JP4763218B2 - Method for manufacturing gate electrode - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通常の電子線描画により形成したゲート電極用レジスト開口を厚肉化して開口寸法を縮小することにより、微細なゲート電極を効率的に製造可能なゲート電極の製造方法、該ゲート電極の製造方法により製造され、高周波特性の優れ、準ミリ・ミリ波帯電波の送受信用乃至高速信号処理用(光通信用)デバイスとして有用な電界効果トランジスタに好適なゲート電極、並びに、該デート電極を用いた半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
高周波特性の優れた電界効果トランジスタは、準ミリ・ミリ波帯電波の送受信用デバイス乃至高速信号処理用(光通信用)デバイスとして有用である。これらの中でも特に優れた高周波特性が要求させるデバイスに使用されるゲート電極の開発においては、電子線描画を利用してゲート形成用開口を微細に形成し、ゲート長を可能な限り短縮することが盛んに行われてきている。
従来、電子線描画を利用してゲート形成用開口を微細に形成するのに、(1)描画に用いる電子ビームの大きさ自体を微細化し描画を微細に行うこと、(2)前記ゲート形成用開口を形成するレジストに対して熱処理を行って熱軟化させて開口寸法を縮小させること、などが考えられてきた。
【0003】
しかし、これらの場合には、以下のような問題がある。即ち、前記(1)の場合、既存技術では電子ビーム径を0.04μm程度まで微細化させることができるものの、数千ものトランジスタを集積化させた場合の製造安定性等を考慮すると未だ十分な技術とは言い難い。また、前記(2)の場合、安定に得られる開口寸法の縮小量が0.04μm以内程度であり、これを超える大幅な開口寸法の縮小を行うことは、均一性の点で問題があり量産に向かない。また、同一の開口を、開口寸法差の大きなリセス形成用開口とゲート電極形成用開口とに使用することはそもそも難しい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来における問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、通常の電子線描画により形成したゲート電極用レジスト開口を厚肉化して開口寸法を縮小することにより、微細なゲート電極を効率的に製造可能なゲート電極の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、該ゲート電極の製造方法により製造され、高周波特性の優れ、準ミリ・ミリ波帯電波の送受信用乃至高速信号処理用(光通信用)デバイスとして有用な電界効果トランジスタに好適なゲート電極を提供することを目的とする。さらに、本発明は、該デート電極を用いた高性能な半導体装置及びその効率的な製造方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明のゲート電極の製造方法は、ゲート電極形成面上に、少なくとも最下層に電子線レジスト層を含む積層レジストを形成する積層レジスト形成工程と、前記最下層以外の層に開口を形成する開口形成工程と、前記開口から露出する前記最下層にゲート電極用開口を形成するゲート電極用開口形成工程と、該ゲート電極用開口を選択的に縮小させるゲート電極用開口縮小工程と、該ゲート電極用開口にゲート電極を形成するゲート電極形成工程とを含むことを特徴とする。
本発明のゲート電極の製造方法においては、前記積層レジスト形成工程において、ゲート電極形成面上に、少なくとも最下層に電子線レジスト層を含む積層レジストが形成される。前記開口形成工程において、前記最下層以外の層に開口が形成される。前記ゲート電極用開口形成工程において、前記開口から露出する前記最下層にゲート電極用開口が形成される。前記ゲート電極用開口縮小工程において、前記ゲート電極用開口が選択的に縮小される。前記ゲート電極形成工程において、前記ゲート電極用開口にゲート電極が形成される。以上により、高性能で微細なゲート電極が製造される。
なお、前記ゲート電極用開口縮小工程の前に、ゲート電極用開口の近傍に電子線を入射させる電子線入射工程を含む場合には、該電子線の入射量を変化させることにより、前記ゲート電極用開口縮小工程におけるゲート電極用開口の開口寸法の縮小量が調整される。
また、前記ゲート電極用開口形成工程の後、前記ゲート電極用開口縮小工程の前に、ゲート電極用開口をマスクとして用いてゲート電極形成面を掘り込むゲート電極形成面掘り込み工程を含む場合には、ゲート電極用開口形成工程において形成したゲート電極用開口をそのままマスクとして用いてリセス領域を形成することにより、ゲート電極がリセス領域内で位置ズレを起こすことなく容易に所定の位置に形成される。
【0006】
本発明のゲート電極は、前記ゲート電極の製造方法により製造されることを特徴とする。該ゲート電極は、ゲート長が短く微細な構造を有するので、高周波特性に優れ、準ミリ・ミリ波帯電波の送受信用乃至高速信号処理用(光通信用)デバイスとして有用な電界効果トランジスタに好適に使用することができる。
【0007】
本発明の半導体装置の製造方法は、前記ゲート電極の製造方法を含むことを特徴とする。本発明の半導体装置の製造方法においては、微細なゲート電極を形成できるため、該ゲート電極を用いた電界効果トランジスタを安定に多数集積化させて高性能な半導体装置を効率よく製造することができる。また、前記ゲート電極の製造方法により、微細化度の異なる複数のゲート電極を形成することができ、任意にオフセット量を調整した複数のオフセットゲートも形成することができるため、多機能でかつ高性能の半導体装置が効率よくかつ簡便に製造される。
【0008】
本発明の半導体装置は、前記半導体装置の製造方法により製造されることを特徴とする。本発明の半導体装置は、電界効果トランジスタ等に好適な微細なゲート電極を有するので、高性能である。また、微細化度の異なる複数のゲート電極を備える場合や、任意にオフセット量が調整された複数のオフセットゲートを備える場合には、多機能でかつ高性能である。
【0009】
【発明の実施の形態】
(ゲート電極及びその製造方法)
本発明のゲート電極の製造方法は、積層レジスト形成工程と、開口形成工程と、ゲート電極用開口形成工程と、ゲート電極用開口縮小工程と、ゲート電極形成工程とを含み、更に必要に応じて適宜選択したその他の工程を含む。
本発明のゲート電極は、本発明のゲート電極の製造方法により製造される。以下、本発明のゲート電極の製造方法の説明を通じて本発明のゲート電極の内容をも明らかにする。
【0010】
−積層レジスト形成工程−
前記積層レジスト形成工程は、ゲート電極形成面上に、少なくとも最下層に電子線レジスト層を含む積層レジストを形成する工程である。
【0011】
前記ゲート電極形成面としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、各種半導体装置におけるゲート電極形成面などが挙げられるが、これらの中でも、準ミリ・ミリ波帯電波の送受信用乃至高速信号処理用(光通信用)デバイスとして有用な電界効果トランジスタのゲート電極形成面が特に好適に挙げられる。
【0012】
前記ゲート電極形成面には、オーミック電極などが形成されているのが好ましい。該オーミック電極としては、特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができるが、例えば、半絶縁性GaAs基板上に、バッファ層、InGaAs電子走行層、AlGaAs電子供給層、GaAs低抵抗層を積層形成させたものなどが挙げられる。該オーミック電極における各層の積層は、例えば、MOCVD法などにより行うことができる。素子同士を電気的に分離するには、酸素注入を行うことにより活性領域を形成することができる。
なお、前記ゲート電極用形成面上には、該ゲート電極用形成面と前記積層レジストとの接着性を向上させる等の目的で、SiN等の窒化膜を形成してもよい。
また、前記ゲート電極用形成面に低抵抗層が形成されていてもよく、該低抵抗層部分をエッチング処理等により除去してリセス領域を形成してもよい。
【0013】
前記積層レジストとしては、少なくとも最下層に電子線レジスト層を含むこと以外は特に制限はなく、目的に応じてその積層数、レジストの種類、各層の厚み、開口径などを適宜選択することができる。
【0014】
前記積層レジストの構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、ゲート電極の根元部分を形成するためのゲート電極用開口が形成される最下層と、リフトオフ容易性を達成するための中間層と、最上層とからなる3層構造、などが好適に挙げられる。
【0015】
前記最下層の材料としては、電子線レジストである限り、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができるが、前記レジストパターン厚肉化材料により厚肉化可能であるものが好ましく、例えば、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)系レジストが特に好ましい。
前記最下層が前記ポリメチルメタクリレート(PMMA)系レジストである場合には、前記レジストパターン厚肉化材料による厚肉化効果に優れる点で有利である。
【0016】
前記中間層の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記レジストパターン厚肉化材料により厚肉化されない材料が好ましく、前記ゲート電極のオーバーゲート部の効率的な形成の観点からは、サイドエッチング可能な材料であるのがより好ましく、例えば、ポリジメチルグルタルイミド(PMGI)系レジストなどが好ましい。
【0017】
前記最上層の材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記ゲート電極用開口が形成される前記最下層よりも、前記レジストパターン厚肉化材料により厚肉化される程度が低い材料が好ましく、公知の電子線レジスト、フォトレジストなどの中から適宜選択することができるが、ポリスチレン重合体とアクリル樹脂とを含有するポリスチレン重合体含有レジストなどが好ましい。
【0018】
前記積層レジストにおける各層の材料としては、適宜、市販品を使用することができる。
前記積層レジストにおける各層は、該各層のレジスト材料等を塗布、乾燥等することにより形成することができる。なお、前記塗布の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の方法の中から適宜選択することができ、例えば、スピンコート法などが挙げられる。
【0019】
本発明においては、前記積層レジストとして、前記最下層が前記ポリメチルメタアクリレート(PMMA)系レジストで形成され、前記中間層が前記ポリジメチルグルタルイミド(PMGI)系レジストで形成され、前記最上層が前記ポリスチレン重合体含有レジストで形成された3層構造であるのが、前記ゲート電極用開口(ファインゲート開口)を安定に形成することができ、前記ゲート電極を安定にかつ効率よく製造可能である点で好ましい。
【0020】
−開口形成工程−
前記開口形成工程は、前記最下層以外の層に開口を形成する工程である。
【0021】
前記最下層以外の層に開口を形成する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記積層レジストが、前記最下層、前記中間層及び前記最上層からなる3層構造を有する場合には、該最上層を電子線描画により該最上層に最上層開口を形成し、前記最上層開口から前記中間層をアルカリ現像処理をして該中間層に中間層開口を形成すると共に該中間層開口をサイドエッチング(セットバック形成)する方法が好適に挙げられる。
【0022】
なお、前記電子線描画は、公知の電子線描画装置を用いて行うことができる。また、前記アルカリ現像処理は、公知のアルカリ現像液を用いて公知の条件等に従って行うことができる。
なお、前記中間層開口をサイドエッチング(セットバック形成)すると、ゲート電極のオーバーゲート部を形成するための空間を形成することができ、また、リフトオフが容易になる点で好ましい。
【0023】
前記積層レジストにおける前記最上層に形成する最上層開口の開口寸法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、0.20〜1.00μm程度であるのが好ましい。
【0024】
−ゲート電極用開口形成工程−
ゲート電極用開口形成工程は、前記最下層にゲート電極用開口(ファインゲート開口)を形成する工程である。
前記ゲート電極用開口(ファインゲート開口)は、前記最下層に電子線描画を行うことにより、形成することができる。
前記電子線描画の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の条件に従い、公知の電子線描画装置等を用いて行うことができる。
前記電子線描画によって形成されるゲート電極用開口の開口寸法は、0.1〜0.2μm程度である。
【0025】
−ゲート電極用開口縮小工程−
前記ゲート電極用開口縮小工程は、前記ゲート電極用開口を選択的に縮小させる工程である。
【0026】
前記ゲート電極用開口の大きさを縮小させる方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、レジストパターン厚肉化材料を前記ゲート電極用開口に塗付することによりその開口寸法(径)を縮小させる処理を少なくとも1回行う方法が特に好ましい。
前記レジストパターン厚肉化材料は、前記最下層が前記ポリメチルメタクリレート(PMMA)系レジスト等の中性レジスト材料であっても、厚肉化効果に優れ、効率よく該最下層に形成された前記ゲート電極用開口を厚肉化することができる点で好ましい。
【0027】
前記ゲート電極用開口縮小工程では、前記レジストパターン厚肉化材料を好適に用いることができ、この場合には、前記ゲート電極用開口に該レジストパターン厚肉化材料が塗布され架橋されると、該ゲート電極用開口が厚肉化され、該ゲート電極用開口上に表層が形成され、該最上層開口の開口寸法(大きさ)が縮小される。その結果、前記最上層開口を形成する際に用いた電子線による照射限界を超えて、より微細なゲート電極用開口が形成される。
【0028】
なお、このとき、前記ゲート電極用開口の厚肉化量、即ち前記ゲート電極用開口の開口寸法の縮小量は、前記レジストパターン厚肉化材料の組成、組成比、配合量、濃度、粘度、塗布厚み、ベーク温度、ベーク時間等を適宜調節することにより、所望の範囲に制御することができる。
前記レジストパターン厚肉化材料の組成、組成比、配合量、濃度、粘度等としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、該レジストパターン厚肉化材料における水以外の成分の総含有量が、5〜40質量%であるのが、前記ゲート電極用開口の厚肉化量、即ち前記ゲート電極用開口の開口寸法の縮小量の制御の観点から好ましい。なお、前記開口寸法の縮小量は、前記レジストパターン厚肉化材料における樹脂、界面活性剤、架橋剤等の濃度等によっても調整することができる。
【0029】
−−レジストパターン厚肉化材料−−
前記レジストパターン厚肉化材料は、樹脂と、架橋剤と、界面活性剤とを含有してなり、更に必要に応じて適宜選択した、水溶性芳香族化合物、芳香族化合物を一部に有してなる樹脂、有機溶剤、その他の成分などを含有してなる。
【0030】
前記レジストパターン厚肉化材料は、水溶性乃至アルカリ可溶性である。
前記レジストパターン厚肉化材料の態様としては、水溶液状あるが、コロイド液状、エマルジョン液状などの態様であってもよいが、水溶液状であるのが好ましい。
【0031】
前記樹脂としては、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができるが、水溶性乃至アルカリ可溶性であるのが好ましく、架橋反応を生ずることが可能あるいは架橋反応を生じないが水溶性架橋剤と混合可能であるのがより好ましい。
【0032】
前記樹脂が水溶性樹脂である場合、該水溶性樹脂としては、25℃の水に対し0.1g以上溶解する水溶性を示すものが好ましい。
前記水溶性樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルアセテート、ポリアクリル酸、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンイミン、ポリエチレンオキシド、スチレン−マレイン酸共重合体、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、オキサゾリン基含有水溶性樹脂、水溶性メラミン樹脂、水溶性尿素樹脂、アルキッド樹脂、スルホンアミド樹脂などが挙げられる。
【0033】
前記樹脂がアルカリ可溶性である場合、該アルカリ可溶性樹脂としては、25℃の2.38%TMAH水溶液に対し、0.1g以上溶解するアルカリ可溶性を示すものが好ましい。
前記アルカリ可溶性樹脂としては、例えば、ノボラック樹脂、ビニルフェノール樹脂、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリp−ヒドロキシフェニルアクリラート、ポリp−ヒドロキシフェニルメタクリラート、これらの共重合体などが挙げられる。
