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JP3570661B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
HEMTでは、遮断周波数の高周波化を図り、雑音指数を小さくするために、短ゲート長化が要求されている。しかしながら、単にゲート長を短縮すると、ゲート抵抗が増大して素子特性が劣化してしまう。この問題を回避するため、ゲート電極のチャネルに接する部分のみを短縮し、ゲート電極上部に低抵抗部分を設けた低抵抗ゲート電極が用いられている。このようなゲート電極は断面形状がT型をしているため、Tゲートまたはマッシュルームゲートと呼ばれている。
【0003】
Tゲートを作製するには、先ず、基板上に、低感度,高感度,中間度の電子線レジストを下層,中層,上層のレジストとして順次に積層し、次いで、この3層のレジストを露光,現像することにより、基板に接触している下層のレジストについては、これをゲート長を規定する小さい線幅で形成し、また、中層のレジストについては、これを大きな線幅のパターンで形成し、また、上層のレジストについては、これを中層のレジストよりも小さな線幅のパターンであるが、ゲート電極上部に設ける低抵抗の部分を形成する目的に合った大きい線幅で形成して、中層レジストと上層レジストでリフトオフに有利なアンダーカット形状のレジストパターンを形成し、最後にゲート電極となるべき金属を蒸着してリフトオフする方法が一般的である(IEDM Tech.Dig.,p613−616(1983))。
【0004】
また、特開平02−275958号には、3層のレジストの形成工程において、現像のみを2段階にする方法で、ゲート電極上部に低抵抗の部分を作製するとともにゲート長をより短縮させる方法が提案されている。また、特開平06−168870号には、レジストを2層積層して上層レジストに難溶化層を形成することで、オーバーハング形状を形成してTゲートの低抵抗層部分を規定するとともにゲート長を短縮させる方法が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の方法では、それぞれの開口の制御性,安定性を十分に確保できないという問題があった。例えば、特開平02−275958号の方法では、電子線のビーム径は下層レジストの開口を規定することを最大の目的にしている。低抵抗層部分を規定する上層、および中層のレジストの感度のコントラストはほとんどない。そのため、低抵抗層部分の寸法の制御性,およびオーバーハング形状の制御性が十分ではないという問題があった。
【0006】
本発明は、3層のレジストの開口寸法を精密に制御でき、かつ各層の開口寸法を独立して制御することの可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、半導体基板上に、第一のポジ型電子線レジスト,第二のポジ型電子線レジスト,第三のポジ型電子線レジストを順次に積層する第1の工程と、第1の工程の後、三層からなる電子線レジストの第一の領域を電子線を用いて露光する第2の工程と、第2の工程の後、第一の領域内で、第一の領域よりも狭い第二の領域を電子線を用いて露光する第3の工程と、第3の工程の後、第三の電子線レジストについて第一の領域を現像して第一の開口部を形成する第4の工程と、第4の工程の後、第二の電子線レジストを現像して第二の開口部を形成する第5の工程と、第5の工程の後、第一の電子線レジストについて第二の領域を現像して第三の開口部を形成する第6の工程と、第6の工程の後、3つの開口部を通して半導体基板にリセス溝を形成する第7の工程と、第7の工程の後、半導体基板の全面にゲート電極用の金属配線層を堆積する第8の工程と、第8の工程の後、上記金属配線層のうちでリセス溝に堆積した金属配線層を残して、第一および第二の電子線レジストおよびその上の不要な金属配線層をリフトオフ法により除去する第9の工程とを具備していることを特徴としている。
【0008】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、第三のレジストには、第一のレジストよりも高感度のものを用い、第一のレジストには、第三のレジストよりも高解像度のものを用いることを特徴としている。
【0009】
また、請求項3記載の発明は、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、第一および第三の電子線レジストの現像には有機現像液を用い、第二の電子線レジストの現像にはアルカリ現像液を用いることを特徴としている。
【0010】
また、請求項4記載の発明は、請求項3記載の半導体装置の製造方法において、第三の電子線レジストの現像には高溶解性の現像液を用い、第一の電子線レジストの現像には低溶解性の現像液を用いることを特徴としている。
【0011】
また、請求項5記載の発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、第一および第三の電子線レジストには、アルファメチルスチレンとアルファクロロアクリル酸の共重合体レジストを用い、第二の電子線レジストには、ポリメチルグルタルイミドを用いることを特徴としている。
【0012】
