(57)【要約】【課題】所望のレジストパターンが形成可能な、インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層からなるフィールド領域を有する半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層からなるフィールド領域と、第１の層および第１の層とは異なる半導体層からなるメサ領域と、を備える半導体基板を用いた半導体装置の製造方法であって、フィールド領域表面に、半導体基板表面から半導体基板上に形成する電子ビーム露光用レジストへのインジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制する被覆層を形成する工程と、フィールド領域表面に被覆層が形成された半導体基板上に電子ビーム露光用レジストを塗布し、メサ領域の一部に電子ビームを露光し、現像することでメサ領域に開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、メサ領域に開口部を有するレジストパターンを用いて半導体基板を修飾する工程とを有する製造方法。【選択図】図２
2012079843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層からなるフィールド領域と、
前記第１の層および前記第１の層とは異なる半導体層からなるメサ領域と、
を備える半導体基板を用いた半導体装置の製造方法であって、
前記フィールド領域表面に、前記半導体基板表面から前記半導体基板上に形成する電子ビーム露光用レジストへのインジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制する被覆層を形成する工程と、
前記フィールド領域表面に前記被覆層が形成された前記半導体基板上に電子ビーム露光用レジストを塗布し、前記メサ領域の一部に電子ビームを露光し、現像することで前記メサ領域に開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、
前記メサ領域に前記開口部を有する前記レジストパターンを用いて前記半導体基板を修飾する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記被覆層を形成する工程が、前記フィールド領域表面に半導体材料を積層し、前記半導体材料を酸化する工程であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体基板が前記半導体層上にインジウムおよび／またはアルミニウムを含む第２の層を有し、
前記被覆層を形成する工程が、前記フィールド領域の表面および前記メサ領域の表面にインジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制する前記被覆層を形成する工程であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記半導体基板の前記半導体層がチャネル層であり、前記チャネル層上にインジウムおよび／またはアルミニウムを含む第２の層を有し、
前記被覆層を形成する工程が、前記フィールド領域表面および前記メサ領域の側面にインジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制する前記被覆層を形成する工程であり、
前記メサ領域に前記開口部を有する前記レジストパターンを用いて前記半導体基板を修飾する工程が前記ゲート電極を形成する工程である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体基板であって、
インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層からなるフィールド領域と、
前記第１の層と、前記第１の層とは異なる半導体層と、からなるメサ領域と、
前記フィールド領域表面に、前記半導体基板表面から前記半導体基板上に形成する電子ビーム露光用レジストへのインジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制する被覆層と
を備え、前記フィールド領域表面に前記被覆層が形成された前記半導体基板上に電子ビーム露光用レジストを塗布し、前記メサ領域の一部に電子ビームを露光し、現像することで前記メサ領域に開口部を有するレジストパターンを形成することを特徴とする半導体基板。
【請求項６】
前記被覆層が、前記フィールド領域表面に半導体材料を積層し、前記半導体材料を酸化することによって形成されることを特徴とする請求項５に記載の半導体基板。
【請求項７】
前記メサ領域が、インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層と、前記第１の層とは異なる半導体層と、インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第２の層とがこの順で積層されており、