【0034】
前記樹脂は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリビニルアセテートなどが好ましい。
【0035】
前記樹脂の前記レジストパターン厚肉化材料における含有量としては、前記架橋剤等の種類・含有量等により異なり一概に規定することができないが、目的に応じて適宜決定することができる。
【0036】
前記架橋剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、熱又は酸によって架橋を生じる水溶性のものが好ましく、例えば、アミノ系架橋剤が好適に挙げられる。
前記アミノ系架橋剤としては、例えば、メラミン誘導体、ユリア誘導体、ウリル誘導体などが好適に挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
前記ユリア誘導体としては、例えば、尿素、アルコキシメチレン尿素、N−アルコキシメチレン尿素、エチレン尿素、エチレン尿素カルボン酸、これらの誘導体などが挙げられる。
前記メラミン誘導体としては、例えば、アルコキシメチルメラミン、これらの誘導体などが挙げられる。
前記ウリル誘導体としては、例えば、ベンゾグアナミン、グリコールウリル、これらの誘導体などが挙げられる。
【0037】
前記架橋剤の前記レジストパターン厚肉化材料における含有量としては、前記樹脂の種類・含有量等により異なり一概に規定することができないが、目的に応じて適宜決定することができる。
【0038】
前記界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、非イオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、両性界面活性剤などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、金属イオンを含有しない点で非イオン性界面活性剤が好ましい。
【0039】
前記非イオン性界面活性剤としては、アルコキシレート系界面活性剤、脂肪酸エステル系界面活性剤、アミド系界面活性剤、アルコール系界面活性剤、及びエチレンジアミン系界面活性剤から選択されるものが好適に挙げられる。なお、これらの具体例としては、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン縮合物化合物、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル化合物、ポリオキシエチレンアルキルエーテル化合物、ポリオキシエチレン誘導体化合物、ソルビタン脂肪酸エステル化合物、グリセリン脂肪酸エステル化合物、第1級アルコールエトキシレート化合物、フェノールエトキシレート化合物、ノニルフェノールエトキシレート系、オクチルフェノールエトキシレート系、ラウリルアルコールエトキシレート系、オレイルアルコールエトキシレート系、脂肪酸エステル系、アミド系、天然アルコール系、エチレンジアミン系、第2級アルコールエトキシレート系などが挙げられる。
【0040】
前記カチオン性界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルキルカチオン系界面活性剤、アミド型4級カチオン系界面活性剤、エステル型4級カチオン系界面活性剤などが挙げられる。
【0041】
前記両性界面活性剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アミンオキサイド系界面活性剤、ベタイン系界面活性剤などが挙げられる。
【0042】
以上の界面活性剤の前記レジストパターン厚肉化材料における含有量としては、前記樹脂、前記架橋剤等の種類・含有量等に応じて異なり一概に規定することはできないが、目的に応じて適宜選択することができる。
【0043】
前記レジストパターン厚肉化材料が水溶性芳香族化合物を含有していると、前記ゲート電極用開口のエッチング耐性を顕著に向上させることができる点で好ましい。
前記水溶性芳香族化合物としては、芳香族化合物であって水溶性を示すものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、25℃の水100gに対し1g以上溶解する水溶性を示すものが好ましく、25℃の水100gに対し3g以上溶解する水溶性を示すものがより好ましく、25℃の水100gに対し5g以上溶解する水溶性を示すものが特に好ましい。
【0044】
前記水溶性芳香族化合物としては、例えば、ポリフェノール化合物、芳香族カルボン酸化合物、ナフタレン多価アルコール化合物、ベンゾフェノン化合物、フラボノイド化合物、ポルフィン、水溶性フェノキシ樹脂、芳香族含有水溶性色素、これらの誘導体、これらの配糖体、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0045】
前記ポリフェノール化合物及びその誘導体としては、例えば、カテキン、アントシアニジン(ペラルゴジン型(4’−ヒドロキシ),シアニジン型(3’,4’−ジヒドロキシ),デルフィニジン型(3’,4’,5’−トリヒドロキシ))、フラバン−3,4−ジオール、プロアントシアニジン、レゾルシン、レゾルシン[4]アレーン、ピロガロール、没食子酸、これらの誘導体又は配糖体などが挙げられる。
【0046】
前記芳香族カルボン酸化合物及びその誘導体としては、例えば、サリチル酸、フタル酸、ジヒドロキシ安息香酸、タンニン、これらの誘導体又は配糖体、などが挙げられる。
【0047】
前記ナフタレン多価アルコール化合物及びその誘導体としては、例えば、ナフタレンジオール、ナフタレントリオール、これらの誘導体又は配糖体などが挙げられる。
【0048】
前記ベンゾフェノン化合物及びその誘導体としては、例えば、アリザリンイエローA、これらの誘導体又は配糖体などが挙げられる。
【0049】
前記フラボノイド化合物及びその誘導体としては、例えば、フラボン、イソフラボン、フラバノール、フラボノン、フラボノール、フラバン−3−オール、オーロン、カルコン、ジヒドロカルコン、ケルセチン、これらの誘導体又は配糖体などが挙げられる。
【0050】
前記水溶性芳香族化合物の中でも、水溶性に優れる点で、極性基を2以上有するものが好ましく、3個以上有するものがより好ましく、4個以上有するものが特に好ましい。
前記極性基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、スルホニル基などが挙げられる。
【0051】
前記水溶性芳香族化合物の前記レジストパターン厚肉化材料における含有量としては、前記樹脂、前記架橋剤等の種類・含有量等に応じて適宜決定することができる。
【0052】
前記レジストパターン厚肉化材料が芳香族化合物を一部に有してなる樹脂を含有していると、前記最上層開口のエッチング耐性を顕著に向上させることができる点で好ましい。
前記芳香族化合物を一部に有してなる樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、架橋反応を生ずることができるのが好ましく、例えば、ポリビニルアリールアセタール樹脂、ポリビニルアリールエーテル樹脂、ポリビニルアリールエステル樹脂、これらの誘導体などが好適に挙げられ、これらの中から選択される少なくとも1種であるのが好ましく、適度な水溶性乃至アルカリ可溶性を示す点でアセチル基を有するものがより好ましい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0053】
前記ポリビニルアリールアセタール樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、β−レゾルシンアセタール、などが挙げられる。
前記ポリビニルアリールエーテル樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、4−ヒドロキシベンジルエーテル、などが挙げられる。
前記ポリビニルアリールエステル樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、安息香酸エステル、などが挙げられる。
【0054】
前記ポリビニルアリールアセタール樹脂の製造方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、公知のポリビニルアセタール反応を利用した製造方法などが好適に挙げられる。該製造方法は、例えば、酸触媒下、ポリビニルアルコールと、該ポリビニルアルコールと化学量論的に必要とされる量のアルデヒドとをアセタール化反応させる方法であり、具体的には、USP5,169,897、同5,262,270、特開平5−78414号公報等に開示された方法が好適に挙げられる。
【0055】
前記ポリビニルアリールエーテル樹脂の製造方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、対応するビニルアリールエーテルモノマーとビニルアセテートとの共重合反応、塩基性触媒の存在下、ポリビニルアルコールとハロゲン化アルキル基を有する芳香族化合物とのエーテル化反応(Williamsonのエーテル合成反応)などが挙げられ、具体的には、特開2001−40086号公報、特開2001−181383号、特開平6−116194号公報等に開示された方法などが好適に挙げられる。
【0056】
前記ポリビニルアリールエステル樹脂の製造方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、対応するビニルアリールエステルモノマーとビニルアセテートとの共重合反応、塩基性触媒の存在下、ポリビニルアルコールと芳香族カルボン酸ハライド化合物とのエステル化反応などが挙げられる。
【0057】
前記芳香族化合物を一部に有してなる樹脂における芳香族化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、単環性芳香族のベンゼン誘導体、ピリジン誘導体等、芳香族環が複数個連結した化合物(ナフタレン、アントラセン等の多環性芳香族)、などが好適に挙げられる。
【0058】
前記芳香族化合物を一部に有してなる樹脂における芳香族化合物は、例えば、水酸基、シアノ基、アルコキシル基、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、アルコキシカルボニル基、ヒドロキシアルキル基、スルホニル基、酸無水物基、ラクトン基、シアネート基、イソシアネート基、ケトン基等の官能基や糖誘導体を少なくとも1つ有するのが適当な水溶性の観点からは好適であり、水酸基、アミノ基、スルホニル基、カルボキシル基、及びこれらの誘導体による基から選択される官能基を少なくとも1つ有するのがより好ましい。
【0059】
前記芳香族化合物を一部に有してなる樹脂における芳香族化合物のモル含有率としては、エッチング耐性に影響がない限り特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができるが、高いエッチング耐性を必要とする場合には5mol%以上であるのが好ましく、10mol%以上であるのがより好ましい。
なお、前記芳香族化合物を一部に有してなる樹脂における芳香族化合物のモル含有率は、例えば、NMR等を用いて測定することができる。
【0060】
前記芳香族化合物を一部に有してなる樹脂の前記レジストパターン厚肉化材料における含有量としては、前記樹脂、前記架橋剤等の種類・含有量等に応じて適宜決定することができる。
【0061】
前記有機溶剤は、前記レジストパターン厚肉化材料に含有させることにより、該レジストパターン厚肉化材料における、前記樹脂、前記架橋剤等の溶解性を向上させることができる。
【0062】
前記有機溶剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、アルコール系有機溶剤、鎖状エステル系有機溶剤、環状エステル系有機溶剤、ケトン系有機溶剤、鎖状エーテル系有機溶剤、環状エーテル系有機溶剤、などが挙げられる。
【0063】
前記アルコール系有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブチルアルコールなどが挙げられる。
前記鎖状エステル系有機溶剤としては、例えば、乳酸エチル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)などが挙げられる。
前記環状エステル系有機溶剤としては、例えば、γ−ブチロラクトン等のラクトン系有機溶剤などが挙げられる。
前記ケトン系有機溶剤としては、例えば、アセトン、シクロヘキサノン、ヘプタノン等のケトン系有機溶剤、などが挙げられる。
前記鎖状エーテル系有機溶剤としては、例えば、エチレングリコールジメチルエーテル、などが挙げられる。
前記環状エーテルとしては、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、などが挙げられる。
【0064】
これらの有機溶剤は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、厚肉化を精細に行うことができる点で、80〜200℃程度の沸点を有するものが好ましい。
【0065】
前記有機溶剤の前記レジストパターン厚肉化材料における含有量としては、前記樹脂、前記架橋剤、前記界面活性剤等の種類・含有量等に応じて適宜決定することができる。
【0066】
前記その他の成分としては、本発明の効果を害しない限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知の各種添加剤、例えば、熱酸発生剤、アミン系、アミド系、アンモニウム塩素等に代表されるクエンチャーなどが挙げられる。
前記その他の成分の前記レジストパターン厚肉化材料における含有量としては、前記樹脂、前記架橋剤等の種類・含有量等に応じて適宜決定することができる。
【0067】
前記レジストパターン厚肉化材料を前記ゲート電極用開口に塗布し架橋させると、該ゲート電極用開口が厚肉化され、該ゲート電極用開口上に表層が形成され、該ゲート電極用開口の開口寸法(径)が縮小される。前記ゲート電極用開口を形成する際に用いた電子線描画装置における電子線の照射限界を超えて、より微細なゲート電極用開口が形成される。
【0068】
なお、このとき、前記ゲート電極用開口の厚肉化量、即ち前記ゲート電極用開口の開口寸法(径)の縮小量は、前記レジストパターン厚肉化材料の組成、組成比、配合量、濃度、粘度、塗布厚み、ベーク温度、ベーク時間等を適宜調節することにより、所望の範囲に制御することができる。
前記レジストパターン厚肉化材料の組成、組成比、配合量、濃度、粘度等としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、該レジストパターン厚肉化材料における水以外の成分の総含有量が、5〜40質量%であるのが、前記ゲート電極用開口の厚肉化量、即ち前記ゲート電極用開口の開口寸法(径)の縮小量の制御の観点から好ましい。
【0069】
前記塗布後に現像処理を行うことができる。該現像処理を行うと、前記最下層との間でミキシング層を形成しなかった余分な前記レジストパターン厚肉化材料を除去することができる。
前記現像処理は、水現像であってもよいし、弱アルカリ水溶液による現像であってもよいが、低コストで効率的に現像処理を行うことができる点で水現像が好ましい。
【0070】
なお、前記ゲート電極用開口縮小工程において、以上の前記塗布から前記現像までの処理を少なくとも1回行うことにより、必要に応じて複数回行うことにより、前記ゲート電極用開口の開口寸法を所望の程度に制御することができる。
【0071】
なお、前記レジストパターン厚肉化材料の塗布の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて公知の塗布方法の中から適宜選択することができ、例えば、スピンコート法などが好適に挙げられる。該スピンコート法の場合、その条件としては例えば、回転数が100〜10000rpm程度であり、800〜5000rpmが好ましく、時間が1秒〜10分程度であり、1秒〜90秒が好ましい。
前記塗布の際の塗布厚みとしては、通常、100〜10000Å程度であり、2000〜5000Å程度が好ましい。
なお、前記塗布の際、前記界面活性剤については、前記レジストパターン厚肉化材料に含有させずに、該レジストパターン厚肉化材料を塗布する前に別途に塗布してもよい。
【0072】
前記塗布の際乃至その後で、塗布した前記レジストパターン厚肉化材料をプリベーク(加温・乾燥)するのが、前記最下層と前記レジストパターン厚肉化材料との界面において該レジストパターン厚肉化材料の前記最下層へのミキシング(含浸)を効率良く生じさせることができる等の点で好ましい。
なお、前記プリベーク(加温・乾燥)の条件、方法等にとしては、前記最下層を軟化させない限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、温度が40〜120℃程度であり、70〜100℃が好ましく、時間が10秒〜5分程度であり、40秒〜100秒が好ましい。
【0073】