また、請求項6記載の発明は、請求項1記載の半導体装置の製造方法において、三層からなる電子線レジストに対する電子線の露光時に、第二の領域の一方の端部を第一の領域の一方の端部と一致させるように、露光を行なうことを特徴としている。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1(a)乃至(d),図2(e)乃至(h)は本発明に係る半導体装置の製造方法の工程例を示す図である。この工程例では、半導体基板21上に、第一のポジ型電子線レジスト4,第二のポジ型電子線レジスト5,第三のポジ型電子線レジスト6を順次に積層する工程と(図1(a))、前記三層からなる電子線レジスト4,5,6の第一の領域を電子線7を用いて露光する工程と(図1(b))、第一の領域内で、第一の領域よりも狭い第二の領域を電子線8を用いて露光する工程と(図1(b))、第三の電子線レジスト6について前記第一の領域を現像して第一の開口部9を形成する工程と(図1(c))、第二の電子線レジスト5について前記第二の領域を現像して第二の開口部10を形成する工程と(図1(d))、第一の電子線レジスト4について前記第二の領域を現像して第三の開口部11を形成する工程と(図2(e))、前記3つの開口部9,10,11を通して半導体基板21にリセス溝12を形成する工程と(図2(f))、半導体基板21の全面にゲート電極用の金属配線層13,14を堆積する工程と(図2(g))、上記金属配線層13,14のうちでリセス溝に堆積した金属配線層13を残して、第一および第二のレジスト4,5およびその上の不要な金属配線層14をリフトオフ法により除去する工程と(図2(h))を有している。
【0014】
ここで、第三のレジスト6には、第一のレジスト4よりも高感度のものが用いられ、また、第一のレジスト4には第三のレジスト6よりも高解像度のものが用いられる。
【0015】
より詳しくは、第一および第三のレジスト4,6には、アルファメチルスチレンとアルファクロロアクリル酸の共重合体レジストが用いられ、また、第二のレジスト5には、ポリメチルグルタルイミドが用いられる。
【0016】
また、現像工程において、第一および第三のレジスト4,6の現像には、有機現像液が用いられ、また、第二のレジスト5の現像には、アルカリ現像液が用いられる。また、第三のレジスト6の現像には、高溶解性の現像液が用いられ、また、第一のレジスト4の現像には、低溶解性の現像液が用いられる。
【0017】
また、露光領域については、第一の領域および第二の領域に対する2回の電子線の露光を行なう工程で、露光量の少ない第一の領域内の任意の位置に露光量の多い第二の領域を描画(露光描画)することができる。
【0018】
特に、露光量の多い第二の領域の一方の端部を、露光量の少ない第一の領域の一方の端部と一致させるように、露光を行なうことができる。
【0019】
このように、本発明では、三層からなる電子線レジスト4,5,6の第一の領域を電子線7を用いて露光し、第一の領域内で、第一の領域よりも狭い第二の領域を電子線8を用いて露光し、第三の電子線レジスト6について前記第一の領域を現像して第一の開口部9を形成し、第二の電子線レジスト5について前記第二の領域を現像して第二の開口部10を形成し、第一の電子線レジスト4について前記第二の領域を現像して第三の開口部11を形成し、前記3つの開口部9,10,11を通して半導体基板21にリセス溝12を形成し、半導体基板21の全面にゲート電極用の金属配線層13,14を堆積し、上記金属配線層13,14のうちでリセス溝に堆積した金属配線層13を残して、第一および第二のレジスト4,5およびその上の不要な金属配線層14をリフトオフ法により除去しているので、3層のレジストの開口寸法を精密に制御でき、かつ各層の開口寸法を独立して制御することができる。これにより、3層のレジストに希望形状の開口を容易に作製でき、希望形状のゲート電極を作製することが可能となり、半導体装置の低抵抗層部分の寸法の制御性,およびオーバーハング形状の制御性を著しく高めることが可能となる。特に、HEMTの低抵抗ゲート電極を形成する工程に使用する際、低抵抗層部分の寸法の制御性,およびオーバーハング形状の制御性を高めることができ、希望形状のゲート電極を作製することができる。
【0020】
また、露光量の多い第二の領域の一方の端部を露光量の少ない第一の領域の一方の端部と一致させることにより、半導体基板と接するゲート電極をソース電極に近付けることができて、ゲート・ソース間の寄生抵抗を低減することができ、半導体装置の雑音特性を向上させることができる。
【0021】
【実施例】
実施例1
図3(a)乃至(d),図4(e)乃至(h)は本発明の半導体装置の製造方法の実施例1の工程を示す図である。なお、この実施例1では、2回の電子線の露光において、露光量の多い第二の領域の一方の端部を、露光量の少ない第一の領域の一方の端部と一致させずに露光を行なった。
【0022】
具体的に、この実施例1では、チャネル層となるGaAs層1,2次電子供給層となるAlGaAs層2,ソース・ドレインのオーミックコンタクト層となる高濃度GaAs層3が順次に形成されたHEMT基板21上に、高解像度の電子線レジスト4、たとえばZEP520−12(日本ゼオン製)を2000Å程度の膜厚に塗布し、200℃の温度で、30分間、窒素雰囲気中でベーキングする。次に、電子線レジスト5として、PMGI SF8(MCC社製)を4600Å程度の膜厚に塗布し、200℃の温度で、30分間、窒素雰囲気中でベーキングする。次に、高感度の電子線レジスト6として、例えばZEP7000B(日本ゼオン製)を2000Å程度の膜厚に塗布し、200℃の温度で、30分間、窒素雰囲気中でベーキングする。このようにして、図3(a)に示すように、HEMT基板21上に、三層の電子線レジスト4,5,6を順次に積層する。