前記インジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制する前記被覆層が、前記フィールド領域の表面および前記メサ領域の表面に形成される
ことを特徴とする請求項５または６に記載の半導体基板。
【請求項８】
半導体装置であって、
インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層と、インジウムおよびアルミニウムを含む成分を含む層から前記第1の層上に形成する電子ビーム露光用レジストへのインジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制する被覆層とからなるフィールド領域と、
前記第１の層と、前記第１の層とは異なる半導体層とからなるメサ領域と
を有し、前記フィールド領域表面に前記被覆層が形成された前記半導体基板上に電子ビーム露光用レジストを塗布し、前記メサ領域の一部に電子ビームを露光し、現像することで前記メサ領域に開口部を形成し、前記メサ領域にゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を形成することを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特にインジウム及びアルミニウムを含む半導体基板に電子線ビームリソグラフィー工程を用いてパターンを形成する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インジウムおよび／またはアルミニウムを含む半導体基板を加工することにより得られる半導体装置としては、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）、量子型赤外線センサ、ガスセンサ、半導体磁気抵抗素子などが知られている。
【０００３】
例えばＨＥＭＴは、近年の高速デジタル無線通信等、高速動作が要求される電子回路において、注目されている。ＨＥＭＴとしては様々な種類のものが用いられているが、特に周波数３０ＧＨｚ以上のミリ波帯電波領域の発信、受信回路等にはＧａＡｓ基板上に形成されたメタモルフィックＨＥＭＴが用いられている。メタモルフィックＨＥＭＴでは電子移動度の大きいＩｎＧａＡｓなどのナローギャップ化合物半導体をチャネル層として用い、ＩｎＧａＡｓと比較してバンドギャップが広いインジウム及びアルミニウムを含むＩｎＡｌＡｓを、電子をチャネルに閉じこめるためのバリア層として用いている。
【０００４】
また、高速動作が要求されるメタモルフィックＨＥＭＴのゲート電極は、ゲート寸法が幅１５０ｎｍ未満となるように形成させることが好ましい。幅１５０ｎｍ未満のゲート寸法をリソグラフィーにて実現するため、電子ビーム露光法が使用されている。例えば特許文献１には電子ビーム露光装置を用いたゲート電極形成技術が開示されている。
【０００５】
特許文献１に開示の電子ビーム露光法は、電子ビームを当てた領域のみ現像工程により除去される電子ビーム露光用レジストをスピンコート法によりウエハー上に塗布し、ゲート電極を形成する領域に電子ビームを照射することによって、ゲート電極形成用パターンを形成するリソグラフィー技術である。
【０００６】
次に断面構造図、図１（ａ）〜（ｆ）を参照しながら、従来の半導体製造方法によるメタモルフィックＨＥＭＴの製造方法を説明する。
【０００７】
まず基板１０１上にインジウムおよびアルミニウムを含む第１のバリア層１０２、チャネル層１０３、上側バリア層１０４、キャップ層１０５がこの順で積層された半導体基板を準備する（図１（ａ））。
【０００８】
次にトランジスタを設けるメサ領域を形成するためのレジストパターン１０６を形成する（図１（ｂ））。
【０００９】
次に前記レジストパターン１０６をマスクとしてエッチングによりメサ領域とフィールド領域とを形成する（図１（ｃ））。
【００１０】
エッチングの結果、メサ領域は半導体基板上に突出した形に形成される。つまり、前記レジストで覆われていない領域のみエッチングにより除去される結果、レジストパターン１０６で覆われた領域のみが突出する形状が得られる。このように突出するように形成された領域はメサ領域、メサ領域の外側の領域、すなわちエッチングにより削り取られた領域はフィールド領域と呼ばれている。
【００１１】
次に、レジストパターン１０６をレジスト除去剤等により除去した後、電子ビーム露光用レジスト１０７を塗布し、電子ビーム描画装置を用いてゲート電極用のパターンを描画し、現像することによってゲート電極形成用のパターンを形成する。つまり、電子線ビーム露光用レジスト１０７中のゲート電極を形成しようとする領域に電子ビームを照射し、現像を行うことにより、電子ビームが照射された領域の電子ビーム露光用レジスト１０７が現像によって取り除かれ、ゲート形成領域のみが電子線ビーム露光用レジストの開口部となるようにする（図１（ｄ））。
【００１２】
