(57)【要約】【課題】イオン注入工程を含む製造方法によって製造された半導体装置の特性の低下を抑制する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第１有機膜を形成する工程と、第１有機膜上に無機膜を形成する工程と、所定の形状にパターニングされた第２有機膜を無機膜上に形成する工程と、第２有機膜をエッチングマスクとして用いて、第１有機膜が半導体基板上に残存するように、無機膜をエッチングする工程と、エッチングされた無機膜を注入マスクとして用いて、半導体基板が第１有機膜により覆われた状態で、半導体基板の内部にイオン注入を行う工程と、注入マスクを除去する工程と、を含む。【選択図】図１
2020107746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）半導体基板上に第１有機膜を形成する工程と、
（ｂ）前記第１有機膜上に無機膜を形成する工程と、
（ｃ）所定の形状にパターニングされた第２有機膜を前記無機膜上に形成する工程と、
（ｄ）前記第２有機膜をエッチングマスクとして用いて、前記第１有機膜が前記半導体基板上に残存するように、前記無機膜をエッチングする工程と、
（ｅ）前記（ｄ）の後、前記第２有機膜を除去する工程と、
（ｆ）前記（ｅ）の後、エッチングされた前記無機膜を注入マスクとして用いて、前記半導体基板が前記第１有機膜により覆われた状態で、前記半導体基板の内部にイオン注入を行う工程と、
（ｇ）前記（ｆ）の後、前記無機膜を除去する工程と、
（ｈ）前記（ｇ）の後、前記第１有機膜を除去する工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記（ｇ）では、ドライエッチング法によって前記無機膜を除去する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記（ｈ）では、ドライエッチング法によって前記第１有機膜を除去する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記（ａ）では、前記第１有機膜が前記半導体基板に直接接するように、前記第１有機膜を形成する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記無機膜は、窒化シリコン、酸化シリコン、タングステンおよびアルミニウムからなる群から選択されるいずれか一種が含まれる、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
（ａ）半導体基板上に第１有機膜を形成する工程と、
（ｂ）前記第１有機膜上に無機膜を形成する工程と、
（ｃ）所定の形状にパターニングされた第２有機膜を前記無機膜上に形成する工程と、
（ｄ）前記第２有機膜をエッチングマスクとして用いて、前記無機膜をエッチングする工程と、
（ｅ）前記無機膜をエッチングマスクとして用いて、前記半導体基板の一部が前記第１有機膜から露出するように、前記第１有機膜をエッチングする工程と、
（ｆ）エッチングされた前記無機膜を注入マスクとして用いて、前記半導体基板の内部にイオン注入を行う工程と、
（ｇ）前記（ｆ）の後、前記無機膜を除去する工程と、
（ｈ）前記（ｇ）の後、前記第１有機膜を除去する工程と、
を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記（ｇ）では、ウェットエッチング法によって前記無機膜を除去する、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記（ｈ）では、ドライエッチング法によって前記第１有機膜を除去する、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記（ａ）では、前記第１有機膜が前記半導体基板に直接接するように、前記第１有機膜を形成する、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記無機膜は、窒化シリコン、酸化シリコン、タングステンおよびアルミニウムからなる群から選択されるいずれか一種が含まれる、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、例えば、イオン注入工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板において、不純物として所定の濃度のドーパントを含有している不純物領域は、所望の形状にパターニングされた注入マスクを半導体基板上に形成した後に、半導体基板内に不純物をイオン注入することによって形成され得る（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１には、シリコン基板上に形成されたレジストマスクを注入マスクとして用いて、当該シリコン基板へのイオン注入を行って、ソース領域およびドレイン領域を形成する技術が開示されている。特許文献２には、シリコン基板上の配線層上に形成された第１フォトレジスト膜、酸化シリコン膜および第２フォトレジスト膜がこの順で積層された積層膜を形成した後、当該積層膜を注入マスクとして、当該シリコン基板へのイオン注入を行って、チャネル領域を形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３１３７６９号公報