【0023】
次に、図3(b)に示すように、この基板21上の三層のレジスト4,5,6に対して、電子線描画装置を用いて、電子線パターンを描画する。描画する電子線パターンは、図3(b)に示すように、第一の領域に当たる幅広の0.8μmのパターン7と、第二の領域にあたる幅細の0.1μmのパターン8とが重なるようにする。描画条件は、加速電圧が20kV,照射電流値が0.1nA,ビーム径が0.025μmの条件で、幅広のパターンは線照射量100nC/cm,幅細のパターンは線照射量200nC/cmの条件で描画する。
【0024】
次に、図3(c)に示すように、上層のレジスト6の現像を高溶解性の有機現像液であるZED500(日本ゼオン製)を用いて、室温2分間で行ない、さらにイソプロピルアルコールを用いて室温1分のリンス処理を行ない、第一の開口部9を形成する。次に、図3(d)に示すように中層のレジスト5の現像をアルカリ現像液であるNMDW(東京応化製)を用いて室温で45秒で行ない、さらに純粋で室温1分間のリンス処理を行ない、第2の開口部10を形成する。次に、図4(e)に示すように、下層のレジスト4の現像を低溶解性の有機現像液であるZED50N(日本ゼオン製)で室温,3分間行ない、さらにイソプロピルアルコールで室温,1分間のリンス処理を行ない、第3の開口部11を形成する。
【0025】
しかる後、図4(f)に示すように、レジストパターン4,5,6をマスクにクエン酸系のエッチャントでリセス形成のエッチングを行ない、基板21の表面にAlGaAs層12を露出させる。次に、図4(g)に示すように、全面に金属,すなわちTi/Au13,14を5000Åの厚さに堆積する。その後、図4(h)に示すように、前記開口部11の底面12に堆積されている金属13のみを残して、リフトオフする。
【0026】
上記実施例1によれば、描画するパターンをTゲートの上の部分と下の部分に分けたこと、3層に積層したレジスト4,5,6をそれぞれ別々に現像できることにより、各層の開口9,10,11の寸法を独立に制御することができ、希望形状のゲート電極を容易に作製することが可能になる。この残された金属13の部分がゲート電極となる。
【0027】
実施例2
図5(a)乃至(d),図6(e)乃至(h)は本発明の半導体装置の製造方法の実施例2の工程を示す図である。なお、この実施例2では、2回の電子線の露光において、露光量の多い第二の領域の一方の端部を、露光量の少ない第一の領域の一方の端部と一致させるように露光を行なった。
【0028】
具体的に、この実施例2でも、実施例1と同様に、HEMT基板21にレジスト4,5,6を塗布し、ベーキング後、電子線描画装置を用いて電子線パターン7,8を描画するが(図5(a),(b))、この際、実施例2では、描画するパターンを図5(b)に示すように、第一の領域の幅広の0.8μmのパターン7と第二の領域の幅細の0.1μmのパターン8とが重なり、且つ幅細のパターン8の端が幅広のパターン7の端と一致するようにする。
【0029】
次に、図5(c),(d),図6(e)に示すように、実施例1と同様にして、3層のレジスト4,5,6の現像処理を行なうが、実施例2では、幅細のパターン8の端が幅広のパターン7の端と一致するように露光したので、第三の開口部11は、図6(e)に示すように、幅広のパターンの中心ではなく、片側に寄った形で形成できる。次に、図6(f)に示すように、基板21の表面にAlGaAs層12を露出させる。次に、図6(g)に示すように、全面に金属,すなわちTi/Au13,14を5000Åの厚さに堆積する。その後、図6(h)に示すように、前記開口部11の底面12に堆積されている金属13のみを残してリフトオフする。この残された金属13の部分がゲート電極となる。
【0030】
上記実施例2によれば、半導体基板21に接するゲート電極をソース電極に近付けることができるので、ゲート・ソース間の寄生抵抗を低減することができ、低雑音特性のHEMTを作製することができる。
【0031】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項1乃至請求項5記載の発明によれば、半導体基板上に、第一のポジ型電子線レジスト,第二のポジ型電子線レジスト,第三のポジ型電子線レジストを順次に積層する第1の工程と、第1の工程の後、三層からなる電子線レジストの第一の領域を電子線を用いて露光する第2の工程と、第2の工程の後、第一の領域内で、第一の領域よりも狭い第二の領域を電子線を用いて露光する第3の工程と、第3の工程の後、第三の電子線レジストについて第一の領域を現像して第一の開口部を形成する第4の工程と、第4の工程の後、第二の電子線レジストを現像して第二の開口部を形成する第5の工程と、第5の工程の後、第一の電子線レジストについて第二の領域を現像して第三の開口部を形成する第6の工程と、第6の工程の後、3つの開口部を通して半導体基板にリセス溝を形成する第7の工程と、第7の工程の後、半導体基板の全面にゲート電極用の金属配線層を堆積する第8の工程と、第8の工程の後、上記金属配線層のうちでリセス溝に堆積した金属配線層を残して、前記第一および第二の電子線レジストおよびその上の不要な金属配線層をリフトオフ法により除去する第9の工程とを具備しているので、3層のレジストの開口寸法を精密に制御でき、かつ各層の開口寸法を独立して制御することができる。これにより、3層のレジストに希望形状の開口を容易に作製でき、希望形状のゲート電極を作製することが可能となり、半導体装置の低抵抗層部分の寸法の制御性,およびオーバーハング形状の制御性を著しく高めることが可能となる。特に、HEMTの低抵抗ゲート電極を形成する工程に使用する際、低抵抗層部分の寸法の制御性,およびオーバーハング形状の制御性を高めることができ、希望形状のゲート電極を作製することができる。