次に前記ゲート電極形成用パターンが形成された電子ビーム露光用レジスト１０７をマスクとして、ウエットエッチングによりキャップ層１０５を部分的にエッチングし、公知の真空蒸着、次にリフトオフを行い、前記開口部の中であり、かつキャップ層１０５が除去された領域にゲート電極１０８が形成されるようにする（図１（ｅ））。
【００１３】
最後にリソグラフィーによるレジストパターン形成、電極材料蒸着、リフトオフにより前記第１のバリア層１０２およびキャップ層１０５を覆うようにソース電極１０９、ドレイン電極１１０を形成し、さらにパッシベーション膜１１１を堆積させる（図１（ｆ））。
【００１４】
図１（ｆ）は従来の半導体装置を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平０６−２０９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記に説明した図１（ｄ）の工程においては、高分子ポリマーを含む電子ビーム露光用レジストをスピンコート法により半導体基板全面に塗布する。塗布を行うとき、フィールド領域の表面に露出している半導体材料はインジウム及びアルミニウムを含む第１のバリア層１０２となっている。つまり、フィールド領域ではインジウムおよびアルミニウムを含む第１のバリア層１０２と高分子ポリマーを含む電子ビーム露光用レジスト１０７が接触している。
【００１７】
この様にインジウムおよびアルミニウムを含む第１のバリア層と高分子ポリマーを含む電子ビーム露光用レジストが接触した状態になると、次工程の現像工程において、電子ビーム露光していない部分のレジストの一部も現像液に溶解してしまい、所望のレジストパターンが得られないという問題があった。電子ビーム露光していない部分のレジストの一部も現像液に溶解してしまうメカニズムについては明確にはなっていないが、第１のバリア層に含まれるインジウム若しくはアルミニウムの単体元素または単体元素イオンや、インジウム若しくはアルミニウムを含む化合物または化合物イオンが電子ビーム露光用レジスト中に拡散し、電子ビーム露光用レジスト中に含まれている高分子ポリマーを低分子化させてしまうことに起因していると本発明者は推察する。
【００１８】
その結果、所望のゲート電極パターンが得られずトランジスタの性能を大きく損なう結果となる場合があった。
【００１９】
さらに、このように一度インジウムおよびアルミニウムを含む第１のバリア層と接触した電子ビーム露光用レジストは、他のレジストによって溶解しやすいという性質がある。それがゆえに、例えば、インジウムおよびアルミニウムを含む第１のバリア層と接触した電子ビーム露光用レジストの上部に別のレジストを塗布する、いわゆる多層レジストプロセスを採用すると、電子ビーム露光用レジストが該別のレジストに溶解してしまい、電子ビーム露光していない部分の電子ビーム露光用レジストの一部も現像液に溶解してしまい、所望のレジストパターンが得られないという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層からなるフィールド領域と、第１の層および第１の層とは異なる半導体層からなるメサ領域と、を備える半導体基板を用いた半導体装置の製造方法であって、フィールド領域表面に、半導体基板表面から半導体基板上に形成する電子ビーム露光用レジストへのインジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制する被覆層を形成する工程と、フィールド領域表面に被覆層が形成された半導体基板上に電子ビーム露光用レジストを塗布し、メサ領域の一部に電子ビームを露光し、現像することでメサ領域に開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、メサ領域に開口部を有するレジストパターンを用いて半導体基板を修飾する工程とを有する半導体装置の製造方法により上記課題を解決できることを見出し本発明を完成させた。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層からなるフィールド領域を有する半導体装置の製造方法において、所望のレジストパターンが形成可能であり、かつ、多層レジストプロセスを採用しても所望のレジストパターンが形成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来の半導体装置の製造方法の工程の１例であり、（ａ）は半導体基板、（ｂ）は半導体基板上にレジストパターンを形成する工程、（ｃ）はメサ領域とフィールド領域を得る工程、（ｄ）はゲート形成領域を形成する工程、（ｅ）はゲート電極を形成する工程、（ｆ）はソース、およびドレイン電極を形成し、パッシベーション膜を堆積させる工程を示す断面図である。
【図２】本実施形態の半導体装置の製造方法の工程の第１の例であり、（ａ）は半導体基板、（ｂ）は半導体基板上にレジストパターンを形成する工程、（ｃ）はメサ領域とフィールド領域を得る工程、（ｄ）はゲート形成領域を形成する工程、（ｅ）はゲート電極を形成する工程、（ｆ）はソース、およびドレイン電極を形成し、パッシベーション膜を堆積させる工程を示す断面図である。