【特許文献２】特開平４−１０７８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体プロセスの微細化に伴い、注入マスクパターンの細線化も進んでいる。細線化により、注入マスクパターンのアスペクト比が大きくなるため、パターン倒れが発生することがある。このため、注入マスクの厚さを十分に大きくすることが困難となり、高エネルギーでのイオン注入工程では、注入マスクの注入阻止能が不十分となることがある。この結果として、半導体基板のうち、注入マスク直下に位置する領域、すなわちドーパントが注入されるべきでない領域（非注入領域）にドーパントが注入されて、半導体装置の特性が低下することがある。
【０００６】
そこで、注入マスクの厚さが小さくても、高い注入阻止能を有する無機膜、または金属膜を注入マスクとして用いることが考えられる。しかしながら、半導体基板上に直接無機膜、または金属膜を形成した場合、注入マスクのパターニングおよび除去によって半導体基板にダメージが生じ、結果として、半導体装置の特性が低下することがある。
【０００７】
注入マスクの形成および除去によって半導体基板に生じ得るダメージの抑制と、高い注入阻止能とを両立して、半導体装置の特性の低下を抑制する観点からは、改善の余地がある。その他の課題および新規な特徴は、本明細書および図面の記載から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第１有機膜を形成する工程と、第１有機膜上に無機膜を形成する工程と、所定の形状にパターニングされた第２有機膜を無機膜上に形成する工程と、第２有機膜をエッチングマスクとして用いて、第１有機膜が半導体基板上に残存するように、無機膜をエッチングする工程と、第２有機膜を除去する工程と、エッチングされた無機膜を注入マスクとして用いて、半導体基板が第１有機膜により覆われた状態で、半導体基板の内部にイオン注入を行う工程と、無機膜を除去する工程と、第１有機膜を除去する工程と、を含む。
【０００９】
他の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第１有機膜を形成する工程と、第１有機膜上に無機膜を形成する工程と、所定の形状にパターニングされた第２有機膜を無機膜上に形成する工程と、第２有機膜をエッチングマスクとして用いて、無機膜をエッチングする工程と、無機膜をエッチングマスクとして用いて、半導体基板の一部が第１有機膜から露出するように、第１有機膜をエッチングする工程と、エッチングされた無機膜を注入マスクとして用いて、半導体基板の内部にイオン注入を行う工程と、無機膜を除去する工程と、第１有機膜を除去する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
一実施の形態によれば、イオン注入工程を含む製造方法によって製造された半導体装置の特性の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示すフローチャートである。
【図２】図２は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【図８】図８は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【図９】図９は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態２に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、実施の形態２に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【図１４】図１４は、実施の形態２に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【図１５】図１５は、実施の形態２に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【図１６】図１６は、実施の形態２に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【図１７】図１７は、実施の形態２に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【図１８】図１８は、実施の形態２に係る半導体装置の製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【図１９】図１９は、実施例１、２および比較例１について、第１有機膜の残存厚さ、無機膜の厚さ、非注入領域の不純物濃度および区分を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施の形態に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。なお、明細書および図面において、同一の構成要素または対応する構成要素には、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面では、説明の便宜上、構成を省略または簡略化している場合もある。