【0032】
また、請求項6記載によれば、露光量の多い第二の領域の一方の端部を露光量の少ない第一の領域の一方の端部と一致させることにより、半導体基板と接するゲート電極をソース電極に近付けることができて、ゲート・ソース間の寄生抵抗を低減することができ、半導体装置の雑音特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体装置の製造方法の一工程例を示す図である。
【図2】本発明に係る半導体装置の製造方法の一工程例を示す図である。
【図3】実施例1の製造工程を示す図である。
【図4】実施例1の製造工程を示す図である。
【図5】実施例2の製造工程を示す図である。
【図6】実施例2の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
1 GaAs層
2 2次電子供給用AlGaAs層
3 高濃度GaAs層
4 第1の電子線レジスト
5 第2の電子線レジスト
6 第3の電子線レジスト
7 幅広の電子線パターン
8 幅細の電子線パターン
9 第一の開口部
10 第二の開口部
11 第三の開口部
12 リセス溝
13,14 金属配線層
21 半導体基板
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
The HEMT is required to have a short gate length in order to increase the cutoff frequency and reduce the noise figure. However, simply shortening the gate length increases the gate resistance and degrades the device characteristics. In order to avoid this problem, a low-resistance gate electrode in which only a portion of the gate electrode in contact with the channel is shortened and a low-resistance portion is provided above the gate electrode is used. Such a gate electrode has a T-shaped cross section and is therefore called a T gate or a mushroom gate.
[0003]
To fabricate a T-gate, first, a low-sensitivity, high-sensitivity, medium-level electron beam resist is sequentially laminated on a substrate as a lower layer, a middle layer, and an upper layer resist. By developing, the lower resist in contact with the substrate is formed with a small line width that defines the gate length, and the middle resist is formed with a large line width pattern. The upper resist is a pattern having a smaller line width than that of the middle resist, but is formed with a large line width suitable for forming a low-resistance portion provided above the gate electrode. In general, a method of forming an undercut resist pattern that is advantageous for lift-off with the upper layer resist and finally depositing a metal to be a gate electrode and performing a lift-off is common. IEDM Tech.Dig., P613-616 (1983)).