また、前記プリベーク(加温・乾燥)の後で、塗布した前記レジストパターン厚肉化材料を架橋ベーク(架橋反応)を行うのが、前記最下層とレジストパターン厚肉化材料との界面において前記ミキシング(含浸)した部分の架橋反応を効率的に進行させることができる等の点で好ましい。
なお、前記架橋ベーク(架橋反応)の条件、方法等としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記プリベーク(加温・乾燥)よりも通常高い温度条件が採用される。前記架橋ベーク(架橋反応)の条件としては、例えば、温度が70〜150℃程度であり、90〜130℃が好ましく、時間が10秒〜5分程度であり、40秒〜100秒が好ましい。
【0074】
更に、前記架橋ベーク(架橋反応)の後で、塗布した前記レジストパターン厚肉化材料に対し、現像処理を行うのが好ましい。この場合、塗布したレジストパターン厚肉化材料の内、前記最下層と架橋していない部分乃至架橋が弱い部分(水溶性の高い部分)を溶解除去し、厚肉化レジストパターンを現像する(得る)ことができる点で好ましい。
【0075】
−ゲート電極形成工程−
前記ゲート電極形成工程は、前記ゲート電極用開口にゲート電極を形成する工程である。
前記ゲート電極の形成方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、蒸着法などが好適に挙げられる。
前記蒸着法により蒸着させる金属材料としては、電極材料として公知のものの中から適宜選択することができるが、例えば、Al、Ti、Pt、Auなどが好適に挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。また、これらの金属は、積層されて前記T型電極を形成してもよく、この場合、例えば、Ti、Pt、Auの積層膜により前記T型電極を形成する態様などが好適に挙げられる。
【0076】
また、前記ゲート電極形成後においては、前記積層レジストを除去することが必要であるが、該積層レジストの除去方法としては、例えば、リフトオフ法、エッチング法などが挙げられ、これらの中でもリフトオフ法が好適に挙げられる。これらの方法の条件等については、特に制限はなく、公知の条件等の中から適宜選択することができる。
【0077】
前記ゲート電極形成工程においては、前記積層レジストを貫通して形成された開口部に、T型電極が形成される。具体的には、前記ゲート電極用開口の部分で前記ゲート電極の根元部分が形成され、サイドエッチングされて形成された前記開口において、前記ゲート電極におけるオーバーゲート部が形成される。そして、前記積層レジストが除去されて、ゲート電極が得られる。
【0078】
−その他の工程−
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、前記最下層における前記ゲート電極用開口の近傍に電子線を入射させる電子線入射工程、前記ゲート電極用開口をマスクとして用いてゲート電極形成面を掘り込むゲート電極形成面掘り込み工程、などが好適に挙げられる。
なお、前記ゲート電極形成面掘り込み工程により掘り込まれた前記ゲート電極形成面部分を「リセス領域」と称し、該「リセス領域」における端部壁面を「リセス端」と称することがある。
【0079】
−電子線入射工程−
前記電子線入射工程は、前記ゲート電極用開口縮小工程の前に行われ、前記最下層における前記ゲート電極用開口の近傍に電子線を入射させる工程である。
前記電子線入射工程は、前記開口形成工程の前後、前記ゲート電極用開口形成工程の前後、のいずれの時に行ってもよい。
【0080】
前記電子線入射工程における前記最下層への電子線の入射量としては、現像Eth以下のドーズ量であるのが好ましい。前記入射量が前記現像Eth以下であると、前記最下層をパターニングさせることなく、該最下層を効率よく厚肉化させることができる点で好ましい。
【0081】
本発明においては、前記電子線入射工程において、電子線を前記最下層に照射すると、該電子線が入射された前記最下層部分が、前記レジストパターン厚肉化材料により厚肉化され易くなる。図1に示すように、前記電子線の前記最下層への入射量と、前記レジストパターン厚肉化材料による厚肉化量とは略比例関係にある。したがって、前記電子線入射工程における電子線の入射量を適宜変化させることにより、ゲート電極用開口縮小工程における前記ゲート電極用開口の開口寸法の縮小量を任意に調整することができ、前記最下層に前記電子線描画により形成した複数のゲート電極用開口のうち、その開口寸法が異なるものを形成させることができ、微細化度の異なるゲート電極を同じゲート電極形成面上に任意に作り分けることができる点で有利である。
【0082】
前記電子線入射工程における前記最下層への電子線の入射は、前記ゲート電極用開口の近傍に電子線を、均一乃至対称に入射させることにより行ってもよいし、不均一乃至非対称に入射させることにより行ってもよい。
【0083】
前記ゲート電極用開口の近傍に電子線を均一乃至対称に入射させる場合は、前記ゲート電極用開口の近傍をほぼ均一乃至対称に厚肉化でき、前記ゲート電極形成工程が行われる際、前記開口と前記ゲート電極用開口とが同心に位置することになり、得られるゲート電極と共にソース電極及びドレイン電極を設けてトランジスタを設計した場合には、ゲート電極におけるソース電極側端、及び前記ゲート電極が形成されたリセス領域におけるソース電極側リセス端間の距離と、該ゲート電極が形成されたリセス領域におけるドレイン電極側リセス端、及びゲート電極におけるドレイン電極側端間の距離とが同一になるようにすることができる。
【0084】
前記ゲート電極用開口の近傍に電子線を不均一乃至非対称に入射させる場合には、前記ゲート電極用開口の近傍を不均一乃至非対称に厚肉化することができ、前記ゲート電極形成工程が行われる際、前記開口形成工程において形成した開口と、ゲート電極用開口とが同心に位置せず、得られるゲート電極と共にソース電極及びドレイン電極を設けてトランジスタを設計した場合には、ゲート電極におけるソース電極側端、及び前記ゲート電極が形成されたリセス領域におけるソース電極側リセス端間の距離と、該ゲート電極が形成されたリセス領域におけるドレイン電極側リセス端、及びゲート電極におけるドレイン電極側端間の距離とが異なるようにする(いわゆるオフセットゲートあるいはオフセットリセスを製造する)ことができる。
【0085】
ここで、前記オフセットゲートの製造について詳述すると、例えば、ドレイン電極側における、ゲート電極端及びリセス領域におけるリセス端間の距離を長くしたい場合、即ち、ソース電極側端、及び前記ゲート電極が形成されたリセス領域におけるリセス端間の距離が、該ゲート電極が形成されたリセス領域(低抵抗層除去領域)におけるドレイン電極側リセス端、及び前記ドレイン電極側端間の距離よりも短くしたい場合には、前記ゲート電極用開口形成工程により、前記ゲート電極用開口を形成した後、前記ゲート電極用開口縮小工程の前に、前記ゲート電極用開口における、ドレイン電極側周辺に対し、ソース電極側周辺よりも多く電子線入射(ドーズ)を行う電子線入射工程を行う。
次に、低抵抗層除去領域(リセス領域)長を決定する前記ゲート電極用開口をマスクとして、前記ゲート電極形成面の近傍に存在する低抵抗層を掘り込み、除去し、低抵抗層除去領域(リセス領域)を形成するゲート電極形成面掘り込み工程を行う。
【0086】
そして、続いて前記レジストパターン厚肉化材料を用いて前記ゲート電極用開口縮小工程を行うと、前記ゲート電極開口におけるドレイン電極側の方がソース電極側よりもより厚肉化され、該ドレイン電極側における開口寸法の縮小量の方が、ソース電極側における開口寸法の縮小量よりも大きくなり、前記リセス領域内に開口寸法が非対称に縮小され、前記リセス領域内で前記ゲート電極開口が前記ソース電極側にズレた位置に形成される(変位する)。
次に、前記ゲート電極形成工程において、前記ゲート電極を形成すると、前記オフセットゲートが製造される。
【0087】
−ゲート電極形成面掘り込み工程−
前記ゲート電極形成面掘り込み工程は、前記ゲート電極用開口をマスクとして用いてゲート電極形成面を掘り込む工程である。
前記ゲート電極形成面掘り込み工程は、例えば、エッチング処理により好適に行うことができ、該エッチング処理としては、特に制限はなく、例えば、ドライエッチングなどが好ましい。
前記エッチング処理の条件等としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【0088】
前記ゲート電極形成面掘り込み工程は、前記ゲート電極用開口形成工程の後、前記ゲート電極用開口縮小工程の前に行われるのが好ましく、前記電子線入射工程が行われる場合には、前記ゲート電極用開口形成工程の後、前記ゲート電極用開口縮小工程及び前記電子線入射工程の前に行われるのが特に好ましい。
前記ゲート電極形成面掘り込み工程を前記ゲート電極用開口形成工程の後であって前記ゲート電極用開口縮小工程の前に行う場合、従来においては、リセス領域形成開口を形成しリセス領域を形成した後でゲート電極用開口を形成する方式では実現し得なかった極微細で高精度のオフセットゲート(オフセットリセス)の形成を、リセス領域形成用開口とゲート電極用開口との2つの開口を用いることなく、1つの開口を用いて行うことができる。
【0089】
前記ゲート電極形成面掘り込み工程を前記ゲート電極用開口形成工程の後であって前記ゲート電極用開口縮小工程の前に行う場合、まず、前記ゲート電極用開口を形成し、これをマスクとして前記リセス領域を掘り込み形成した後で、該ゲート電極用開口を縮小し、この縮小されたゲート電極用開口をマスクとして、ゲート電極を形成する。したがって、前記リセス領域と前記ゲート電極(ファインゲート電極)との位置ズレは生じない。ゲート電極が形成されるリセス領域(低抵抗層除去領域)を形成するためのパターニングと、前記ゲート電極用開口を形成するためのパターニングとを一度に行うので、パターニング時の開口位置合わせが不要である。この開口位置合わせが必要な場合には、その位置合わせ精度によってゲート電極の周辺構造の形成精度が決定され、制限されてしまい、該位置合わせ精度が十分ではなく位置ズレがある場合には、前記リセス領域と、形成するゲート電極との間で位置ズレが発生してしまうという問題がある。超高周波デバイスでは、前記ゲート電極(ファインゲート電極)端から前記リセス領域におけるリセス端までの距離は0.1μm以下程度であり、前記位置ズレに基づき該距離にばらつきがあると、デバイスとしての均一性が低下し、回路動作の周波数低下の原因となり、デバイス特性にバラツキが生ずるという問題がある。しかし、前記ゲート電極形成面掘り込み工程を前記ゲート電極用開口形成工程の後であって前記ゲート電極用開口縮小工程の前に行う場合には、位置合わせが不要であり、電子線描画装置のレイヤ重ね合わせの必要がなく、上述のような問題がない。
【0090】
なお、1つの開口を用いてリセス領域の形成とゲート電極用開口の形成とを行うには、前記リセス領域形成用の開口の開口寸法を0.2μm程度にした後、該開口の開口寸法を0.1μm程度にまで縮小させる必要があるが、本発明では、前記ゲート電極用開口縮小工程において、前記レジストパターン厚肉化材料を用い、0.2μm程度の開口寸法を有するゲート電極用開口を厚肉化することにより該デート電極用開口の開口寸法を0.1μm程度にまで容易に縮小させることができる。
【0091】
また、前記ゲート電極用開口の開口寸法の縮小量は、製造するトランジスタ等の半導体装置の機能・役割により異なることがあるが、本発明では、前記電子線入射工程において、前記ゲート電極用開口毎に前記電子線の入射量を適宜変化させることにより、所望の程度に容易に制御することができる。
【0092】
また、任意の位置にのみオフセットゲートを形成することができると、デバイス設計上有利であるが、本発明では、前記電子線入射工程において、前記ゲート電極用開口毎に独立して、不均一乃至非対称に前記電子線を入射させることにより、オフセット量を任意に所望の程度に変化させることができる。このため、製造するデバイス回路内において、オフセット量の異なるオフセットゲートを多数作り分けることもできる。
【0093】
本発明のゲート電極の製造方法により製造される本発明のゲート電極は、オフセットゲートであってもよいし、そうでなくてもよく、各種の半導体装置等に好適に使用することができ、例えば、電界効果トランジスタに好適に使用することができ、本発明の半導体装置に特に好適に使用することができる。
【0094】
(半導体装置及びその製造方法)
本発明の半導体装置の製造方法は、上述した本発明のゲート電極の製造方法を少なくとも含み、適宜選択したその他の工程を含む。
前記その他の工程としては、特に制限はなく、製造する半導体装置に応じて、公知の工程の中から適宜選択することができる。
また、本発明の半導体装置は、本発明の半導体装置の製造方法により製造される。本発明の半導体装置は、電界効果トランジスタとして、あるいはその集積回路等として好適に使用することができる。
【0095】
【実施例】
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【0096】
(実施例1)
半絶縁性GaAs基板上に、バッファ層、InGaAs電子走行層、AlGaAs電子供給層、及びGaAs低抵抗層を順次、MOCVD法により積層形成させ、また、酸素注入により活性領域を形成した後、AuGe(20nm)/Au(200nm)電極を用いてオーミック電極を形成した。この半絶縁性GaAs基板の表面を、図2に示すようにゲート電極形成面1とした。
【0097】
次に、ゲート電極形成面1における前記活性領域において、ファインゲート(ゲート電極)を形成する部位の両端であって、幅が0.1μm程度の領域における低抵抗層部分を掘り込み、除去することにより、リセス領域を形成した。以上が、前記ゲート電極形成面掘り込み工程である。
【0098】
次に、図2に示すように、ゲート電極形成面1上に、PMMA系レジスト(ZEP2000、日本ゼオン社製)を厚みが300nmとなるようにスピンコート法により塗布し、180℃で5分間熱処理することにより最下層2を形成した。その上に、PMGI(MCC社製)を厚みが500nmとなるようにスピンコート法により塗布し、180℃で3分間熱処理することにより中間層3を形成した。その上に、ポリスチレン重合体含有レジスト(ZEP520−A7、日本ゼオン社製)を厚みが300nmとなるようにスピンコート法により塗布し、180℃で3分間熱処理することにより最上層4を形成した。以上により、3層構造の積層レジスト5を形成した。以上が、前記積層レジスト形成工程である。
【0099】
次に、図2に示すように、積層レジスト5における最上層4に対し、電子線描画を行い、最上層4に、電流方向に0.7μm幅の開口を形成した。続いて、該開口から露出する中間層3に対し、アルカリ現像液を用いてサイドエッチング処理を行った。以上が、前記開口形成工程である。
【0100】
次に、前記開口形成工程により形成した開口から露出する最下層2に対し、電子線描画を行い、電流方向に0.12μm幅のゲート電極用開口を形成した。以上が、前記ゲート電極用開口形成工程である。
【0101】
次に、形成した該ゲート電極用開口の周辺近傍に、最下層2が現像されるドーズ量である現像Eth以下のドーズ(60μC)を入射し、電子線入射領域7を形成した。以上が、前記電子線入射工程である。
なお、実施例1におけるドーズ量は60μCであるが、最下層2が露出しておらず、中間層3及び最上層4と共に積層レジスト5を形成している状態において、積層レジスト5上から前記電子線を入射させることもでき、例えば、図3に示すように、積層レジスト5の上から積層レジスト5に対し、電子線入射量を変化させて、電子線入射領域7a、7b及び7cを形成してもよく、この場合のドーズ量としては90μC程度が好ましい。この場合には、一度に現像処理を行うだけでパターニングを完了させることができる。
【0102】
次に、前記ゲート電極用開口縮小工程を行った。まず、レジストパターン厚肉化材料を調製した。即ち、前記樹脂としてのポリビニルアセタール樹脂(積水化学社製、KW−3)16質量部と、前記架橋剤としてのテトラメトキシメチルグリコールウリル(積水化学社製)1質量部と、前記界面活性剤としてのポリオキシエチレンモノアルキルエーテル系界面活性剤(旭電化社製、TN−80、非イオン性界面活性剤)0.0625質量部とを含有する。また、前記樹脂、前記架橋剤及び前記界面活性剤を除いた主溶剤成分として、純水(脱イオン水)とイソプロピルアルコールとの混合液(質量比が純水(脱イオン水):イソプロピルアルコール=82.6:0.4)を使用した。次に、図4に示すように、このレジストパターン厚肉化材料をスピンコート法により、3000rpm、60秒間塗布した後、プリベークを85℃、70秒間行い、前記ゲート電極用開口と前記レジストパターン厚肉化材料とをミキシングさせ、図2に示すように、ミキシング層6を形成させた。その後、95℃、70秒間の架橋ベークを行い、ミキシング層6を架橋させて架橋ミキシング層20を形成した。そして、水を用いて60秒間現像処理することにより、架橋した部分以外のレジストパターン厚肉化材料を溶解除去させた。