【図３】本実施形態の半導体装置の製造方法の工程の第２の例であり、（ａ）は半導体基板、（ｂ）は半導体基板上にレジストパターンを形成する工程、（ｃ）はメサ領域とフィールド領域を得る工程、（ｄ）はゲート形成領域を形成する工程、（ｅ）はゲート電極を形成する工程、（ｆ）はソース、およびドレイン電極を形成し、パッシベーション膜を堆積させる工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
＜半導体装置の製造方法＞
本実施形態の半導体装置の製造方法は、インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層からなるフィールド領域と、前記第１の層および前記第１の層とは異なる半導体層からなるメサ領域と、を備える半導体基板から半導体装置を製造する方法であって、前記フィールド領域表面にインジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制する被覆層を形成する工程と、半導体基板上に電子ビーム露光用レジストを塗布し、メサ領域の一部に電子ビームを露光し、現像することでメサ領域に開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、前記メサ領域に開口部を有するレジストパターンを用いて半導体基板を修飾する工程と、を有する半導体装置の製造方法である。
【００２４】
本実施形態の製造装置の製造方法は、フィールド領域表面にインジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制する被覆層を形成する工程を有することにより、電子ビーム露光法で所望の形状を有するレジストパターンを得ることが可能になり、所望の修飾がなされた半導体装置を得ることが可能になる。
【００２５】
また、本実施形態の半導体基板は、インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層からなるフィールド領域と、前記第１の層と、前記第１の層とは異なる半導体層と、からなるメサ領域と、を有する半導体基板であって、前記フィールド領域表面にインジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制する被覆層を有する半導体基板である。
【００２６】
本実施形態の半導体基板は、フィールド領域表面にインジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制する被覆層を有していることにより、該半導体基板に電子ビーム露光法を適用しても、電子ビームが露光された部分のみが現像され、所望の形状を有するレジストパターンを得ることが可能になる。
【００２７】
本実施形態の製造方法によって製造される半導体装置、および本実施形態の半導体基板を用いて製造される半導体装置としては、インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層からなるフィールド領域と、前記第１の層および前記第１の層とは異なる半導体層からなるメサ領域と、を備える半導体基板から得られるものであれば特に制限されず、具体的にはＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）、量子型赤外線センサ、ガスセンサ、半導体磁気抵抗素子などが挙げられるがこの限りではない。また、所望の半導体装置によって、メサ領域に開口部を有するレジストパターンを用いて半導体基板を修飾する工程は適宜選択される。
【００２８】
半導体基板のメサ領域にも、電子ビーム露光用レジストと接したときにインジウムおよび／またはアルミニウムを含む成分が拡散しうる層が存在する場合、前記被覆層はメサ領域の表面にも存在することが好ましい。この場合、メサ領域の頂部に存在する被覆層は、所望によりメサ領域に開口部を有するレジストパターンを用いて半導体基板を修飾する工程の前又は同時に除去される。
【００２９】
また、メサ領域の最上層に、電子ビーム露光用レジストと接したときにインジウムおよび／またはアルミニウムを含む成分が拡散しうる層が存在しない場合であれば、製造効率の観点から、前記被覆層はメサ領域の側面に存在することが好ましい。
【００３０】
本実施形態の半導体装置の製造方法および本実施形態の半導体基板は、電子ビーム露光法によってメサ領域に微細なパターンとしてゲート電極を形成することや、多層レジストプロセスが特に要求されるＨＥＭＴの製造方法に好適である。以下、ＨＥＭＴを製造する場合を例にとって本実施形態の半導体装置の製造方法および本実施形態の半導体基板についてさらに説明をする。
【００３１】
＜ＨＥＭＴの場合の半導体基板＞
図２（ｃ）に基づいて本実施形態の半導体基板について説明する。図２（ｃ）は、本実施形態の半導体装置の製造方法の工程の１つを示し、半導体基板２００上にレジストパターン２０６を形成し、レジストパターン２０６をマスクとしてエッチングによりメサ領域とフィールド領域を形成したときの断面図を示している。