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 02-275958 discloses a method of forming a low-resistance portion above a gate electrode and shortening a gate length by forming only a two-stage development process in a step of forming a three-layer resist. Proposed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 06-168870 discloses that two layers of resist are laminated to form an insoluble layer on an upper resist so that an overhang shape is formed to define a low-resistance layer portion of a T-gate and a gate length. There has been proposed a method of shortening the time.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional method has a problem that controllability and stability of each opening cannot be sufficiently secured. For example, in the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 02-275958, the primary purpose is to define the aperture of the lower layer resist as the beam diameter of the electron beam. There is almost no sensitivity contrast between the upper and middle resists that define the low resistance layer portion. Therefore, there is a problem that the controllability of the dimensions of the low resistance layer portion and the controllability of the overhang shape are not sufficient.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor device in which the opening dimensions of three layers of resist can be precisely controlled and the opening dimensions of each layer can be controlled independently.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a first positive electron beam resist, a second positive electron beam resist, and a third positive electron beam resist are sequentially formed on a semiconductor substrate. a first step of laminating, after the first step, a first region of the electron beam resist consisting of three layers and a second step of exposing using an electron beam, after the second step, the first A third step of exposing a second area smaller than the first area using an electron beam in the area of the first step, and after the third step , developing the first area of the third electron beam resist a fourth step of forming a first opening and, after the fourth step, a fifth step of forming a second opening by developing the second electron beam resist, the fifth after the step, a sixth step of the first electron beam resist is developed to the second region to form a third opening, after the sixth step, A seventh step of forming a recess groove in the semiconductor substrate through the three openings, an eighth step of depositing a metal wiring layer for a gate electrode over the entire surface of the semiconductor substrate after the seventh step , After the step, a ninth step of removing the first and second electron beam resists and unnecessary metal wiring layers thereon by a lift-off method while leaving the metal wiring layers deposited in the recess grooves among the metal wiring layers . And a process.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, a third resist having higher sensitivity than the first resist is used, and It is characterized by using a resist having a higher resolution than the three resists.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, an organic developer is used for developing the first and third electron beam resists, and an organic developer is used for developing the second electron beam resist. Is characterized by using an alkali developing solution.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the third aspect, a highly soluble developer is used for developing the third electron beam resist, and the first electron beam resist is used for developing the first electron beam resist. Is characterized by using a developer having low solubility.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, the first and third electron beam resists include alpha-methylstyrene and alpha-chloroform. It is characterized by using a copolymer resist of acrylic acid and using polymethylglutarimide as the second electron beam resist.
[0012]
According to a sixth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, one end of the second region is exposed to the first region when the three-layer electron beam resist is exposed to the electron beam. The exposure is performed so as to coincide with one of the ends.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A to 1D and 2E to 2H are views showing an example of steps of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. In this process example, a first positive electron beam resist 4, a second positive electron beam resist 5, and a third positive electron beam resist 6 are sequentially laminated on the semiconductor substrate 21 (FIG. 1). (A)) exposing the first regions of the three-layer electron beam resists 4, 5, and 6 using an electron beam 7 (FIG. 1 (b)); Exposing a second area smaller than one area by using an electron beam 8 (FIG. 1B), developing the first area with respect to a third electron beam resist 6 to form a first opening A step of forming the portion 9 (FIG. 1C), and a step of developing the second region of the second electron beam resist 5 to form the second opening 10 (FIG. 1D). Developing the second region of the first electron beam resist 4 to form a third opening 11 (FIG. 2E); Forming a recess groove 12 in the semiconductor substrate 21 through the openings 9, 10, 11 of the semiconductor substrate 21 (FIG. 2F), and depositing metal wiring layers 13, 14 for the gate electrode over the entire surface of the semiconductor substrate 21. (FIG. 2 (g)), the first and second resists 4, 5 and unnecessary metal wiring layers thereon are left except for the metal wiring layers 13 deposited in the recess grooves among the metal wiring layers 13, 14. 14 by a lift-off method (FIG. 2H).
[0014]
Here, the third resist 6 has a higher sensitivity than the first resist 4, and the first resist 4 has a higher resolution than the third resist 6.
[0015]
More specifically, a copolymer resist of alpha methyl styrene and alpha chloroacrylic acid is used for the first and third resists 4 and 6, and polymethyl glutarimide is used for the second resist 5. Can be
[0016]
In the developing step, an organic developer is used for developing the first and third resists 4 and 6, and an alkali developing solution is used for developing the second resist 5. A highly soluble developer is used for developing the third resist 6, and a low soluble developer is used for developing the first resist 4.
[0017]
In the exposure area, in the step of performing two exposures of the electron beam to the first area and the second area, the second area having a large exposure amount is placed at an arbitrary position in the first area having a small exposure amount. An area can be drawn (exposure drawing).
[0018]
In particular, the exposure can be performed such that one end of the second region with a large amount of exposure coincides with one end of the first region with a small amount of exposure.