その結果、前記レジストパターン厚肉化材料を前記ゲート電極用開口に塗布するだけで容易にかつ効率よく、前記ゲート電極用開口のうちの特定のもの、即ち前記電子線入射工程において、より多くのドーズが入射された開口では、開口寸法が0.08μmまで微細に縮小され、その他のものの開口寸法も0.1μmまで微細に縮小された。なお、前記ゲート電極用開口縮小工程の間、中間層3及び最上層4における開口の開口寸法は変化しなかった。
【0103】
次に、前記ゲート電極形成工程を行った。即ち、高真空蒸着装置を用いて、Tiの厚みが10nm、Ptの厚みが10nm、Auの厚みが300nmである電極を蒸着形成した。その後、リフトオフ法(N−メチル−2−ピロリジノン、75℃、60分)により、前記積層レジストを除去することにより、微細T型ゲート電極を形成した。
【0104】
(実施例2)
実施例1において、前記ゲート電極形成面掘り込み工程を前記ゲート電極用開口形成工程の後であって前記電子線入射工程及び前記ゲート電極用開口縮小工程の前に行った以外は実施例1と同様にした。
即ち、具体的には、図4(a)に示すように、半絶縁性GaAs基板の表面にソース電極S及びドレイン電極Dが一定間隔で形成され、SiN膜が形成された。そして、前記積層レジスト形成工程により、該SiN膜上に、最下層2、中間層3及び最上層4からなる積層レジスト5が形成された。次に、前記開口形成工程により、積層レジスト5における最上層4及び中間層3に開口が形成された。そして、前記ゲート電極用開口形成工程により、開口寸法が0.2μmであるゲート電極用開口10が形成された。
【0105】
次に、図4(b)に示すように、前記ゲート電極形成面掘り込み工程により、ゲート電極用開口10をマスクとして用いて前記半絶縁性GaAs基板の表面における低抵抗層部分を掘り込み除去することにより、リセス領域(低抵抗層除去領域)10aを形成した。
【0106】
次に、実施例1と同様にして、前記電子線入射工程及び前記ゲート電極縮小工程を行い、図4(c)に示すように、開口寸法が0.2μmであるゲート電極用開口10の開口寸法を0.1μmまで縮小させた。次に、実施例1と同様にして、前記ゲート電極形成工程を行い、図4(d)に示すようにゲート電極30を形成した。そして、リフトオフ法により積層レジスト5を溶解除去し、ゲート電極形成面上に微細なゲート電極(マッシュルームゲート電極)30を形成した。
なお、実施例2においては、前記プリベークを95℃、70秒間行い、前記架橋ベークを105℃、70秒間行った。また、実施例2におけるドーズ量は、実施例1と同様に60μCであるが、最下層2が露出しておらず、中間層3及び最上層4と共に積層レジスト5を形成している状態において、積層レジスト5上から前記電子線を入射させることもでき、例えば、積層レジスト5の上から積層レジスト5に対し、電子線入射量を変化させて、電子線入射領域7a、7b及び7cを形成してもよく、この場合のドーズ量としては90μC程度が好ましい。この場合には、一度に現像処理を行うだけでパターニングを完了させることができる。
【0107】
以上により、微細なゲート電極を備えた電界効果型トランジスタが得られた。該電界効果型トランジスタにおいては、ゲート電極30に対し、ソース電極S側のリセス長及びドレイン電極D側のリセス長が互いに同じであった。
【0108】
(実施例3)
実施例2において、前記電子入射工程において、ゲート電極開口におけるドレイン電極D側を選択的にその開口寸法を縮小させるため、該ドレイン電極D側にのみ、現像Eth以下のドーズ(60μC)を入射させた(図5(a)〜(c)参照)。
その結果、図5(d)に示すように、ゲート電極30に対し、ソース電極S側のリセス長よりもドレイン電極D側のリセス長の方が0.04μm長い、オフセットゲートを備えた電界効果トランジスタが得られた。
【0109】
ここで、本発明の好ましい態様を付記すると、以下の通りである。
(付記1) ゲート電極形成面上に、少なくとも最下層に電子線レジスト層を含む積層レジストを形成する積層レジスト形成工程と、前記最下層以外の層に開口を形成する開口形成工程と、前記開口から露出する前記最下層にゲート電極用開口を形成するゲート電極用開口形成工程と、該ゲート電極用開口を選択的に縮小させるゲート電極用開口縮小工程と、該ゲート電極用開口にゲート電極を形成するゲート電極形成工程とを含むことを特徴とするゲート電極の製造方法。
(付記2) ゲート電極用開口縮小工程が、最下層の表面にレジストパターン厚肉化材料を塗付して該最下層に形成されたゲート電極用開口の開口寸法を縮小させる処理を少なくとも1回行う工程である付記1に記載のゲート電極の製造方法。
(付記3) ゲート電極用開口縮小工程の前に、ゲート電極用開口の近傍に電子線を入射させる電子線入射工程を含む付記1又は2に記載のゲート電極の製造方法。
(付記4) 電子線の入射量が現像Eth以下のドーズ量である付記3に記載のゲート電極の製造方法。
(付記5) 電子線入射工程において、ゲート電極用開口の近傍に対称に電子線を入射させる付記3又は4に記載のゲート電極の製造方法。
(付記6) 電子線入射工程において、ゲート電極用開口の近傍に非対象に電子線を入射させる付記3又は4に記載のゲート電極の製造方法。
(付記7) 電子線入射工程における電子線の入射量を変化させることにより、ゲート電極用開口縮小工程におけるゲート電極用開口の開口寸法の縮小量を調整する付記3から6のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記8) ゲート電極用開口形成工程の後、ゲート電極用開口縮小工程の前に、ゲート電極用開口をマスクとして用いてゲート電極形成面を掘り込むゲート電極形成面掘り込み工程を含む付記1から7のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記9) ゲート電極形成面掘り込み工程が、ドライエッチング及びウェットエッチングのいずれかにより行われる付記8に記載のゲート電極の製造方法。
(付記10) 最下層が、レジストパターン厚肉化材料により厚肉化可能な材料で形成された付記1から9のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記11) 最下層が電子線レジストで形成された付記1から10のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記12) 最下層がポリメチルメタクリレート(PMMA)系レジストで形成された付記1から11のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記13) 最下層の直上の中間層がサイドエッチング可能である付記1から12のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記14) 最下層の直上の中間層がフォトレジストで形成された付記1から13のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記15) 最下層の直上の中間層がポリジメチルグルタルイミド(PMGI)系レジストで形成された付記1から14のいずれかで形成されたゲート電極の製造方法。
(付記16) 最上層が電子線レジストで形成された付記1から15のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記17) 最上層がポリスチレン重合体含有レジストで形成された付記1から16のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記18) 積層レジストが3層からなり、最下層がポリメチルメタクリレート(PMMA)系レジストで形成され、該最下層の直上の中間層がポリジメチルグルタルイミド(PMGI)系レジストで形成され、該中間層の直上の最上層がポリスチレン重合体含有レジストで形成された付記1から17のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記19) ゲート電極形成工程が行われる際、開口とゲート電極用開口とが同心に位置しない付記1から18のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記20) ゲート電極形成工程が、蒸着法によりゲート電極を形成した後、積層レジストの除去が行われる付記1から19のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記21) 積層レジストの除去がリフトオフ法により行われる付記20に記載のゲート電極の製造方法。
(付記22) レジストパターン厚肉化材料が、樹脂と、架橋剤と、界面活性剤とを含有する付記1から21のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記23) レジストパターン厚肉化材料が、水溶性乃至アルカリ可溶性である付記22に記載のゲート電極の製造方法。
(付記24) 界面活性剤が非イオン性界面活性剤である付記22又は23に記載のゲート電極の製造方法。
(付記25) 樹脂が、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール及びポリビニルアセテートから選択される少なくとも1種である付記22から24のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記26) 架橋剤が、メラミン誘導体、ユリア誘導体及びウリル誘導体から選択される少なくとも1種である付記22から25のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記27) 水溶性芳香族化合物及び芳香族化合物を一部に有してなる樹脂から選択される少なくとも1種を含有する付記22から26のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記28) 水溶性芳香族化合物が、ポリフェノール化合物、芳香族カルボン酸化合物、ナフタレン多価アルコール化合物、ベンゾフェノン化合物、フラボノイド化合物、これらの誘導体及びこれらの配糖体から選択され、芳香族化合物を一部に有してなる樹脂が、ポリビニルアリールアセタール樹脂、ポリビニルアリールエーテル樹脂、及びポリビニルアリールエステル樹脂から選択される付記27に記載のゲート電極の製造方法。
(付記29) 有機溶剤を含む付記22から28のいずれかに記載のゲート電極の製造方法。
(付記30) 有機溶剤が、アルコール系溶剤、鎖状エステル系溶剤、環状エステル系溶剤、ケトン系溶剤、鎖状エーテル系溶剤、及び環状エーテル系溶剤から選択される少なくとも1種である付記29に記載のゲート電極の製造方法。
(付記31) 付記1から30のいずれかに記載のゲート電極の製造方法により製造されることを特徴とするゲート電極。
(付記32) ゲート電極におけるソース電極側端、及び前記ゲート電極が形成されたリセス領域におけるソース電極側リセス端間の距離と、該ゲート電極が形成されたリセス領域におけるドレイン電極側リセス端、及びゲート電極におけるドレイン電極側端間の距離とが同一である付記31に記載のゲート電極。
(付記33) ゲート電極におけるソース電極側端、及び前記ゲート電極が形成されたリセス領域におけるソース電極側リセス端間の距離と、該ゲート電極が形成されたリセス領域におけるドレイン電極側リセス端、及びゲート電極におけるドレイン電極側端間の距離とが異なる付記31に記載のゲート電極。
(付記34) 電界効果トランジスタに用いられる付記31から33のいずれかに記載のゲート電極。
(付記35) 付記1から30のいずれかに記載のゲート電極の製造方法を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記36) 付記35に記載の半導体装置の製造方法により製造されることを特徴とする半導体装置。
(付記37) ソース電極及びドレイン電極を有してなり、ゲート電極におけるソース電極側端、及び前記ゲート電極が形成されたリセス領域におけるソース電極側リセス端間の距離と、該ゲート電極が形成されたリセス領域におけるドレイン電極側リセス端、及びゲート電極におけるドレイン電極側端間の距離とが同一である付記36に記載の半導体装置。
(付記38) ソース電極及びドレイン電極を有してなり、ゲート電極におけるソース電極側端、及び前記ゲート電極が形成されたリセス領域におけるソース電極側リセス端間の距離と、該ゲート電極が形成されたリセス領域におけるドレイン電極側リセス端、及びゲート電極におけるドレイン電極側端間の距離とが異なる付記36に記載の半導体装置。
【0110】
【発明の効果】
本発明によると、従来における問題を解決することができ、通常の電子線描画により形成したゲート電極用レジスト開口を厚肉化して開口寸法を縮小することにより、微細なゲート電極を効率的に製造可能なゲート電極の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、該ゲート電極の製造方法により製造され、高周波特性の優れ、準ミリ・ミリ波帯電波の送受信用乃至高速信号処理用(光通信用)デバイスとして有用な電界効果トランジスタに好適なゲート電極を提供することを目的とする。さらに、本発明は、該デート電極を用いた高性能な半導体装置及びその効率的な製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、電子線入射量とレジスト厚肉化量との関係を示すグラフである。
【図2】図2は、本発明のゲート電極の製造方法の一例を説明するための概略説明図である。
【図3】図3は、本発明のゲート電極の製造方法における電子線入射工程の一例を説明するための概略説明図である。
【図4】図4は、本発明のゲート電極の製造方法により、本発明のゲート電極を製造する一例(1つの開口を用い、開口位置合わせが不要な例)を説明するための概略説明図である。
【図5】図5は、本発明のゲート電極の製造方法により、本発明のゲート電極(オフセットゲート)を製造する一例を説明するための概略説明図である。
【符号の説明】
1 ゲート電極の形成面
2 最下層(PMMA系レジスト)
3 中間層(PMGI系レジスト)
4 最上層(ポリスチレン重合体含有レジスト)
5 積層レジスト
6 ミキシング層
7 電子線入射領域
7a 第1の電子線入射領域
7b 第2の電子線入射領域
7c 第3の電子線入射領域
10 ゲート電極用開口
10a リセス領域
20 架橋ミキシング層
30 ゲート電極
50 電子線
S ソース電極
D ドレイン電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing a gate electrode capable of efficiently manufacturing a fine gate electrode by thickening a resist opening for a gate electrode formed by normal electron beam drawing and reducing the opening size, and the gate electrode A gate electrode suitable for a field effect transistor, which is manufactured by the above manufacturing method and has excellent high-frequency characteristics and is useful as a device for transmitting / receiving quasi-millimeter / millimeter-wave charged waves or for high-speed signal processing (for optical communication), and the date electrode The present invention relates to a semiconductor device using the semiconductor device and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
A field effect transistor having excellent high frequency characteristics is useful as a device for transmitting / receiving quasi-millimeter / millimeter-wave charged waves or a device for high-speed signal processing (for optical communication). Among these, in the development of gate electrodes that are used in devices that require particularly high-frequency characteristics, it is possible to make gate openings as short as possible by forming fine openings for gate formation using electron beam drawing. It has been actively performed.