【００３２】
製造される半導体装置がＨＥＭＴの場合、前記半導体基板２００のインジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層２０２としてはＩｎＡｌＡｓが好適に用いられる。なお、第１の層２０２はＨＥＭＴの技術分野では下部バリア層とも称される。
【００３３】
半導体層２０３としてはＩｎＧａＡｓが好適に用いられる。なお、半導体層２０３は、ＨＥＭＴの技術分野ではチャネル層とも称される。
【００３４】
また、前記チャネル層を量子井戸として構成し、当該量子井戸に電子を閉じ込めることにより高移動度なＨＥＭＴを得るという観点から、半導体層２０３上にインジウムおよび／またはアルミニウムを含む第２の層２０４を有することが好ましい。インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第２の層２０４としてはＩｎＡｌＡｓが好適に用いられる。なお、第２の層２０４はＨＥＭＴの技術分野では上部バリア層とも称される。
【００３５】
また、ソース電極およびドレイン電極とのコンタクト抵抗を低減させる観点から、前記第２の層上にキャップ層２０５を有することが好ましい。キャップ層２０５としては、Ｎ型ＩｎＧａＡｓが好適に用いられる。
【００３６】
また、第１の層の結晶性を高める観点から、第１の層の下に基板２０１を有していても構わない。基板２０１としてはＧａＡｓやＩｎＰが好適に用いられる。
【００３７】
これらの各層は順次ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）もしくはＭＯＣＶＤ（有機金属化合物化学的気相蒸着法）により形成することが可能である。
【００３８】
＜フィールド領域とメサ領域＞
本実施形態において、「フィールド領域」とは少なくともその最表面にインジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層２０２を有する領域を意味し、第１の層の下に別の層や基板が存在していても良い。図２（ｃ）に示すように、フィールド領域とメサ領域とを形成する工程においてインジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層２０２の一部が除去された場合、除去された部分と接していた領域までをフィールド領域とする。すなわち、本実施形態におけるフィールド領域とは、単に平坦部を意味するのではなく、例えば図２（ｃ）の様に、第１の層の一部が除去された場合にメサ領域との境界周辺に存在しうる第１の層の傾斜部までを意味する。
【００３９】
また、「メサ領域」とは、前記第１の層２０２および前記第１の層とは異なる半導体層２０３からなる領域を意味し、その最上層が少なくとも半導体層２０３の分フィールド領域よりも高くなっている領域である。
【００４０】
＜被覆層＞
本実施形態において被覆層とは、少なくとも前記フィールド領域表面に形成されるものであり、インジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制するものであればその材質等は特に制限されない。
【００４１】
ここで、「インジウムを含む成分」とは、インジウムの単体元素、インジウムの単体元素イオン、インジウムを含む化合物、インジウムを含む化合物イオンの総称であり、「アルミニウムを含む成分」とは、アルミニウム単体元素、アルミニウム単体元素イオン、アルミニウムを含む化合物、アルミニウムを含む化合物イオンの総称である。
【００４２】
「インジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制する」とは、該被覆層がインジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層と別の層との間に存在した場合に、第１の層から別の層にインジウムおよびアルミニウムを含む成分が移動することを抑制することを意味する。第１の層から、インジウムおよびアルミニウムを含む成分が被覆層中に拡散したとしても、インジウムおよびアルミニウムを含む成分が被覆層中に留まり、該被覆層から別の層にインジウムおよびアルミニウムを含む成分が実質的に拡散しなければ、インジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制していることとなる。
【００４３】
本実施形態において、被覆層はその主成分がインジウムおよびアルミニウムを含まないことが好ましい。ここで「主成分」とは、被覆層を形成する工程において用いられる材料を構成する成分を意味し、他の層と接することによって拡散してきたインジウムおよびアルミニウムは被覆層の成分として許容される。許容される量としては特に制限されないが、被覆層の構成元素全量に対して、第１の層から拡散したインジウムおよびアルミニウムが占める割合が１％未満であることが好ましい。
【００４４】