【００１３】
［実施の形態１］
実施の形態１に係る半導体装置ＳＤの製造方法では、半導体基板ＳＵＢのうち、不純物が注入される領域（注入領域）が、第１有機膜ＯＧＬ１の一部に覆われた状態で、半導体基板ＳＵＢへのイオン注入が行われる。
【００１４】
図１は、実施の形態１に係る半導体装置ＳＤの製造方法に含まれる工程の一例を示すフローチャートである。図２〜図１１は、半導体装置ＳＤの製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【００１５】
図１に示されるように、半導体装置ＳＤの製造方法は、半導体基板ＳＵＢの準備工程（Ｓ１００）、第１有機膜ＯＧＬ１の形成工程（Ｓ１１０）、無機膜ＩＯＧＬの形成工程（Ｓ１２０）、第２有機膜ＯＧＬ２の形成工程（Ｓ１３０）、エッチング工程（Ｓ１４０）、第２有機膜ＯＧＬ２の除去工程（Ｓ１５０）、イオン注入工程（Ｓ１６０）、無機膜ＩＯＧＬの除去工程（Ｓ１７０）、第１有機膜ＯＧＬ１の除去工程（Ｓ１８０）および半導体素子ＳＥの形成工程（Ｓ１９０）を含む。
【００１６】
ここで、本明細書において、「有機膜」とは、炭素原子および水素原子を含む化合物（有機化合物）で構成された膜であり、「無機膜」とは、有機化合物以外の化合物で構成された膜である。
【００１７】
（半導体基板ＳＵＢの準備工程）
まず、図２に示されるように、半導体基板ＳＵＢを準備する（Ｓ１００）。半導体基板ＳＵＢは、互いに表裏の関係にある第１面（表面）ＳＦ１および第２面（裏面）ＳＦ２を含む。半導体基板ＳＵＢの種類の例には、シリコン基板が含まれる。半導体基板ＳＵＢの厚さは、例えば、５００μｍ以上かつ１０００μｍ以下である。
【００１８】
半導体基板ＳＵＢの第１面ＳＦ１には、素子分離膜ＳＴＩが形成されている。素子分離膜ＳＴＩは、半導体基板ＳＵＢの第１面ＳＦ１に形成される複数の半導体素子のうち、互いに隣り合う２つの半導体素子を電気的に分離する。素子分離膜ＳＴＩは、半導体素子が形成される領域を規定する。素子分離膜ＳＴＩは、例えば、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によって、半導体基板ＳＵＢの第１面ＳＦ１に開口部を形成した後に、ＣＶＤ法によって、当該開口部内に絶縁膜を埋め込み、ＣＭＰ法により開口部外の絶縁膜を除去、平坦化することによって形成され得る。当該絶縁膜を構成する材料は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。
【００１９】
（第１有機膜ＯＧＬ１の形成工程）
次いで、図３に示されるように、第１有機膜ＯＧＬ１を半導体基板ＳＵＢ上に形成する（Ｓ１１０）。第１有機膜ＯＧＬ１は、無機膜ＩＯＧＬが半導体基板ＳＵＢと直接接しないように、半導体基板ＳＵＢおよび無機膜ＩＯＧＬの間に形成される。第１有機膜ＯＧＬ１は、無機膜ＩＯＧＬのエッチング工程（Ｓ１４０）と無機膜ＩＯＧＬの除去工程（Ｓ１７０）とにおいて、半導体基板ＳＵＢの保護膜として機能する。また、第１有機膜ＯＧＬ１は、イオン注入工程（Ｓ１６０）において、無機膜ＩＯＧＬとともに注入マスクとしても機能する。実施の形態１では、第１有機膜ＯＧＬ１は、半導体基板ＳＵＢに直接接するように、半導体基板ＳＵＢ上に形成されている。
【００２０】
第１有機膜ＯＧＬ１の形成方法は、特に限定されず、注入マスクとして用いられる有機膜の形成方法として公知の方法から適宜選択され得る。例えば、まず、スピンコート法によって、第１有機膜ＯＧＬ１を構成する材料を含む溶液を半導体基板ＳＵＢの第１面ＳＦ１上に塗布して、半導体基板ＳＵＢ上に塗膜を形成する。次いで、当該塗膜を熱処理することによって、第１有機膜ＯＧＬ１を半導体基板ＳＵＢ上に形成し得る。例えば、熱処理の加熱温度は、１５０℃以上かつ４００℃以下であり、加熱時間は、３０秒以上かつ１８０秒以下である。
【００２１】
第１有機膜ＯＧＬ１の厚さＴ１は、無機膜ＩＯＧＬが半導体基板ＳＵＢと直接接することを防ぐことができ、かつ無機膜ＩＯＧＬのエッチング工程（Ｓ１４０）と、第２有機膜ＯＧＬ２の除去工程（Ｓ１５０）と、無機膜ＩＯＧＬの除去工程（Ｓ１７０）とにおいて、第１有機膜ＯＧＬ１がエッチングされて、半導体基板ＳＵＢが露出しない程度の厚さであればよい。
【００２２】
半導体基板ＳＵＢの第１面ＳＦ１に段差が形成されている場合、第１有機膜ＯＧＬ１の厚さＴ１は、無機膜ＩＯＧＬのエッチング工程（Ｓ１４０）と、第２有機膜ＯＧＬ２の除去工程（Ｓ１５０）と、無機膜ＩＯＧＬの除去工程（Ｓ１７０）とにおいて、エッチングされる第１有機膜ＯＧＬ１の厚さと、半導体基板ＳＵＢの第１面ＳＦ１に形成された上記段差との和より大きいことが好ましい。これにより、半導体基板ＳＵＢが第１有機膜ＯＧＬ１から露出することを抑制できる。このように、半導体装置ＳＤの製造方法に含まれる各工程における第１有機膜ＯＧＬ１の減少分を考慮して、第１有機膜ＯＧＬ１は、厚めに形成されていることが好ましい。
