクトした面からＴ型を構成する傘部に向かって次第に拡幅する形状となる為、傘部と動作層（基板）との間に生成される寄生容量は低減され、従って、電界効果型半導体装置に於ける高周波特性は改善される。
【００３２】
【発明の実施の形態】
放射線の波長とレジストの感光について
一般式（１）の構造をもつ電子線レジストである例えばＺＥＰ５２０Ａ（商品名  日本ゼオン製）は、芳香環を含むことから、波長１９０〔ｎｍ〕付近の放射線を強く吸収する特性をもっているので、前記波長を含む適当の波長範囲の放射線を用いれば、Ｔ型ゲート電極形成用のレジスト・パターンに於ける形状制御を適切に行なうことができる。
【００３３】
そこで、ＳｉウエハにＺＥＰ５２０Ａを塗布し、波長が１７２〔ｎｍ〕、２２２〔ｎｍ〕、３０８〔ｎｍ〕であるエキシマ・ランプからの放射線を照射してレジストの反応性を調査した。
【００３４】
１７２〔ｎｍ〕及び２２２〔ｎｍ〕の放射線照射では、現像後のレジスト層厚は、放射線照射時間が長くなるほど減少したが、３０８〔ｎｍ〕の放射線照射では、この波長近傍では吸収が殆どないにも拘わらず、レジスト層厚の減少は見られなかった。
【００３５】
この理由は、放射線光源が長波長である場合、光反応、即ち、主としてポリマ断裂を引き起こすに足るエネルギを供給できないことに由来するものであり、従って、１９０〔ｎｍ〕前後の波長範囲の放射線を照射することで、ＺＥＰ５２０Ａ、即ち、一般式（１）の構造をもった電子線レジスト表層の選択露光及び層厚制御が可能である。
【００３６】
図１及び図２は電子線レジスト層に形成されたパターンの要部斜面説明図であり、全て顕微鏡写真から模写したものである。
【００３７】
図１（Ａ）、（Ｂ）、図２（Ａ）、（Ｂ）の各図に見られるレジスト・パターンを作成した基本的プロセスは、Ｓｉウエハ１１に電子線レジストを層厚３０００〔Å〕となるように塗布して電子線レジスト層１２を形成し、（Ａ）の場合を除き、波長１７２〔ｎｍ〕の放射線を全面照射し、その後、３０〔ｋＶ〕の電子線を用いて露光を行ない、現像とリンスを行なって幅０．２〔μｍ〕のストライプ１２Ａを形成する工程からなっている。尚、図１（Ａ）は比較例である。
【００３８】
図１（Ａ）の場合
レジスト：ＺＥＰ５２０Ａ
１７２〔ｎｍ〕エキシマ光照射：０〔秒〕
ストライプ１２Ａを形成する為の露光量：１３３〔μＣ／cm2 〕
レジスト層１２の残り層厚：０．２８７〔μｍ〕
【００３９】
図１（Ｂ）の場合
レジスト：ＺＥＰ５２０Ａ
１７２〔ｎｍ〕エキシマ光照射：１〔秒〕
ストライプ１２Ａを形成する為の露光量：１１０〔μＣ／cm2 〕
レジスト層１２の残り層厚：０．２１０〔μｍ〕
【００４０】
図２（Ａ）の場合
レジスト：ＺＥＰ５２０Ａ
１７２〔ｎｍ〕エキシマ光照射：５〔秒〕
ストライプ１２Ａを形成する為の露光量：８１〔μＣ／cm2 〕
レジスト層１２の残り層厚：０．１３４〔μｍ〕
【００４１】
図２（Ｂ）の場合
レジスト：ＺＥＰ５２０Ａ
１７２〔ｎｍ〕エキシマ光照射：２５〔秒〕
ストライプ１２Ａを形成する為の露光量：６０〔μＣ／cm2 〕
レジスト層１２の残り層厚：０．０５６〔μｍ〕
【００４２】
各図から明らかなように、１７２〔ｎｍ〕エキシマ光の照射に依って、レジスト層１２に於けるストライプ１２Ａのエッジは丸みを帯びて側壁は略垂直から順テーパへと変化する。
【００４３】
図３はエキシマ光照射時間と順テーパ化（パターン形成角）との関係を説明する為の線図であり、横軸にはエキシマ光照射時間〔秒〕を、また、縦軸にはパターン角〔°〕をそれぞれ採ってある。
【００４４】
図３のデータは、ＰＭＭＡに波長２２２〔ｎｍ〕のエキシマ光を全面照射してから５０〔ｋＶ〕の電子線でストライプ・パターンを描画し、現像を行なって得られたものであり、エキシマ光の照射に伴ってパターンに傾斜がついて順テーパになることが看取される。
【００４５】
前記説明したパターン形成方法を適用して形成するＴ型ゲート電極をもつ電界効果型半導体装置を製造する工程について説明する。
【００４６】
（１）  有機金属化学気相成長（ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｕｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＯＣＶＤ）法を適用することに依り、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に厚さ３００〔ｎｍ〕の項抵抗ＧａＡｓ層、厚さ２０〔ｎｍ〕のＩｎＧａＡｓチャネル層、厚さ２５〔ｎｍ〕の不純物（Ｓｉ）含有ＡｌＧａＡｓ電子供給層、厚さ５０〔ｎｍ〕の不純物（Ｓｉ）含有ＧａＡｓコンタクト層を成長する。
【００４７】
（２）  イオン注入法を適用することに依り、素子間分離領域形成予定部分に酸素イオンを打ち込んで不活性化して素子間分離領域を形成する。
【００４８】