本実施形態において、被覆層は、製造効率および半導体装置中の意図しない短絡を抑制する観点から、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＳｉＮなどの高絶縁膜や被覆層前駆体の酸化膜であることが好ましい。
【００４５】
被覆層前駆体としては、酸化工程により高抵抗化する材料であれば特に制限されず、半導体材料や、チタン、クロム、コバルト、ニッケルなどの金属材料を用いることが出来る。
【００４６】
被覆層として被覆層前駆体の酸化膜を用いる場合、フィールド領域表面に被覆層前駆体が形成された以降のいずれかのプロセスにおいて最終的に酸化されて被覆層となれば特に制限されず、被覆層前駆体を形成した直後または同時に酸化してもよく、メサ領域に開口部を有するレジストパターンを形成する工程以降や、メサ領域に開口部を有するレジストパターンを用いて半導体基板を修飾する工程以降に酸化してもよい。
【００４７】
製造される半導体装置の回路の意図しない短絡などを抑制の観点から、被覆層は半導体材料の酸化膜であることが好ましい。被覆層が半導体材料の酸化膜であることにより、インジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制する効果を十分に有することに加えて、仮にごく一部が酸化されていなかったとしても、酸化前の抵抗が金属と比較して十分に高いため、製造される半導体装置の回路の意図しない短絡などを効果的に抑制できるという効果を奏するため好ましい。
【００４８】
半導体材料の具体例として汎用性があり実施コストも低いという観点からシリコンやゲルマニウムが挙げられ、被覆層としては酸化シリコンや酸化ゲルマニウムが挙げられるがこの限りではない。
【００４９】
金属材料の具体例としては、酸化物の高絶縁性や酸化容易性の観点からチタン、クロム、コバルト、ニッケル等が上げられ、被覆層としては酸化チタン、酸化クロム、酸化コバルト、酸化ニッケル等が挙げられる。
【００５０】
前記被覆層前駆体は、１ｎｍ以上５ｎｍ以下の膜厚で形成されることが好ましい。膜厚が１ｎｍ以上であれば、インジウムおよび／またはアルミニウムを含む成分の拡散を十分に抑制することが可能であり、膜厚が５ｎｍ以下であれば十分に酸化がなされる。
【００５１】
また、被覆層前駆体を膜厚１ｎｍ以上５ｎｍ以下に形成する成膜方法としては、真空蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの公知の成膜方法を採用することが可能である。図２（ｃ）に示す様にフィールド領域およびメサ領域を形成するのに用いるレジストパターンを除去せずに被覆層前駆体を成膜する場合、該レジストパターンが変形または焼損することを防止する観点から、１５０℃以下の条件で成膜されることが好ましい。
【００５２】
本実施形態において、前記メサ領域が、インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層と、前記第１の層とは異なる半導体層と、インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第２の層とがこの順で積層されている場合、被覆層がフィールド領域表面およびメサ領域の表面に形成されることが好ましい。被覆層がフィールド領域の表面およびメサ領域の表面に形成されることにより、インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第２の層から電子ビーム露光用レジストにインジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制することが可能になる。
【００５３】
また、前記インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第２の層上に、電子ビーム露光用レジストと接してもインジウムおよび／またはアルミニウムを含む成分が拡散しないキャップ層を有する場合は、前記被覆層はフィールド領域の表面およびメサ領域の側面に形成されることが製造効率の観点から好ましい。
【００５４】
＜半導体装置の製造方法の第１の例＞
図２（ａ）〜（ｈ）を参照しながら、本実施形態の半導体装置の製造方法の第１の例としてＨＥＭＴを製造する方法を説明する。
【００５５】
＜図２（ａ）＞
まずＧａＡｓからなる基板２０１上にＩｎＡｌＡｓからなる第１の層２０２、ＩｎＧａＡｓからなる半導体層２０３、ＩｎＡｌＡｓからなる第２の層２０４、Ｎ型ＩｎＧａＡｓからなるキャップ層２０５を順次ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）により形成する。なお、半導体層２０３のＩｎＧａＡｓとキャップ層のＮ型ＩｎＧａＡｓは、電子ビーム露光用レジストに接してもインジウムおよび／またはアルミニウムが拡散しないことが実験により確認されている。
【００５６】
＜図２（ｂ）＞
次にフィールド領域およびメサ領域を形成するためのレジストパターン２０６を形成する。
【００５７】