[0019]
As described above, in the present invention, the first regions of the three-layered electron beam resists 4, 5, and 6 are exposed using the electron beam 7, and the first regions are narrower than the first regions. The second region is exposed using an electron beam 8, the first region is developed for a third electron beam resist 6 to form a first opening 9, and the second opening 5 is formed for the second electron beam resist 5. The second region is developed to form a second opening 10, the second region is developed for the first electron beam resist 4 to form a third opening 11, and the three openings 9 are formed. , 10, and 11, a recess groove 12 is formed in the semiconductor substrate 21, and metal wiring layers 13 and 14 for a gate electrode are deposited on the entire surface of the semiconductor substrate 21. Among the metal wiring layers 13 and 14, a recess groove 12 is deposited. The first and second resists 4 and 5 and the Since removing the unnecessary metal wiring layer 14 by a lift-off method, it is precisely controlled resist opening dimension of three layers, and can be independently controlled opening size of each layer. As a result, an opening having a desired shape can be easily formed in the three-layer resist, and a gate electrode having a desired shape can be formed. Thus, the controllability of the size of the low-resistance layer portion of the semiconductor device and the control of the overhang shape It is possible to remarkably enhance the performance. In particular, when used in the process of forming a low-resistance gate electrode of a HEMT, the controllability of the size of the low-resistance layer portion and the controllability of the overhang shape can be improved, and a gate electrode having a desired shape can be manufactured. it can.
[0020]
Further, by aligning one end of the second region with a large amount of exposure with one end of the first region with a small amount of exposure, the gate electrode in contact with the semiconductor substrate can be brought closer to the source electrode. In addition, the parasitic resistance between the gate and the source can be reduced, and the noise characteristics of the semiconductor device can be improved.
[0021]
【Example】
Example 1
3 (a) to 3 (d) and 4 (e) to 4 (h) are views showing the steps of Embodiment 1 of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. In the first embodiment, in two exposures of the electron beam, one end of the second region having a large amount of exposure is not matched with one end of the first region having a small amount of exposure. Exposure was performed.
[0022]
Specifically, in the first embodiment, a HEMT in which a GaAs layer serving as a channel layer, an AlGaAs layer serving as a secondary electron supply layer, and a high-concentration GaAs layer 3 serving as source / drain ohmic contact layers are sequentially formed. A high-resolution electron beam resist 4, for example, ZEP520-12 (manufactured by Zeon Corporation) is applied on the substrate 21 to a film thickness of about 2000 °, and baked at a temperature of 200 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. Next, PMGI SF8 (manufactured by MCC) is applied as an electron beam resist 5 to a film thickness of about 4600 ° and baked at a temperature of 200 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. Next, as a highly sensitive electron beam resist 6, for example, ZEP7000B (manufactured by Zeon Corporation) is applied to a film thickness of about 2000 ° and baked at a temperature of 200 ° C. for 30 minutes in a nitrogen atmosphere. In this way, as shown in FIG. 3A, three layers of electron beam resists 4, 5, and 6 are sequentially laminated on the HEMT substrate 21.
[0023]
Next, as shown in FIG. 3B, an electron beam pattern is drawn on the three layers of resists 4, 5, and 6 on the substrate 21 using an electron beam drawing apparatus. As shown in FIG. 3B, the electron beam pattern to be drawn is such that a wide 0.8 μm pattern 7 corresponding to the first region and a narrow 0.1 μm pattern 8 corresponding to the second region overlap. To The drawing conditions are as follows: an acceleration voltage of 20 kV, an irradiation current value of 0.1 nA, and a beam diameter of 0.025 μm. A wide pattern has a line irradiation amount of 100 nC / cm, and a narrow pattern has a line irradiation amount of 200 nC / cm. Draw with conditions.
[0024]
Next, as shown in FIG. 3 (c), the upper resist 6 is developed at room temperature for 2 minutes using ZED500 (manufactured by Nippon Zeon), which is a highly soluble organic developer, and then isopropyl alcohol is used. The first opening 9 is formed by rinsing at room temperature for 1 minute. Next, as shown in FIG. 3D, development of the resist 5 in the middle layer is performed at room temperature for 45 seconds using NMDW (manufactured by Tokyo Ohka), which is an alkali developer, and a pure and rinsing treatment is performed for 1 minute at room temperature. Then, a second opening 10 is formed. Next, as shown in FIG. 4E, the lower resist 4 is developed with a low solubility organic developer ZED50N (manufactured by Zeon Corporation) at room temperature for 3 minutes, and further with isopropyl alcohol at room temperature for 1 minute. Is performed to form a third opening 11.