Conventionally, in order to finely form an opening for forming a gate by using electron beam drawing, (1) the size of the electron beam itself used for drawing is made fine and drawing is performed, and (2) the gate forming is made. It has been considered to reduce the size of the opening by heat-treating the resist for forming the opening to thermally soften it.
[0003]
However, these cases have the following problems. That is, in the case of the above (1), although the electron beam diameter can be miniaturized to about 0.04 μm with the existing technology, it is still sufficient in consideration of the manufacturing stability when thousands of transistors are integrated. It's hard to say technology. In the case of (2), the amount of reduction of the opening dimension that can be stably obtained is within 0.04 μm, and the significant reduction of the opening dimension exceeding this has a problem in terms of uniformity and is mass-produced. Not suitable for. In addition, it is difficult to use the same opening for the recess forming opening and the gate electrode forming opening having a large opening size difference.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the conventional problems and achieve the following objects. That is, the present invention provides a gate electrode manufacturing method capable of efficiently manufacturing a fine gate electrode by increasing the thickness of a gate electrode resist opening formed by normal electron beam lithography and reducing the opening size. The purpose is to do. The present invention is also suitable for a field effect transistor which is manufactured by the method for manufacturing a gate electrode, has excellent high frequency characteristics, and is useful as a device for transmitting / receiving quasi-millimeter / millimeter-wave charged waves or for high-speed signal processing (for optical communication). An object is to provide a simple gate electrode. Furthermore, an object of the present invention is to provide a high-performance semiconductor device using the date electrode and an efficient manufacturing method thereof.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The method for manufacturing a gate electrode according to the present invention includes a step of forming a resist layer including a resist layer including an electron beam resist layer at least on the lowermost layer on the gate electrode forming surface, and an opening forming an aperture in a layer other than the lowermost layer. A gate electrode opening forming step for forming a gate electrode opening in the lowermost layer exposed from the opening; a gate electrode opening reducing step for selectively reducing the gate electrode opening; and the gate electrode. And a gate electrode forming step of forming a gate electrode in the opening for use.
In the method for manufacturing a gate electrode of the present invention, in the multilayer resist forming step, a multilayer resist including an electron beam resist layer at least in the lowest layer is formed on the gate electrode formation surface. In the opening forming step, an opening is formed in a layer other than the lowermost layer. In the gate electrode opening forming step, a gate electrode opening is formed in the lowermost layer exposed from the opening. In the gate electrode opening reduction process, the gate electrode opening is selectively reduced. In the gate electrode formation step, a gate electrode is formed in the gate electrode opening. As described above, a high-performance and fine gate electrode is manufactured.
In the case where an electron beam incident step for causing an electron beam to enter the vicinity of the gate electrode opening is included before the gate electrode opening reducing step, the gate electrode is changed by changing the incident amount of the electron beam. The reduction amount of the opening size of the gate electrode opening in the opening reduction process is adjusted.
In addition, when a gate electrode formation surface digging step for digging a gate electrode formation surface using the gate electrode opening as a mask after the gate electrode opening formation step and before the gate electrode opening reduction step is included. By forming the recess region using the gate electrode opening formed in the gate electrode opening forming step as it is as a mask, the gate electrode can be easily formed at a predetermined position without causing a positional shift in the recess region. The
[0006]
The gate electrode of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a gate electrode. The gate electrode has a short gate length and a fine structure, so it has excellent high frequency characteristics and is suitable for a field effect transistor useful as a device for transmitting / receiving quasi-millimeter / millimeter-wave charged waves or for high-speed signal processing (for optical communication) Can be used for
[0007]
A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the method of manufacturing the gate electrode. In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a fine gate electrode can be formed. Therefore, a large number of field effect transistors using the gate electrode can be stably integrated to efficiently manufacture a high-performance semiconductor device. . In addition, the gate electrode manufacturing method can form a plurality of gate electrodes with different degrees of fineness, and can also form a plurality of offset gates with arbitrarily adjusted offset amounts. High performance semiconductor devices are efficiently and easily manufactured.
[0008]
The semiconductor device of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device. Since the semiconductor device of the present invention has a fine gate electrode suitable for a field effect transistor or the like, it has high performance. Further, when a plurality of gate electrodes having different degrees of miniaturization are provided, or when a plurality of offset gates whose offset amounts are arbitrarily adjusted are provided, the multi-function and high performance are obtained.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Gate electrode and manufacturing method thereof)
The manufacturing method of a gate electrode of the present invention includes a laminated resist forming step, an opening forming step, a gate electrode opening forming step, a gate electrode opening reducing step, and a gate electrode forming step, and further if necessary. Other processes selected as appropriate are included.
The gate electrode of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a gate electrode of the present invention. Hereinafter, the contents of the gate electrode of the present invention will be clarified through the description of the method for manufacturing the gate electrode of the present invention.
[0010]
-Multilayer resist formation process-
The laminated resist forming step is a step of forming a laminated resist including an electron beam resist layer as at least the lowest layer on the gate electrode forming surface.
[0011]
The gate electrode formation surface is not particularly limited and may be appropriately selected according to the purpose. Examples thereof include a gate electrode formation surface in various semiconductor devices. Among these, a quasi-millimeter / millimeter wave band A gate electrode formation surface of a field effect transistor useful as a device for radio wave transmission / reception or high-speed signal processing (for optical communication) is particularly preferable.
[0012]
An ohmic electrode or the like is preferably formed on the gate electrode formation surface. The ohmic electrode is not particularly limited and can be appropriately selected from known ones. For example, a buffer layer, an InGaAs electron transit layer, an AlGaAs electron supply layer, and a GaAs low resistance are provided on a semi-insulating GaAs substrate. Examples thereof include a laminate of layers. Lamination of each layer in the ohmic electrode can be performed by, for example, MOCVD. In order to electrically isolate the elements from each other, an active region can be formed by oxygen implantation.
A nitride film such as SiN may be formed on the gate electrode formation surface for the purpose of improving the adhesion between the gate electrode formation surface and the laminated resist.
Further, a low resistance layer may be formed on the gate electrode forming surface, and the recess region may be formed by removing the low resistance layer portion by an etching process or the like.
[0013]
The laminated resist is not particularly limited except that at least the lowermost layer includes an electron beam resist layer, and the number of laminated layers, the type of resist, the thickness of each layer, the opening diameter, and the like can be appropriately selected according to the purpose. .
[0014]
The structure of the laminated resist is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. However, the bottom layer in which the gate electrode opening for forming the base portion of the gate electrode is formed, and lift-off ease Preferred examples include a three-layer structure composed of an intermediate layer for achieving the above and an uppermost layer.
[0015]
The lowermost layer material is not particularly limited as long as it is an electron beam resist, and can be appropriately selected according to the purpose, but is preferably one that can be thickened by the resist pattern thickening material, for example, Polymethyl methacrylate (PMMA) resist is particularly preferable.
When the lowermost layer is the polymethyl methacrylate (PMMA) resist, it is advantageous in that the thickening effect by the resist pattern thickening material is excellent.
[0016]
The material for the intermediate layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. However, a material that is not thickened by the resist pattern thickening material is preferable, and the efficiency of the overgate portion of the gate electrode is preferred. From the viewpoint of typical formation, a material that can be side-etched is more preferable. For example, a polydimethylglutarimide (PMGI) resist is preferable.
[0017]
The material of the uppermost layer is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, and the resist pattern thickening material is thicker than the lowermost layer in which the gate electrode opening is formed. A material with a low degree is preferable, and can be appropriately selected from known electron beam resists, photoresists, and the like, but a polystyrene polymer-containing resist containing a polystyrene polymer and an acrylic resin is preferable.
[0018]
As a material of each layer in the multilayer resist, commercially available products can be used as appropriate.
Each layer in the laminated resist can be formed by applying a resist material or the like of each layer and drying. In addition, there is no restriction | limiting in particular as said application | coating method, According to the objective, it can select suitably from well-known methods, For example, a spin coat method etc. are mentioned.
[0019]
In the present invention, as the multilayer resist, the lowermost layer is formed of the polymethylmethacrylate (PMMA) resist, the intermediate layer is formed of the polydimethylglutarimide (PMGI) resist, and the uppermost layer is The three-layer structure formed of the polystyrene polymer-containing resist can stably form the gate electrode opening (fine gate opening), and can stably and efficiently manufacture the gate electrode. This is preferable.
[0020]
-Opening process-
The opening forming step is a step of forming an opening in a layer other than the lowermost layer.
[0021]
A method for forming an opening in a layer other than the lowermost layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, the multilayer resist is formed from the lowermost layer, the intermediate layer, and the uppermost layer. When the uppermost layer has the three-layer structure, an uppermost layer opening is formed in the uppermost layer by electron beam drawing, and the intermediate layer is subjected to an alkali development treatment from the uppermost layer opening to the intermediate layer. A method of forming the opening and performing side etching (set back formation) on the opening of the intermediate layer is preferable.
[0022]
The electron beam drawing can be performed using a known electron beam drawing apparatus. Moreover, the said alkali image development process can be performed according to well-known conditions etc. using a well-known alkali developing solution.
Note that it is preferable to perform side etching (set back formation) on the opening of the intermediate layer because a space for forming an overgate portion of the gate electrode can be formed and lift-off can be easily performed.
[0023]
There is no restriction | limiting in particular as an opening dimension of the uppermost layer opening formed in the uppermost layer in the said multilayer resist, Although it can select suitably according to the objective, For example, it is about 0.20-1.00 micrometer. preferable.
[0024]
-Gate electrode opening formation process-
The gate electrode opening forming step is a step of forming a gate electrode opening (fine gate opening) in the lowermost layer.
The gate electrode opening (fine gate opening) can be formed by performing electron beam drawing on the lowermost layer.
There is no restriction | limiting in particular as the method of the said electron beam drawing, According to a known condition according to the objective, it can carry out using a well-known electron beam drawing apparatus.
The opening size of the gate electrode opening formed by the electron beam drawing is about 0.1 to 0.2 μm.
[0025]
-Gate electrode opening reduction process-
The gate electrode opening reduction step is a step of selectively reducing the gate electrode opening.
[0026]
The method for reducing the size of the gate electrode opening is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a resist pattern thickening material is applied to the gate electrode opening. Particularly preferred is a method in which the treatment for reducing the opening size (diameter) is performed at least once.
The resist pattern thickening material is excellent in the thickening effect even when the lowermost layer is a neutral resist material such as the polymethyl methacrylate (PMMA) resist, and is efficiently formed in the lowermost layer. This is preferable in that the gate electrode opening can be thickened.