（３）  リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセスを適用することに依り、素子間分離領域の内側に在る活性層領域のソース及びドレインのオーミック電極の形成予定部分に対応する開口をもつレジスト層を形成する。
【００４９】
（４）  スパッタリング法を適用することに依り、開口内も含めた全面に厚さが５０〔ｎｍ〕のＡｕＧｅ層及び厚さが３００〔ｎｍ〕のＡｕ層を積層形成する。
【００５０】
（５）  リフト・オフ法を適用することに依り、レジスト層をその上のＡｕＧｅ層及びＡｕ層と共に除去し、ソース及びドレインのオーミック電極を形成する。
【００５１】
（６）  リソグラフィ技術に於けるレジスト・プロセス、及び、エッチャントをＨ2 ＳＯ4 系エッチング液とするウエット・エッチング法を適用することに依って、オーミック電極間に表出されている不純物含有ＧａＡｓコンタクト層をエッチングしてゲート・リセスを形成し、その底に不純物含有ＡｌＧａＡｓ電子供給層を表出させる。
【００５２】
（７）  厚さ０．２〔μｍ〕のＺＥＰ５２０Ａからなるレジスト層、厚さ０．５〔μｍ〕のＰＭＧＩからなるレジスト層、厚さ０．３〔μｍ〕のＺＥＰ５２０Ａからなるレジスト層を順に塗布して三層レジスト層を形成する。
【００５３】
（８）  電子線描画法を適用することに依り、三層レジスト層の最上層であるＺＥＰ５２０Ａからなるレジスト層に形成する開口の寸法に相当する０．８〔μｍ〕幅の電子線描画を行ってから、ＺＥＰ−ＳＤ（商品名、日本ゼオン社製、メチルイソブチルケトン及びメチルエチルケトンの混合液）現像液を用いて最上層の現像を行い、次いで、ＮＭＤ−Ｗ（商品名、東京応化社製、水酸化テトラメチルアンモニュウム）現像液を用いて中間層であるＰＭＧＩからなるレジスト層を現像する。
【００５４】
（９）  再び電子線描画法を適用することに依り、三層レジスト層の最下層であるＺＥＰ５２０Ａからなるレジスト層に形成する開口の寸法に相当する０．１〔μｍ〕幅の電子線描画を行う。
【００５５】
（１０）  波長１７２〔ｎｍ〕のエキシマ・ランプからの放射線を全面に１．０〔秒〕間照射してから、ＺＭＤ−Ｂ（商品名、日本ゼオン社製、メチルイソブチルケトン及びイソプロピルアルコールの混合液）現像液を用いて最下層のＺＥＰ５２０Ａからなるレジスト層を現像する。
【００５６】
以上のレジスト・パターン形成工程を経ることで、目的とするＴ型ゲート電極を形成する為の構造が得られる。
【００５７】
（１１）  真空蒸着法を適用することに依り、全面に厚さ３００〔ｎｍ〕のＡｌ層を形成する。
【００５８】
（１２）  リフト・オフ法を適用することに依り、三層レジスト層をその上のＡｌ層と共に除去し、Ｔ型ゲート電極が実現される。
【００５９】
前記工程を経て作製された電界効果型半導体装置に於いては、エキシマ・ランプで放射線を照射することなく作製した電界効果型半導体装置と比較し、Ｔ型ゲート電極の傘部及びその下方の動作部との間に生成される寄生容量は３０〔％〕低減されていることが確認された。
【００６０】
【発明の効果】
本発明に依るレジスト・パターン形成方法、ゲート電極形成方法では、基板上に波長１００〔ｎｍ〕乃至５００〔ｎｍ〕の放射線を吸収する第一層目のレジスト層を形成し、第一層目のレジスト層上に少なくとも一層のレジスト層を積層形成し、レジスト層の露光と現像を行なってパターンを形成する各工程に於ける第一層目のレジスト層形成後から現像を行なう前までの間の何れかの段階で第一層目のレジスト層に前記放射線を全面照射することが基本になっている。
【００６１】
前記構成を採ることに依って得られるレジスト・パターンを用いてＴ型ゲート電極を形成した場合、Ｔ型ゲート電極に於ける実質的ゲート電極は、下地にコンタクトした面からＴ型を構成する傘部に向かって次第に拡幅する形状となる為、傘部と動作層（基板）との間に生成される寄生容量は低減され、従って、電界効果型半導体装置に於ける高周波特性は改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子線レジスト層に形成されたパターンの要部斜面説明図である。
【図２】電子線レジスト層に形成されたパターンの要部斜面説明図である。
【図３】エキシマ光照射時間と順テーパ化（パターン形成角）との関係を説明する為の線図である。
【図４】従来の技術を説明する為の半導体基板及びレジスト層を表す要部切断側面図である。
【符号の説明】
１  基板
２  第一層目レジスト層
２Ｇ  実質的ゲート電極パターンの開口
３  第二層目レジスト層
３Ｇ  傘部パターンの開口
４  第三層目レジスト層
４Ｇ  傘部パターンの開口形成用開口
１１  Ｓｉウエハ
１２  電子線レジスト層
１２Ａ  ストライプ
【図１】
0004481477.tif 000003
【図２】
0004481477.tif 000004
【図３】
0004481477.tif 000005
【図４】
0004481477.tif 000006