このときフィールド領域およびメサ領域を形成するためのレジストパターン２０６を形成する方法としては、膜厚約１μｍのノボラック系レジストを用い、高圧水銀灯のｉ線を用いた５：１縮小投影露光装置（ステッパー）を用いたが、他の公知の方法を用いてもよい。
【００５８】
＜図２（ｃ）＞
次に前記ノボラック系レジストによるフィールド領域およびメサ領域を形成するためのレジストパターン２０６をマスクとしてエッチングをすることでフィールド領域およびメサ領域を形成する。メサ領域を形成させるためのエッチングは、希硫酸：過酸化水素水：水＝１：１：６０の混合比である混合液を用いたウエットエッチ等を用いればよく、他の公知の方法を用いても良い。
【００５９】
以上の工程により、本実施形態の半導体装置の製造方法で用いる、インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層からなるフィールド領域と、前記第１の層および前記第１の層とは異なる半導体層からなるメサ領域と、を備える半導体基板が製造される。
【００６０】
＜図２（ｄ）（ｅ）＞
次に、前記フィールド領域表面にインジウムおよびアルミニウムを含む成分の拡散を抑制する被覆層を形成する。
【００６１】
図２の例においては、半導体層２０３の上にインジウムおよびアルミニウムを含む第２の層２０４（ＩｎＡｌＡｓ）が形成されており、該第２の層の上にインジウムおよび／またはアルミニウムが拡散しないキャップ層２０５（Ｎ型ＩｎＧａＡｓ）が形成されているので、被覆層はフィールド領域の表面およびメサ領域の側面に形成することとした（図２（ｅ））。
【００６２】
図２の例においては、フィールド領域およびメサ領域を形成後、レジストパターン２０６を除去せずに、真空蒸着法により被覆層前駆体２２１として半導体材料であるゲルマニウムの層を膜厚２ｎｍで形成し（図２（ｄ））、酸化工程として真空条件下の酸素プラズマによるアッシングによって、レジストパターン２０６とレジストパターン２０６の側面および頂部に成膜されたゲルマニウムの層とを除去し、同時にフィールド領域の表面およびメサ領域の側面に成膜されたゲルマニウムの層を酸化することで、フィールド領域の表面およびメサ領域の側面に被覆層２２２として絶縁体である酸化ゲルマニウムが形成された半導体基板を得た（図２（ｅ））。
【００６３】
＜レジスト除去および酸化工程の別の実施形態＞
レジストパターン２０６の除去には、上記アッシングのみならずＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）などの有機溶媒を併用することも可能である。具体的には、まずＮＭＰにて大部分のレジストパターン２０６を溶解させ、その後なお残る残渣を、酸素プラズマを用いたアッシングにより除去する方法が可能である。このとき、前記レジストパターン２０６の上面および側面に形成された被覆層前駆体はレジストパターンとともに剥離される。レジストパターンの膜厚は１ミクロン程度であるのに対して、被覆層前駆体の膜厚は１ｎｍ以上５ｎｍ以下程度であるので、レジストパターン２０６の溶解・剥離と同時に除去されることが理解される。
【００６４】
このレジスト剥離工程において、インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層２０２（ＩｎＡｌＡｓ）が露出したフィールド領域及びメサの側壁に堆積した被覆層前駆体はレジストパターンとともに剥離されず、前記アッシング工程において酸化され、被覆層２２２となる。
【００６５】
なお、これらの領域被覆層がレジストパターン２０６の除去のためのアッシング工程において完全に酸化されない場合においても、空気中での酸化、あるいは後のプロセスによって十分に酸化されれば特に制限されない。さらには、レジストパターン２０６の除去のために上述のＮＭＰなどの有機溶剤のみを用いた場合であっても、半導体装置の製造プロセスの工程中に、空気中での酸化や、別のプロセスによって十分に酸化されれば、レジストパターン２０６の除去と同時に被覆層前駆体を酸化して被覆層とする必要はない。
【００６６】
＜図２（ｆ）＞
フィールド領域の表面およびメサ領域の側面に被覆層が形成された半導体基板の表面に電子ビーム露光用レジストを塗布し、ゲート電極が形成されるメサ領域の頂部の電子ビーム露光用レジストに電子ビームを露光し、現像することで、メサ領域に開口部を有するレジストパターン２０７を形成した。図２の例においては、電子ビーム露光用レジストは、日本ゼオン社製ＺＥＰ−５２０Ａを用い、レジスト膜厚は例えば８００ｎｍとした。
【００６７】
＜図２（ｇ）＞
レジストパターン２０７の開口部のキャップ層２０５をコハク酸、過酸化水素水、アンモニア、水の混合液によってエッチングし、次いで真空蒸着法によりゲート電極材料としてＰｔ（膜厚５ｎｍ）、Ｔｉ（膜厚３０ｎｍ）、Ｐｔ（膜厚２０ｎｍ）、Ａｕ（膜厚３００ｎｍ）を順次蒸着し、リフトオフを行い、前記レジストパターン２０７の開口部にゲート電極２０８を形成した。ゲート電極２０８は、開口部の中であり、かつキャップ層２０５が除去された領域に形成した。