[0027]
In the opening reduction process for the gate electrode, the resist pattern thickening material can be suitably used.In this case, when the resist pattern thickening material is applied to the opening for the gate electrode and crosslinked, The gate electrode opening is thickened, a surface layer is formed on the gate electrode opening, and the opening dimension (size) of the uppermost layer opening is reduced. As a result, a finer gate electrode opening is formed exceeding the irradiation limit of the electron beam used when forming the uppermost layer opening.
[0028]
At this time, the amount of increase in the thickness of the gate electrode opening, that is, the amount of reduction in the opening size of the gate electrode opening is the composition, composition ratio, blending amount, concentration, viscosity of the resist pattern thickening material, By appropriately adjusting the coating thickness, baking temperature, baking time, etc., it can be controlled within a desired range.
The composition, composition ratio, blending amount, concentration, viscosity, and the like of the resist pattern thickening material are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Other than water in the resist pattern thickening material The total content of these components is preferably 5 to 40% by mass from the viewpoint of controlling the thickening amount of the gate electrode opening, that is, the reduction amount of the opening size of the gate electrode opening. The reduction amount of the opening dimension can be adjusted by the concentration of the resin, surfactant, crosslinking agent, etc. in the resist pattern thickening material.
[0029]
--Resist pattern thickening material--
The resist pattern thickening material contains a resin, a crosslinking agent, and a surfactant, and further includes a water-soluble aromatic compound and an aromatic compound, which are appropriately selected as necessary. Resin, organic solvent, and other components.
[0030]
The resist pattern thickening material is water-soluble or alkali-soluble.
The resist pattern thickening material is in the form of an aqueous solution, but may be in the form of a colloidal liquid or an emulsion, but is preferably in the form of an aqueous solution.
[0031]
The resin is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably water-soluble or alkali-soluble, and can cause a crosslinking reaction or does not cause a crosslinking reaction, but a water-soluble crosslinking agent. More preferably, it can be mixed with.
[0032]
When the resin is a water-soluble resin, the water-soluble resin is preferably a water-soluble resin that dissolves 0.1 g or more in water at 25 ° C.
Examples of the water-soluble resin include polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, polyvinyl acetate, polyacrylic acid, polyvinyl pyrrolidone, polyethyleneimine, polyethylene oxide, styrene-maleic acid copolymer, polyvinylamine, polyallylamine, and oxazoline group-containing water-soluble resins. Examples thereof include resins, water-soluble melamine resins, water-soluble urea resins, alkyd resins, and sulfonamide resins.
[0033]
When the resin is alkali-soluble, the alkali-soluble resin is preferably an alkali-soluble resin that dissolves 0.1 g or more in a 2.38% TMAH aqueous solution at 25 ° C.
Examples of the alkali-soluble resin include novolak resins, vinylphenol resins, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, poly p-hydroxyphenyl acrylate, poly p-hydroxyphenyl methacrylate, and copolymers thereof.
[0034]
The said resin may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Among these, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, polyvinyl acetate and the like are preferable.
[0035]
The content of the resin in the resist pattern thickening material varies depending on the type and content of the cross-linking agent and the like, and cannot be specified unconditionally, but can be appropriately determined according to the purpose.
[0036]
There is no restriction | limiting in particular as said crosslinking agent, Although it can select suitably according to the objective, The water-soluble thing which bridge | crosslinks with a heat | fever or an acid is preferable, For example, an amino type crosslinking agent is mentioned suitably.
Suitable examples of the amino crosslinking agent include melamine derivatives, urea derivatives, uril derivatives, and the like. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
Examples of the urea derivative include urea, alkoxymethylene urea, N-alkoxymethylene urea, ethylene urea, ethylene urea carboxylic acid, and derivatives thereof.
Examples of the melamine derivative include alkoxymethylmelamine and derivatives thereof.
Examples of the uril derivative include benzoguanamine, glycoluril, and derivatives thereof.
[0037]
The content of the cross-linking agent in the resist pattern thickening material differs depending on the type and content of the resin and cannot be defined unconditionally, but can be appropriately determined according to the purpose.
[0038]
The surfactant is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include nonionic surfactants, cationic surfactants, anionic surfactants, and amphoteric surfactants. It is done. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together. Among these, nonionic surfactants are preferable in that they do not contain metal ions.
[0039]
The nonionic surfactant is preferably selected from an alkoxylate surfactant, a fatty acid ester surfactant, an amide surfactant, an alcohol surfactant, and an ethylenediamine surfactant. Can be mentioned. Specific examples of these include polyoxyethylene-polyoxypropylene condensate compounds, polyoxyalkylene alkyl ether compounds, polyoxyethylene alkyl ether compounds, polyoxyethylene derivative compounds, sorbitan fatty acid ester compounds, glycerin fatty acid ester compounds, Primary alcohol ethoxylate compound, phenol ethoxylate compound, nonylphenol ethoxylate, octylphenol ethoxylate, lauryl alcohol ethoxylate, oleyl alcohol ethoxylate, fatty acid ester, amide, natural alcohol, ethylenediamine, Secondary alcohol ethoxylates and the like can be mentioned.
[0040]
The cationic surfactant is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include alkyl cationic surfactants, amide type quaternary cationic surfactants, and ester type quaternary cationic types. Surfactant etc. are mentioned.
[0041]
There is no restriction | limiting in particular as said amphoteric surfactant, According to the objective, it can select suitably, For example, an amine oxide type surfactant, a betaine type surfactant, etc. are mentioned.
[0042]
The content of the surfactant in the resist pattern thickening material differs depending on the type and content of the resin, the cross-linking agent, etc., and cannot be specified unconditionally. You can choose.
[0043]
It is preferable that the resist pattern thickening material contains a water-soluble aromatic compound because the etching resistance of the gate electrode opening can be remarkably improved.
The water-soluble aromatic compound is not particularly limited as long as it is an aromatic compound and exhibits water-solubility, and can be appropriately selected according to the purpose. However, 1 g or more is dissolved in 100 g of water at 25 ° C. Those exhibiting water solubility are preferable, those exhibiting water solubility of 3 g or more with respect to 100 g of water at 25 ° C. are more preferable, and those having water solubility of 5 g or more with respect to 100 g of water at 25 ° C. are particularly preferable.
[0044]
Examples of the water-soluble aromatic compound include polyphenol compounds, aromatic carboxylic acid compounds, naphthalene polyhydric alcohol compounds, benzophenone compounds, flavonoid compounds, porphine, water-soluble phenoxy resins, aromatic-containing water-soluble dyes, derivatives thereof, These glycosides are exemplified. These may be used alone or in combination of two or more.
[0045]
Examples of the polyphenol compound and derivatives thereof include catechin, anthocyanidin (pelargosine type (4′-hydroxy), cyanidin type (3 ′, 4′-dihydroxy), delphinidin type (3 ′, 4 ′, 5′-trihydroxy). )), Flavan-3,4-diol, proanthocyanidins, resorcin, resorcin [4] arene, pyrogallol, gallic acid, derivatives or glycosides thereof, and the like.
[0046]
Examples of the aromatic carboxylic acid compound and derivatives thereof include salicylic acid, phthalic acid, dihydroxybenzoic acid, tannin, derivatives and glycosides thereof, and the like.
[0047]
Examples of the naphthalene polyhydric alcohol compound and derivatives thereof include naphthalenediol, naphthalenetriol, derivatives or glycosides thereof, and the like.
[0048]
Examples of the benzophenone compound and derivatives thereof include alizarin yellow A, derivatives or glycosides thereof, and the like.
[0049]
Examples of the flavonoid compound and derivatives thereof include flavone, isoflavone, flavanol, flavonone, flavonol, flavan-3-ol, aurone, chalcone, dihydrochalcone, quercetin, derivatives or glycosides thereof, and the like.
[0050]
Among the water-soluble aromatic compounds, those having two or more polar groups are preferable, those having three or more are more preferable, and those having four or more are particularly preferable in terms of excellent water solubility.
There is no restriction | limiting in particular as said polar group, Although it can select suitably according to the objective, For example, a hydroxyl group, a carboxyl group, a carbonyl group, a sulfonyl group etc. are mentioned.
[0051]
The content of the water-soluble aromatic compound in the resist pattern thickening material can be appropriately determined according to the type and content of the resin and the crosslinking agent.
[0052]
It is preferable that the resist pattern thickening material contains a resin partly containing an aromatic compound because the etching resistance of the uppermost layer opening can be remarkably improved.
The resin partially containing the aromatic compound is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. However, it is preferable that a crosslinking reaction can occur, for example, a polyvinyl aryl acetal resin. , Polyvinyl aryl ether resins, polyvinyl aryl ester resins, derivatives thereof, and the like are preferable, and at least one selected from these is preferable, and is an acetyl group in that it exhibits moderate water solubility or alkali solubility. It is more preferable to have These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
[0053]
The polyvinyl aryl acetal resin is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include β-resorcin acetal.
There is no restriction | limiting in particular as said polyvinyl aryl ether resin, According to the objective, it can select suitably, For example, 4-hydroxybenzyl ether etc. are mentioned.
There is no restriction | limiting in particular as said polyvinyl aryl ester resin, According to the objective, it can select suitably, For example, benzoic acid ester etc. are mentioned.
[0054]
There is no restriction | limiting in particular as a manufacturing method of the said polyvinyl aryl acetal resin, Although it can select suitably according to the objective, For example, the manufacturing method using a well-known polyvinyl acetal reaction etc. are mentioned suitably. The production method is, for example, a method in which an acetalization reaction is performed between polyvinyl alcohol and a stoichiometrically required amount of aldehyde under an acid catalyst. Specifically, USP 5,169, Preferable examples include the methods disclosed in U.S. Patent No. 897, No. 5,262,270, and Japanese Patent Laid-Open No. 5-78414.
[0055]
The method for producing the polyvinyl aryl ether resin is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, the copolymerization reaction of the corresponding vinyl aryl ether monomer and vinyl acetate, the presence of a basic catalyst Examples include etherification reaction between polyvinyl alcohol and an aromatic compound having a halogenated alkyl group (Williamson's ether synthesis reaction). Specific examples include JP-A-2001-40086 and JP-A-2001-181383. A method disclosed in JP-A-6-116194 is preferable.
[0056]
The method for producing the polyvinyl aryl ester resin is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, the copolymerization reaction of the corresponding vinyl aryl ester monomer and vinyl acetate, the presence of a basic catalyst Below, esterification reaction of polyvinyl alcohol and an aromatic carboxylic acid halide compound, etc. are mentioned.
[0057]
The aromatic compound in the resin partially containing the aromatic compound is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include monocyclic aromatic benzene derivatives and pyridine derivatives. Preferred examples include compounds in which a plurality of aromatic rings are linked (polycyclic aromatics such as naphthalene and anthracene).
[0058]
Examples of the aromatic compound in the resin partially containing the aromatic compound include a hydroxyl group, a cyano group, an alkoxyl group, a carboxyl group, an amino group, an amide group, an alkoxycarbonyl group, a hydroxyalkyl group, a sulfonyl group, and an acid. From the viewpoint of water solubility, it is preferable to have at least one functional group such as an anhydride group, a lactone group, a cyanate group, an isocyanate group, a ketone group, or a sugar derivative. A hydroxyl group, an amino group, a sulfonyl group, a carboxyl group More preferably, it has at least one functional group selected from the group and groups derived from these derivatives.
[0059]
The molar content of the aromatic compound in the resin having a part of the aromatic compound is not particularly limited as long as the etching resistance is not affected, and can be appropriately selected according to the purpose. Is required, it is preferably 5 mol% or more, more preferably 10 mol% or more.
In addition, the molar content of the aromatic compound in the resin partially including the aromatic compound can be measured using, for example, NMR.
[0060]
The content of the resin containing the aromatic compound in the resist pattern thickening material can be appropriately determined according to the type and content of the resin, the crosslinking agent, and the like.
[0061]
By adding the organic solvent to the resist pattern thickening material, the solubility of the resin, the crosslinking agent, etc. in the resist pattern thickening material can be improved.
[0062]
The organic solvent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include alcohol-based organic solvents, chain ester-based organic solvents, cyclic ester-based organic solvents, ketone-based organic solvents, and chain ethers. And organic ether solvents and cyclic ether organic solvents.
[0063]
Examples of the alcohol organic solvent include methanol, ethanol, propyl alcohol, isopropyl alcohol, butyl alcohol, and the like.
Examples of the chain ester organic solvent include ethyl lactate and propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA).
Examples of the cyclic ester organic solvent include lactone organic solvents such as γ-butyrolactone.
Examples of the ketone organic solvent include ketone organic solvents such as acetone, cyclohexanone, and heptanone.
Examples of the chain ether organic solvent include ethylene glycol dimethyl ether.
Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran, dioxane, and the like.
[0064]
These organic solvents may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. Among these, the thing which has a boiling point of about 80-200 degreeC is preferable at the point which can thicken finely.
[0065]
The content of the organic solvent in the resist pattern thickening material can be appropriately determined according to the type and content of the resin, the crosslinking agent, the surfactant, and the like.
[0066]
The other components are not particularly limited as long as they do not impair the effects of the present invention, and can be appropriately selected according to the purpose. Various known additives such as thermal acid generators, amines, amides, Quenchers such as ammonium chlorine are listed.
The content of the other components in the resist pattern thickening material can be appropriately determined according to the type and content of the resin and the crosslinking agent.
[0067]
When the resist pattern thickening material is applied to the gate electrode opening and crosslinked, the gate electrode opening is thickened, and a surface layer is formed on the gate electrode opening. The dimension (diameter) is reduced. A finer gate electrode opening is formed beyond the irradiation limit of the electron beam in the electron beam lithography apparatus used for forming the gate electrode opening.
[0068]
At this time, the amount of increase in the thickness of the opening for the gate electrode, that is, the amount of reduction in the opening dimension (diameter) of the opening for the gate electrode is the composition, composition ratio, blending amount, and concentration of the resist pattern thickening material. By adjusting the viscosity, coating thickness, baking temperature, baking time, etc., the desired range can be controlled.