[0025]
Thereafter, as shown in FIG. 4F, etching for recess formation is performed with a citric acid-based etchant using the resist patterns 4, 5, and 6 as a mask to expose the AlGaAs layer 12 on the surface of the substrate 21. Next, as shown in FIG. 4G, a metal, that is, Ti / Au 13, 14 is deposited on the entire surface to a thickness of 5000 °. Thereafter, as shown in FIG. 4H, lift-off is performed while leaving only the metal 13 deposited on the bottom surface 12 of the opening 11.
[0026]
According to the first embodiment, the pattern to be drawn is divided into the upper part and the lower part of the T gate, and the resists 4, 5, and 6 laminated in three layers can be separately developed, so that the opening 9 of each layer can be developed. , 10, and 11 can be controlled independently, and a gate electrode having a desired shape can be easily manufactured. The remaining metal 13 serves as a gate electrode.
[0027]
Example 2
FIGS. 5A to 5D and FIGS. 6E to 6H are views showing the steps of Embodiment 2 of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. In the second embodiment, in two electron beam exposures, one end of the second region with a large amount of exposure is made to coincide with one end of the first region with a small amount of exposure. Exposure was performed.
[0028]
More specifically, in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the resists 4, 5, and 6 are applied to the HEMT substrate 21, and after baking, the electron beam patterns 7, 8 are drawn using an electron beam drawing apparatus. (FIGS. 5A and 5B) At this time, in Example 2, the pattern to be drawn is a 0.8 μm wide pattern 7 of the first region and a second pattern as shown in FIG. 5B. The narrow pattern 8 having a width of 0.1 μm in the second region is overlapped, and the end of the narrow pattern 8 coincides with the end of the wide pattern 7.
[0029]
Next, as shown in FIGS. 5 (c), 5 (d), and 6 (e), development processing of three layers of resists 4, 5, and 6 is performed in the same manner as in the first embodiment. In FIG. 6B, since the exposure is performed so that the end of the narrow pattern 8 coincides with the end of the wide pattern 7, the third opening 11 is not located at the center of the wide pattern, as shown in FIG. , Can be formed in one side. Next, as shown in FIG. 6F, the AlGaAs layer 12 is exposed on the surface of the substrate 21. Next, as shown in FIG. 6G, a metal, that is, Ti / Au 13, 14 is deposited on the entire surface to a thickness of 5000 °. Thereafter, as shown in FIG. 6H, lift-off is performed while leaving only the metal 13 deposited on the bottom surface 12 of the opening 11. The remaining metal 13 serves as a gate electrode.
[0030]
According to the second embodiment, since the gate electrode in contact with the semiconductor substrate 21 can be made closer to the source electrode, the parasitic resistance between the gate and the source can be reduced, and a HEMT with low noise characteristics can be manufactured. .
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the first to fifth aspects of the present invention, a first positive electron beam resist, a second positive electron beam resist, and a third positive electron beam resist are formed on a semiconductor substrate. a first step of laminating a line resist sequentially, after the first step, a first region of the electron beam resist consisting of three layers and a second step of exposing using an electron beam, a second step after, in the first region, a third step of the narrow second region than the first region is exposed using an electron beam, after the third step, a third electron beam resist the A fourth step of developing one region to form a first opening, and a fifth step of developing the second electron beam resist to form a second opening after the fourth step If, after the fifth step, a sixth step of the first electron beam resist is developed to the second region to form a third opening, the After step, a seventh step of forming a recess groove in the semiconductor substrate through the three openings, after the seventh step, an eighth step of depositing a metal interconnect layer for the gate electrode on the entire surface of the semiconductor substrate After the eighth step , the first and second electron beam resists and the unnecessary metal wiring layers thereon are lifted off by a lift-off method while leaving the metal wiring layers deposited in the recess grooves among the metal wiring layers. And the ninth step of removing the resist, the opening dimensions of the three layers of resist can be precisely controlled, and the opening dimensions of each layer can be controlled independently. As a result, an opening having a desired shape can be easily formed in the three-layer resist, a gate electrode having a desired shape can be manufactured, and the controllability of the size of the low-resistance layer portion of the semiconductor device and the control of the overhang shape can be achieved. It is possible to remarkably enhance the performance. In particular, when used in the process of forming a low-resistance gate electrode of a HEMT, the controllability of the size of the low-resistance layer portion and the controllability of the overhang shape can be improved, and a gate electrode having a desired shape can be manufactured. it can.
[0032]
According to the sixth aspect, by aligning one end of the second region with a large amount of exposure with one end of the first region with a small amount of exposure, the gate electrode in contact with the semiconductor substrate is formed. Since it can be close to the source electrode, the parasitic resistance between the gate and the source can be reduced, and the noise characteristics of the semiconductor device can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing one example of a process of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing one example of a process of a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of the first embodiment.