【００６８】
＜図２（ｈ）＞
電子ビーム露光用レジストを再度塗布し、ソース電極２０９およびドレイン電極２１０が形成されるフィールド領域およびメサ領域上の電子ビーム露光用レジストに電子ビームを露光し、現像し、ソース電極およびドレイン電極の電極材料としてＡｕ（膜厚５０ｎｍ）、Ｇｅ（膜厚５０ｎｍ）、Ａｕ（膜厚１００ｎｍ）を順次蒸着し、リフトオフを行い、ソース電極２０９、ドレイン電極２１０を形成し、全面にパッシベーション膜２１１を堆積させることで、半導体装置として所望のゲート電極が形成されたＨＥＭＴを得た。
【００６９】
＜半導体装置の製造方法の第２の例＞
図３（ａ）〜（ｈ）を参照しながら、本実施形態の半導体装置の製造方法の第２の例として、本願発明による半導体装置の製造方法によって多層レジストプロセスによるＨＥＭＴを製造する方法を説明する。
＜図３（ａ）〜（ｅ）＞
図３（ａ）〜（ｅ）の工程は図２（ａ）〜（ｅ）と同様の工程を採用した。
【００７０】
＜図３（ｆ）＞
フィールド領域の表面およびメサ領域の側面に被覆層が形成された半導体基板の表面に電子ビーム露光用レジストとしてＺＥＰ−５２０Ａを膜厚５００ｎｍで塗布し、次いで東京応化工業株式会社製のｉ線レジストＴＬＯＲを膜厚１μｍで塗布した。
【００７１】
次にゲート電極が形成されるメサ領域の頂部にｉ線ステッパーによる露光及びその後の現像工程により、幅０．５ｕｍのゲートヘッド部用の第１のレジストパターン３１７を形成した。このとき現像液としては２．３８％ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液を用いた。ＺＥＰ−５２０Ａは上記２．３８％ＴＭＡＨ水溶液には溶解しないため、ｉ線レジストであるＴＬＯＲのみに幅０．５ｕｍのゲートヘッド部用の第１のレジストパターン３１７が形成される。
【００７２】
図３の例では２層のレジストを採用したが、リフトオフを容易にする観点等から３層以上にしても良い。
【００７３】
次に前記ＴＬＯＲにｉ線ステッパーによる露光及びその後の現像を用いて開口した開口部の内部の電子ビーム露光用レジストＺＥＰ−５２０Ａにゲートフット部の寸法が幅１５０ｎｍとなるよう電子ビームを露光し、現像することで、ゲートフット部用の第２のレジストパターン３０７を形成した。
【００７４】
つまりメサ領域にゲートフット部用開口部を有する第２のレジストパターン３０７と、メサ領域にゲートヘッド部用開口部を有する第１のレジストパターン３１７とを形成した。
【００７５】
＜図３（ｇ）＞
第１および第２のレジストパターンの開口部のキャップ層２０５をコハク酸、過酸化水素水、アンモニア、水の混合液によってエッチングし、次いで真空蒸着法によりゲート電極材料としてＰｔ（膜厚５ｎｍ）、Ｔｉ（膜厚３０ｎｍ）、Ｐｔ（膜厚２０ｎｍ）、Ａｕ（膜厚３００ｎｍ）を順次蒸着し、リフトオフを行い、第１および第２のレジストパターンの開口部であった部分にＴ型形状のゲート電極３０８を形成した。ゲート電極３０８は、図２（ｇ）のゲート電極２０８と同様、開口部の中であり、かつキャップ層２０５が除去された領域に、ゲート電極３０８がキャップ層２０５、および／またはゲート電極３０９、および／またはドレイン電極３１０と接触しないように形成した。
【００７６】
＜図３（ｈ）＞
電子ビーム露光用レジストを再度塗布し、ソース電極３０９およびドレイン電極３１０が形成されるフィールド領域およびメサ領域上の電子ビーム露光用レジストに電子ビームを露光し、現像し、ソース電極およびドレイン電極の電極材料としてＡｕ（膜厚５０ｎｍ）、Ｇｅ（膜厚５０ｎｍ）、Ａｕ（膜厚１００ｎｍ）を順次蒸着し、リフトオフを行い、ソース電極２０９、ドレイン電極２１０を形成し、全面にパッシベーション膜２１１を堆積させることで、半導体装置として多層レジストプロセスにより所望のＴ型形状のゲート電極が形成されたＨＥＭＴを得た。
【符号の説明】
【００７７】
１０１、２０１    基板
１０２，２０２    インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第１の層
１０３，２０３    半導体層
１０４，２０４    インジウムおよび／またはアルミニウムを含む第２の層
１０５，２０５    キャップ層
１０６，２０６    レジストパターン
１０７，２０７    メサ領域に開口部を有するレジストパターン
１０８，２０８，３０８    ゲート電極
１０９，２０９，３０９    ソース電極
１１０，２１０，３１０    ドレイン電極
１１１，２１１，３１１    パッシベーション層
２２１    被覆層前駆体
２２２    被覆層
３０７    メサ領域に開口部を有する第２のレジストパターン
３１７    メサ領域に開口部を有する第１のレジストパターン
【図１】
2012079843.tif 000003
【図２】
2012079843.tif 000004
【図３】
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