The composition, composition ratio, blending amount, concentration, viscosity, and the like of the resist pattern thickening material are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Other than water in the resist pattern thickening material The total content of these components is preferably 5 to 40% by mass from the viewpoint of controlling the thickness of the gate electrode opening, that is, the reduction of the opening size (diameter) of the gate electrode opening. .
[0069]
Development processing can be performed after the application. By performing the developing treatment, it is possible to remove the excessive resist pattern thickening material that did not form a mixing layer with the lowermost layer.
The development treatment may be water development or development with a weak alkaline aqueous solution, but water development is preferable in that the development treatment can be efficiently performed at low cost.
[0070]
In the gate electrode opening reduction process, the above-described processing from the application to the development is performed at least once, and the process is performed a plurality of times as necessary, so that the opening size of the gate electrode opening is set to a desired size. Can be controlled to a degree.
[0071]
The method for applying the resist pattern thickening material is not particularly limited, and can be appropriately selected from known application methods according to the purpose. For example, a spin coating method or the like is preferable. . In the case of the spin coating method, for example, the rotational speed is about 100 to 10000 rpm, preferably 800 to 5000 rpm, the time is about 1 to 10 minutes, and preferably 1 to 90 seconds.
The coating thickness at the time of coating is usually about 100 to 10,000 mm, and preferably about 2000 to 5000 mm.
In addition, at the time of the application, the surfactant may not be contained in the resist pattern thickening material but may be separately applied before applying the resist pattern thickening material.
[0072]
Pre-baking (heating and drying) the applied resist pattern thickening material during or after the coating is performed at the interface between the lowermost layer and the resist pattern thickening material. This is preferable in that the mixing (impregnation) of the material into the lowermost layer can be efficiently generated.
The pre-baking (heating / drying) conditions and method are not particularly limited as long as the lowermost layer is not softened, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, the temperature is 40 to 120. It is about 70 degreeC, 70-100 degreeC is preferable, time is about 10 second-about 5 minutes, and 40 second-100 second is preferable.
[0073]
Further, after the pre-baking (heating / drying), the applied resist pattern thickening material is subjected to cross-linking baking (cross-linking reaction) at the interface between the lowermost layer and the resist pattern thickening material. This is preferable in that the crosslinking reaction of the mixed (impregnated) portion can be efficiently advanced.
The conditions and method for the cross-linking bake (cross-linking reaction) are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. However, a temperature condition generally higher than that of the pre-bake (heating / drying) is adopted. Is done. The conditions for the crosslinking baking (crosslinking reaction) are, for example, a temperature of about 70 to 150 ° C., preferably 90 to 130 ° C., a time of about 10 seconds to 5 minutes, and preferably 40 seconds to 100 seconds.
[0074]
Further, after the cross-linking bake (cross-linking reaction), the applied resist pattern thickening material is preferably developed. In this case, of the applied resist pattern thickening material, a portion that is not cross-linked with the lowermost layer or a portion that is weakly cross-linked (highly water-soluble portion) is dissolved and removed, and the thickened resist pattern is developed (obtained). ) Is preferable.
[0075]
-Gate electrode formation process-
The gate electrode forming step is a step of forming a gate electrode in the gate electrode opening.
There is no restriction | limiting in particular as a formation method of the said gate electrode, Although it can select suitably according to the objective, For example, a vapor deposition method etc. are mentioned suitably.
The metal material to be deposited by the deposition method can be appropriately selected from those known as electrode materials. For example, Al, Ti, Pt, Au, and the like are preferable. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together. These metals may be laminated to form the T-type electrode. In this case, for example, an embodiment in which the T-type electrode is formed of a laminated film of Ti, Pt, and Au is preferable.
[0076]
Further, after the formation of the gate electrode, it is necessary to remove the multilayer resist. Examples of the method for removing the multilayer resist include a lift-off method and an etching method. Among these, the lift-off method is used. Preferably mentioned. The conditions of these methods are not particularly limited and can be appropriately selected from known conditions.
[0077]
In the gate electrode forming step, a T-type electrode is formed in an opening formed through the multilayer resist. Specifically, a base portion of the gate electrode is formed in the opening portion for the gate electrode, and an overgate portion in the gate electrode is formed in the opening formed by side etching. Then, the laminated resist is removed to obtain a gate electrode.
[0078]
-Other processes-
The other process is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the purpose. For example, an electron beam incident process in which an electron beam is incident in the vicinity of the gate electrode opening in the lowermost layer, the gate A gate electrode formation surface digging step for digging a gate electrode formation surface using the electrode opening as a mask is preferable.
The gate electrode forming surface portion dug in the gate electrode forming surface digging step may be referred to as a “recess region”, and an end wall surface in the “recess region” may be referred to as a “recess end”.
[0079]
-Electron beam injection process-
The electron beam incident step is a step that is performed before the gate electrode opening reduction step and causes an electron beam to enter the vicinity of the gate electrode opening in the lowermost layer.
The electron beam incident step may be performed either before or after the opening forming step or before or after the gate electrode opening forming step.
[0080]
The amount of electron beam incident on the lowermost layer in the electron beam incident step is preferably a dose amount equal to or less than development Eth. It is preferable that the incident amount is equal to or less than the development Eth in that the lowermost layer can be efficiently thickened without patterning the lowermost layer.
[0081]
In the present invention, when the electron beam is applied to the lowermost layer in the electron beam incident step, the lowermost layer portion on which the electron beam is incident is easily thickened by the resist pattern thickening material. As shown in FIG. 1, the incident amount of the electron beam to the lowermost layer and the thickening amount by the resist pattern thickening material are substantially proportional. Therefore, the amount of reduction of the opening size of the gate electrode opening in the gate electrode opening reduction step can be arbitrarily adjusted by appropriately changing the amount of electron beam incident in the electron beam incidence step, and the lowest layer Among the plurality of gate electrode openings formed by the electron beam drawing, those having different opening dimensions can be formed, and gate electrodes having different degrees of fineness can be arbitrarily formed on the same gate electrode forming surface. This is advantageous in that
[0082]
In the electron beam incident step, the electron beam may be incident on the lowermost layer by causing the electron beam to be incident uniformly or symmetrically in the vicinity of the opening for the gate electrode, or may be incident unevenly or asymmetrically. It may be done by.
[0083]
In the case where an electron beam is incident uniformly or symmetrically in the vicinity of the gate electrode opening, the vicinity of the gate electrode opening can be made substantially uniform or symmetrically thickened, and when the gate electrode forming step is performed, the opening When the transistor is designed by providing the source electrode and the drain electrode together with the obtained gate electrode, the gate electrode side end and the gate electrode are The distance between the recesses on the source electrode side in the formed recess region is the same as the distance between the recesses on the drain electrode side in the recess region where the gate electrode is formed and the end on the drain electrode side in the gate electrode. can do.
[0084]
When an electron beam is incident non-uniformly or asymmetrically in the vicinity of the gate electrode opening, the vicinity of the gate electrode opening can be thickened non-uniformly or asymmetrically, and the gate electrode forming step is performed. When the transistor is designed by providing the source electrode and the drain electrode together with the obtained gate electrode and the opening formed in the opening forming step and the gate electrode opening are not located concentrically, the source in the gate electrode The distance between the electrode side end and the source electrode side recess end in the recess region in which the gate electrode is formed, and the distance between the drain electrode side recess end in the recess region in which the gate electrode is formed, and the drain electrode side end in the gate electrode Can be made different from each other (a so-called offset gate or offset recess is manufactured).
[0085]
Here, the manufacturing of the offset gate will be described in detail. For example, when it is desired to increase the distance between the gate electrode end and the recess end in the recess region on the drain electrode side, that is, the source electrode side end and the gate electrode are formed. When the distance between the recess edges in the recessed area formed is desired to be shorter than the distance between the drain electrode side recess edge and the drain electrode side edge in the recess area (low resistance layer removal area) where the gate electrode is formed. After the gate electrode opening is formed in the gate electrode opening forming step, and before the gate electrode opening reducing step, the gate electrode opening has a source electrode side periphery. An electron beam incidence step for performing more electron beam incidence (dose) is performed.
Next, using the gate electrode opening that determines the length of the low resistance layer removal region (recess region) as a mask, the low resistance layer existing in the vicinity of the gate electrode formation surface is dug and removed, and the low resistance layer removal region A gate electrode formation surface digging step for forming the (recess region) is performed.
[0086]
Then, when the gate electrode opening reduction process is performed using the resist pattern thickening material, the drain electrode side in the gate electrode opening is thicker than the source electrode side, and the drain electrode The reduction amount of the opening dimension on the side is larger than the reduction amount of the opening dimension on the source electrode side, the opening dimension is reduced asymmetrically in the recess region, and the gate electrode opening is the source in the recess region. It is formed (displaced) at a position shifted to the electrode side.
Next, when the gate electrode is formed in the gate electrode formation step, the offset gate is manufactured.
[0087]
-Gate electrode formation surface digging process-
The gate electrode formation surface digging step is a step of digging the gate electrode formation surface using the gate electrode opening as a mask.
The gate electrode formation surface digging step can be suitably performed by, for example, an etching process, and the etching process is not particularly limited, and for example, dry etching is preferable.
There is no restriction | limiting in particular as the conditions of the said etching process, According to the objective, it can select suitably.
[0088]
The gate electrode forming surface digging step is preferably performed after the gate electrode opening forming step and before the gate electrode opening reducing step, and when the electron beam incident step is performed, the gate electrode forming step is performed. It is particularly preferable that this is performed after the electrode opening forming step and before the gate electrode opening reducing step and the electron beam incident step.
In the case where the gate electrode forming surface digging step is performed after the gate electrode opening forming step and before the gate electrode opening reducing step, conventionally, a recess region forming opening is formed to form a recess region. To form an extremely fine and highly accurate offset gate (offset recess) that could not be realized later by the method of forming the gate electrode opening, two openings, a recess region forming opening and a gate electrode opening, are used. Instead, it can be performed using one opening.
[0089]
When the gate electrode formation surface digging step is performed after the gate electrode opening forming step and before the gate electrode opening reducing step, first, the gate electrode opening is formed, and this is used as a mask. After the recess region is dug, the gate electrode opening is reduced, and the gate electrode is formed using the reduced gate electrode opening as a mask. Therefore, there is no positional deviation between the recess region and the gate electrode (fine gate electrode). Since patterning for forming a recess region (low resistance layer removal region) where the gate electrode is formed and patterning for forming the gate electrode opening are performed at the same time, opening alignment at the time of patterning is unnecessary. is there. When this opening alignment is necessary, the formation accuracy of the peripheral structure of the gate electrode is determined and limited by the alignment accuracy, and when the alignment accuracy is not sufficient and there is a positional deviation, There is a problem that misalignment occurs between the recess region and the gate electrode to be formed. In the ultra-high frequency device, the distance from the end of the gate electrode (fine gate electrode) to the recess end in the recess region is about 0.1 μm or less, and if the distance varies based on the positional deviation, There is a problem that the device characteristics are reduced, the frequency of the circuit operation is lowered, and the device characteristics vary. However, when the gate electrode formation surface digging step is performed after the gate electrode opening forming step and before the gate electrode opening reducing step, alignment is not required, and the electron beam lithography apparatus There is no need for layer superposition, and there is no problem as described above.
[0090]
In order to form the recess region and the gate electrode opening by using one opening, the opening size of the opening for forming the recess region is set to about 0.2 μm, and then the opening size of the opening is set. In the present invention, the gate electrode opening having an opening size of about 0.2 μm is used in the gate electrode opening reducing step, using the resist pattern thickening material. By increasing the thickness, the opening size of the date electrode opening can be easily reduced to about 0.1 μm.
[0091]
Further, the reduction amount of the opening size of the gate electrode opening may vary depending on the function and role of a semiconductor device such as a transistor to be manufactured. By appropriately changing the incident amount of the electron beam, it can be easily controlled to a desired level.
[0092]
In addition, it is advantageous in terms of device design that an offset gate can be formed only at an arbitrary position. However, in the present invention, in the electron beam incident step, the gate electrode opening is not uniform or non-uniform. By making the electron beam incident asymmetrically, the offset amount can be arbitrarily changed to a desired level. Therefore, a large number of offset gates having different offset amounts can be separately formed in the device circuit to be manufactured.
[0093]
The gate electrode of the present invention produced by the method for producing a gate electrode of the present invention may or may not be an offset gate, and can be suitably used for various semiconductor devices. It can be preferably used for a field effect transistor, and can be particularly preferably used for a semiconductor device of the present invention.
[0094]
(Semiconductor device and manufacturing method thereof)
The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes at least the above-described method for manufacturing a gate electrode according to the present invention, and includes other processes appropriately selected.
There is no restriction | limiting in particular as said other process, According to the semiconductor device to manufacture, it can select suitably from well-known processes.
The semiconductor device of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention. The semiconductor device of the present invention can be suitably used as a field effect transistor or an integrated circuit thereof.
[0095]
【Example】
Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to these examples.