FIG. 4 is a view showing a manufacturing process of the first embodiment.
FIG. 5 is a view showing a manufacturing process of the second embodiment.
FIG. 6 is a view showing a manufacturing process of the second embodiment.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 GaAs layer 2 AlGaAs layer for supplying secondary electrons 3 High-concentration GaAs layer 4 First electron beam resist 5 Second electron beam resist 6 Third electron beam resist 7 Wide electron beam pattern 8 Thin electron beam pattern 9 first opening 10 second opening 11 third opening 12 recess grooves 13, 14 metal wiring layer 21 semiconductor substrate

Claims (6)

半導体基板上に、第一のポジ型電子線レジスト,第二のポジ型電子線レジスト,第三のポジ型電子線レジストを順次に積層する第1の工程と、第1の工程の後、前記三層からなる電子線レジストの第一の領域を電子線を用いて露光する第2の工程と、第2の工程の後、第一の領域内で、第一の領域よりも狭い第二の領域を電子線を用いて露光する第3の工程と、第3の工程の後、第三の電子線レジストについて前記第一の領域を現像して第一の開口部を形成する第4の工程と、第4の工程の後、第二の電子線レジストを現像して第二の開口部を形成する第5の工程と、第5の工程の後、第一の電子線レジストについて前記第二の領域を現像して第三の開口部を形成する第6の工程と、第6の工程の後、前記3つの開口部を通して半導体基板にリセス溝を形成する第7の工程と、第7の工程の後、半導体基板の全面にゲート電極用の金属配線層を堆積する第8の工程と、第8の工程の後、上記金属配線層のうちでリセス溝に堆積した金属配線層を残して、前記第一および第二の電子線レジストおよびその上の不要な金属配線層をリフトオフ法により除去する第9の工程とを具備していることを特徴とする半導体装置の製造方法。A first step of sequentially laminating a first positive-type electron beam resist, a second positive-type electron beam resist, and a third positive-type electron beam resist on a semiconductor substrate; and after the first step, A second step of exposing the first region of the three-layer electron beam resist using an electron beam, and after the second step, a second region smaller than the first region in the first region. third a step, after the third step, a fourth step of forming a first opening and developing the first region for a third electron beam resist is exposed using an electron beam area When, after the fourth step, a fifth step of forming a second opening by developing the second electron beam resist, after the fifth step, the for the first electron beam resist second a sixth step of forming a third opening and developing the region, after the sixth step, the semiconductor substrate through the three openings A seventh step of forming a Seth groove, after the seventh step, an eighth step of depositing a metal interconnect layer for the gate electrode on the entire surface of the semiconductor substrate, after the eighth step, the metal wiring layer And a ninth step of removing the first and second electron beam resists and unnecessary metal wiring layers thereon by a lift-off method while leaving the metal wiring layers deposited in the recess grooves. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、第三のレジストには、第一のレジストよりも高感度のものを用い、第一のレジストには、第三のレジストよりも高解像度のものを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the third resist has a higher sensitivity than the first resist, and the first resist has a higher resolution than the third resist. A method for manufacturing a semiconductor device, which is used. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、第一および第三の電子線レジストの現像には有機現像液を用い、第二の電子線レジストの現像にはアルカリ現像液を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an organic developer is used for developing the first and third electron beam resists, and an alkali developer is used for developing the second electron beam resist. Semiconductor device manufacturing method. 請求項3記載の半導体装置の製造方法において、第三の電子線レジストの現像には高溶解性の現像液を用い、第一の電子線レジストの現像には低溶解性の現像液を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。4. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 3, wherein a highly soluble developer is used for developing the third electron beam resist, and a low soluble developer is used for developing the first electron beam resist. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、第一および第三の電子線レジストには、アルファメチルスチレンとアルファクロロアクリル酸の共重合体レジストを用い、第二の電子線レジストには、ポリメチルグルタルイミドを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。5. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first and third electron beam resists use a copolymer resist of alpha methyl styrene and alpha chloroacrylic acid, A method for manufacturing a semiconductor device, wherein polymethyl glutarimide is used for the second electron beam resist. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、前記三層からなる電子線レジストに対する電子線の露光時に、第二の領域の一方の端部を第一の領域の一方の端部と一致させるように、露光を行なうことを特徴とする半導体装置の製造方法。2. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein one end of the second region coincides with one end of the first region when the three-layer electron beam resist is exposed to an electron beam. And a method of manufacturing a semiconductor device.
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