[0096]
Example 1
On the semi-insulating GaAs substrate, a buffer layer, an InGaAs electron transit layer, an AlGaAs electron supply layer, and a GaAs low resistance layer are sequentially stacked by MOCVD, and an active region is formed by oxygen implantation. An ohmic electrode was formed using a 20 nm) / Au (200 nm) electrode. The surface of this semi-insulating GaAs substrate was used as a gate
[0097]
Next, in the active region on the gate
[0098]
Next, as shown in FIG. 2, a PMMA-based resist (ZEP2000, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) is applied on the gate
[0099]
Next, as shown in FIG. 2, electron beam drawing was performed on the
[0100]
Next, electron beam drawing was performed on the
[0101]
Next, a dose (60 μC) equal to or lower than development Eth, which is a dose amount for developing the
The dose in Example 1 is 60 μC, but the
[0102]
Next, the gate electrode opening reduction process was performed. First, a resist pattern thickening material was prepared. That is, 16 parts by mass of polyvinyl acetal resin (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., KW-3) as the resin, 1 part by mass of tetramethoxymethyl glycoluril (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) as the crosslinking agent, and the surfactant Polyoxyethylene monoalkyl ether surfactant (manufactured by Asahi Denka Co., Ltd., TN-80, nonionic surfactant) 0.0625 parts by mass. Further, as a main solvent component excluding the resin, the crosslinking agent and the surfactant, a mixed solution of pure water (deionized water) and isopropyl alcohol (mass ratio is pure water (deionized water): isopropyl alcohol = 82.6: 0.4) was used. Next, as shown in FIG. 4, this resist pattern thickening material is applied by spin coating at 3000 rpm for 60 seconds, and then pre-baked at 85 ° C. for 70 seconds to form the gate electrode opening and the resist pattern thickness. The meatizing material was mixed to form a
As a result, the resist pattern thickening material can be easily and efficiently simply applied to the gate electrode opening, and in a specific one of the gate electrode openings, that is, in the electron beam incident process, more In the opening into which the dose was incident, the opening size was finely reduced to 0.08 μm, and the opening size of the others was also finely reduced to 0.1 μm. During the gate electrode opening reduction process, the opening dimensions of the openings in the
[0103]
Next, the gate electrode forming step was performed. That is, an electrode having a Ti thickness of 10 nm, a Pt thickness of 10 nm, and an Au thickness of 300 nm was formed by vapor deposition using a high vacuum deposition apparatus. Thereafter, the laminated resist was removed by a lift-off method (N-methyl-2-pyrrolidinone, 75 ° C., 60 minutes) to form a fine T-type gate electrode.
[0104]
(Example 2)
Example 1 is the same as Example 1 except that the gate electrode formation surface digging step is performed after the gate electrode opening forming step and before the electron beam incident step and the gate electrode opening reducing step. The same was done.
Specifically, as shown in FIG. 4A, the source electrode S and the drain electrode D were formed at regular intervals on the surface of the semi-insulating GaAs substrate, and an SiN film was formed. Then, a multilayer resist 5 composed of the
[0105]
Next, as shown in FIG. 4B, the low resistance layer portion on the surface of the semi-insulating GaAs substrate is dug and removed using the
[0106]
Next, in the same manner as in Example 1, the electron beam incidence step and the gate electrode reduction step were performed, and as shown in FIG. 4C, the opening of the
In Example 2, the pre-baking was performed at 95 ° C. for 70 seconds, and the crosslinking baking was performed at 105 ° C. for 70 seconds. Further, the dose in Example 2 is 60 μC as in Example 1, but in the state where the
[0107]
Thus, a field effect transistor having a fine gate electrode was obtained. In the field effect transistor, the recess length on the source electrode S side and the recess length on the drain electrode D side are the same with respect to the
[0108]
Example 3
In Example 2, in the electron incident step, in order to selectively reduce the size of the opening on the drain electrode D side in the gate electrode opening, a dose (60 μC) equal to or less than the development Eth is incident only on the drain electrode D side. (See FIGS. 5A to 5C).
As a result, as shown in FIG. 5D, the field effect provided with the offset gate, in which the recess length on the drain electrode D side is 0.04 μm longer than the recess length on the source electrode S side with respect to the
[0109]
Here, it will be as follows if the preferable aspect of this invention is appended.
(Additional remark 1) On the gate electrode formation surface, the lamination resist formation process which forms the lamination resist which contains an electron beam resist layer at least in the lowest layer, the opening formation process which forms an opening in layers other than the lowest layer, and the said opening Forming a gate electrode opening in the lowermost layer exposed from the gate electrode; forming a gate electrode opening in the gate electrode opening; and a gate electrode opening reducing process for selectively reducing the gate electrode opening; And a gate electrode forming step for forming the gate electrode.
(Supplementary Note 2) The gate electrode opening reducing step includes applying a resist pattern thickening material on the surface of the lowermost layer to reduce the opening size of the gate electrode opening formed in the lowermost layer at least once. The method for manufacturing a gate electrode according to
(Additional remark 3) The manufacturing method of the gate electrode of
(Additional remark 4) The manufacturing method of the gate electrode of
(Additional remark 5) The manufacturing method of the gate electrode of
(Additional remark 6) The manufacturing method of the gate electrode of
(Supplementary note 7) The amount according to any one of
(Supplementary note 8)
(Additional remark 9) The manufacturing method of the gate electrode of Additional remark 8 in which a gate electrode formation surface digging process is performed by either dry etching or wet etching.
(Additional remark 10) The manufacturing method of the gate electrode in any one of
(Additional remark 11) The manufacturing method of the gate electrode in any one of additional remarks 1-10 in which the lowest layer was formed with the electron beam resist.
(Additional remark 12) The manufacturing method of the gate electrode in any one of additional remarks 1-11 in which the lowest layer was formed with the polymethylmethacrylate (PMMA) type resist.
(Additional remark 13) The manufacturing method of the gate electrode in any one of additional remarks 1-12 whose intermediate layer right above a lowermost layer is side-etchable.
(Additional remark 14) The manufacturing method of the gate electrode in any one of
(Additional remark 15) The manufacturing method of the gate electrode formed in any one of additional remarks 1-14 in which the intermediate layer immediately above the lowest layer was formed with the polydimethylglutarimide (PMGI) type resist.
(Additional remark 16) The manufacturing method of the gate electrode in any one of additional remarks 1-15 in which the uppermost layer was formed with the electron beam resist.
(Additional remark 17) The manufacturing method of the gate electrode in any one of additional remarks 1-16 in which the uppermost layer was formed with the polystyrene polymer containing resist.
(Supplementary note 18) The laminated resist is composed of three layers, the lowermost layer is formed of a polymethylmethacrylate (PMMA) resist, the intermediate layer immediately above the lowermost layer is formed of a polydimethylglutarimide (PMGI) resist, 18. The method for producing a gate electrode according to any one of
(Supplementary note 19) The method for manufacturing a gate electrode according to any one of
(Supplementary note 20) The method for producing a gate electrode according to any one of
(Supplementary note 21) The method for producing a gate electrode according to
(Supplementary note 22) The method for producing a gate electrode according to any one of
(Supplementary note 23) The method for producing a gate electrode according to supplementary note 22, wherein the resist pattern thickening material is water-soluble or alkali-soluble.
(Additional remark 24) The manufacturing method of the gate electrode of Additional remark 22 or 23 whose surfactant is a nonionic surfactant.
(Additional remark 25) The manufacturing method of the gate electrode in any one of Additional remark 22 to 24 whose resin is at least 1 sort (s) selected from polyvinyl alcohol, polyvinyl acetal, and polyvinyl acetate.
(Additional remark 26) The manufacturing method of the gate electrode in any one of Additional remark 22 to 25 whose crosslinking agent is at least 1 sort (s) selected from a melamine derivative, a urea derivative, and a uril derivative.
(Additional remark 27) The manufacturing method of the gate electrode in any one of Additional remark 22 to 26 containing at least 1 sort (s) selected from the resin which has a water-soluble aromatic compound and an aromatic compound in part.
(Supplementary Note 28) The water-soluble aromatic compound is selected from a polyphenol compound, an aromatic carboxylic acid compound, a naphthalene polyhydric alcohol compound, a benzophenone compound, a flavonoid compound, a derivative thereof, and a glycoside thereof. 28. The method for producing a gate electrode according to appendix 27, wherein the resin included in the portion is selected from a polyvinyl aryl acetal resin, a polyvinyl aryl ether resin, and a polyvinyl aryl ester resin.
(Additional remark 29) The manufacturing method of the gate electrode in any one of additional marks 22-28 containing an organic solvent.
(Supplementary Note 30) In Supplementary Note 29, the organic solvent is at least one selected from alcohol solvents, chain ester solvents, cyclic ester solvents, ketone solvents, chain ether solvents, and cyclic ether solvents. The manufacturing method of the gate electrode of description.
(Appendix 31) A gate electrode manufactured by the method for manufacturing a gate electrode according to any one of
(Supplementary Note 32) The distance between the source electrode side end in the gate electrode and the source electrode side recess end in the recess region where the gate electrode is formed, the drain electrode side recess end in the recess region where the gate electrode is formed, and 32. The gate electrode according to appendix 31, wherein the distance between the drain electrode side ends of the gate electrode is the same.
(Supplementary Note 33) The distance between the source electrode side end in the gate electrode and the source electrode side recess end in the recess region where the gate electrode is formed, the drain electrode side recess end in the recess region where the gate electrode is formed, and 32. The gate electrode according to appendix 31, wherein the distance between the drain electrode side ends of the gate electrode is different.
(Additional remark 34) The gate electrode in any one of additional remarks 31-33 used for a field effect transistor.
(Additional remark 35) The manufacturing method of the semiconductor device characterized by including the manufacturing method of the gate electrode in any one of Additional remark 1-30.
(Appendix 36) A semiconductor device manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device according to Appendix 35.
(Supplementary Note 37) A source electrode and a drain electrode are provided, and the distance between the source electrode side end in the gate electrode and the source electrode side recess end in the recess region in which the gate electrode is formed, and the gate electrode is formed. 37. The semiconductor device according to appendix 36, wherein a distance between the drain electrode side recess end in the recess region and a distance between the drain electrode side end in the gate electrode are the same.
(Supplementary Note 38) A source electrode and a drain electrode are provided, and the distance between the source electrode side end in the gate electrode and the source electrode side recess end in the recess region in which the gate electrode is formed, and the gate electrode is formed. 37. The semiconductor device according to appendix 36, wherein a distance between the recess electrode side recess end in the recessed region and a distance between the drain electrode side end in the gate electrode are different.
[0110]
【The invention's effect】
According to the present invention, conventional problems can be solved, and the gate electrode resist opening formed by normal electron beam drawing is thickened to reduce the opening size, thereby effectively producing a fine gate electrode. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a possible gate electrode. The present invention is also suitable for a field effect transistor which is manufactured by the method for manufacturing a gate electrode, has excellent high frequency characteristics, and is useful as a device for transmitting / receiving quasi-millimeter / millimeter-wave charged waves or for high-speed signal processing (for optical communication). An object is to provide a simple gate electrode. Furthermore, the present invention can provide a high-performance semiconductor device using the date electrode and an efficient manufacturing method thereof.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a relationship between an electron beam incident amount and a resist thickening amount.
FIG. 2 is a schematic explanatory diagram for explaining an example of a method for manufacturing a gate electrode according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram for explaining an example of an electron beam incident step in the method of manufacturing a gate electrode according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram for explaining an example of manufacturing the gate electrode of the present invention by using the method for manufacturing the gate electrode of the present invention (an example in which one opening is used and opening alignment is not required). It is.
FIG. 5 is a schematic explanatory diagram for explaining an example of manufacturing the gate electrode (offset gate) of the present invention by the gate electrode manufacturing method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Gate electrode formation surface
2 Bottom layer (PMMA resist)
3 Intermediate layer (PMGI resist)
4 Top layer (polystyrene polymer-containing resist)
5 Multilayer resist
6 Mixing layer
7 Electron beam incidence area
7a First electron beam incident area
7b Second electron beam incident area
7c Third electron beam incident area
10 Gate electrode opening
10a Recess area
20 Cross-linking mixing layer
30 Gate electrode
50 electron beam
S source electrode
D Drain electrode
Claims (4)
前記積層レジストにおける最上層に開口を形成し、前記最下層以外の中間層にサイドエッチングをして、ゲート電極のオーバーゲート部を形成するための空間を形成することにより、前記 最下層以外の層に開口を形成する開口形成工程と、
前記開口から露出する前記最下層に対して電子線描画を行い、該最下層にゲート電極用開口を形成した後、該最下層の表面にレジストパターン厚肉化材料を塗付して該最下層に形成された前記ゲート電極用開口の開口寸法を縮小させる処理を少なくとも1回行うゲート電極用開口形成工程と、
ドレイン電極側周辺に対し、ソース電極側周辺よりも多く電子線を入射させる電子線入射工程と、
該ゲート電極用開口を選択的に縮小させるゲート電極用開口縮小工程と、
該ゲート電極用開口に、前記ドレイン電極側における、前記ゲート電極端とドレイン電極間が、前記ソース電極側における、前記ゲート電極端と前記ソース電極間より長い、オフセットゲート電極を形成するオフセットゲート電極形成工程と
を含み、
前記電子線入射工程における電子線の入射量を変化させることにより、ゲート電極用開口縮小工程におけるゲート電極用開口の開口寸法の縮小量を調整することを特徴とするオフセットゲート電極の製造方法。A laminated resist forming step of forming a laminated resist including an electron beam resist layer at least on the lowest layer on the gate electrode forming surface;
Layers other than the lowermost layer are formed by forming an opening in the uppermost layer of the laminated resist and performing side etching on an intermediate layer other than the lowermost layer to form a space for forming an overgate portion of the gate electrode. Forming an opening in the opening forming step;
Electron beam drawing is performed on the lowermost layer exposed from the opening, and after forming an opening for a gate electrode in the lowermost layer, a resist pattern thickening material is applied to the surface of the lowermost layer, and the lowermost layer A gate electrode opening forming step of performing at least one process of reducing the opening size of the gate electrode opening formed in
An electron beam incident process in which more electron beams are incident on the drain electrode side periphery than on the source electrode side periphery ,
A gate electrode opening reduction process for selectively reducing the gate electrode opening;
An offset gate electrode forming an offset gate electrode in the gate electrode opening , wherein an interval between the gate electrode end and the drain electrode on the drain electrode side is longer than that between the gate electrode end and the source electrode on the source electrode side and the formation process only contains,
A method of manufacturing an offset gate electrode, comprising: adjusting an amount of reduction of an opening size of a gate electrode opening in a gate electrode opening reduction step by changing an amount of incident electron beams in the electron beam incidence step .
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