【００２３】
なお、第１有機膜ＯＧＬ１の厚さＴ１の測定方法は、特に限定されず、公知の方法から適宜選択され得る。第１有機膜ＯＧＬ１の厚さＴ１の測定方法の例には、光干渉法と、エリプソメトリ法と、断面ＳＥＭあるいはＴＥＭ観察による測定とが含まれる。
【００２４】
第１有機膜ＯＧＬ１を構成する材料としては、注入マスク用の有機膜を構成する公知の材料が採用され得る。第１有機膜ＯＧＬ１の材料は、市販品であってもよい。当該市販品の例には、ＪＳＲ株式会社製のＮＦＣ  ＨＭ８００５（「ＮＦＣ」は、同社の登録商標）が含まれる。
【００２５】
（無機膜ＩＯＧＬの形成工程）
次いで、図４に示されるように、無機膜ＩＯＧＬを第１有機膜ＯＧＬ１上に形成する（Ｓ１２０）。実施の形態１では、無機膜ＩＯＧＬは、第１有機膜ＯＧＬ１と直接接している。無機膜ＩＯＧＬは、イオン注入工程（Ｓ１６０）において、注入マスクとして機能する膜である。
【００２６】
無機膜ＩＯＧＬの形成方法は、特に限定されず、注入マスクとして用いられる無機膜の形成方法として公知の方法から適宜選択され得る。例えば、無機膜ＩＯＧＬは、Ｃａｔ−ＣＶＤ（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：触媒化学気相堆積）法によって、無機膜ＩＯＧＬを構成する材料を第１有機膜ＯＧＬ１上に堆積することで形成され得る。
【００２７】
無機膜ＩＯＧＬの厚さＴ２は、注入マスクとして、不純物に対する十分な注入阻止能を発揮できる厚さであればよい。無機膜ＩＯＧＬの厚さＴ２は、イオン注入条件と、無機膜ＩＯＧＬの材料に応じて適宜調整され得る。無機膜ＩＯＧＬの厚さＴ２は、特に限定されず、無機膜の材質や、不純物領域の不純物濃度や深さなどのイオン注入条件に応じて適宜調整され得る。なお、無機膜ＩＯＧＬの厚さＴ２の測定方法は、特に限定されず、公知の方法から適宜選択され得る。無機膜ＩＯＧＬの厚さＴ２の測定方法の例には、光干渉法、エリプソメトリ法および断面ＳＥＭあるいはＴＥＭ観察による測定が含まれる。
【００２８】
無機膜ＩＯＧＬの材料としては、注入マスク用の無機膜を構成する公知の材料が採用され得る。無機膜ＩＯＧＬの材料の例には、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、タングステン（Ｗ）およびアルミニウム（Ａｌ）が含まれる。
【００２９】
なお、無機膜ＩＯＧＬは、単層で構成されていてもよいし、複数の層で構成されていてもよい。無機膜ＩＯＧＬが複数の層で構成されている場合、各層を構成する材料は、互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。実施の形態１では、無機膜ＩＯＧＬは、単層で構成されていている。
【００３０】
（第２有機膜ＯＧＬ２の形成工程）
次いで、図５に示されるように、第２有機膜ＯＧＬ２を無機膜ＩＯＧＬ上に形成し、所定の形状にパターニングする（Ｓ１３０）。第２有機膜ＯＧＬ２は、無機膜ＩＯＧＬのエッチング工程（Ｓ１４０）において、エッチングマスクとして機能する。
【００３１】
第２有機膜ＯＧＬ２の形成方法は、特に限定されず、エッチングマスクとして用いられる有機膜の形成方法として公知の方法から適宜選択され得る。例えば、まず、スピンコート法によって、第２有機膜ＯＧＬ２を構成する材料を含む溶液を無機膜ＩＯＧＬ上に塗布して、無機膜ＩＯＧＬ上に塗膜を形成する。次いで、当該塗膜を熱処理することによって、第２有機膜ＯＧＬ２を無機膜ＩＯＧＬ上に形成し得る。例えば、熱処理の加熱温度は、８０℃以上かつ１５０℃以下であり、加熱時間は、３０秒以上かつ１２０秒以下である。
【００３２】
次いで、フォトリソグラフィ法によって、第２有機膜ＯＧＬ２の一部を除去して、所定の形状にパターニングする。より具体的には、第２有機膜ＯＧＬ２について、半導体基板ＳＵＢのうち、ドーパントがイオン注入されるべき領域（注入領域）の直上に位置する部分が除去され、かつドーパントが注入されるべきでない領域（非注入領域）の直上に位置する部分が残存するように、第２有機膜ＯＧＬ２を露光し、現像する。
【００３３】
第２有機膜ＯＧＬ２の厚さＴ３は、エッチングマスクとして十分な厚さであればよい。第２有機膜ＯＧＬ２の厚さＴ３は、例えば、無機膜ＩＯＧＬの厚さＴ２と、無機膜ＩＯＧＬおよび第２有機膜ＯＧＬ２のエッチング選択比と、エッチング後の第２有機膜ＯＧＬ２の残膜厚さＴ３’とを考慮して決定される。なお、第２有機膜ＯＧＬ２の厚さＴ３の測定方法は、特に限定されず、公知の方法から適宜選択され得る。第２有機膜ＯＧＬ２の厚さＴ３の測定方法の例には、光干渉法と、エリプソメトリ法と、断面ＳＥＭあるいはＴＥＭ観察による測定とが含まれる。
【００３４】
第２有機膜ＯＧＬ２の材料としては、エッチングマスク用の有機膜を構成する公知の材料が採用され得る。第２有機膜ＯＧＬ２の材料は、例えば、市販品である。当該市販品の例には、Ｓｈｉｐｌｅｙ社製のＵＶ１１３（「ＵＶ」は、同社の登録商標）が挙げられる。
【００３５】
（エッチング工程）
次いで、図６に示されるように、無機膜ＩＯＧＬをエッチングして、所望の形状にパターニングする（Ｓ１４０）。このとき、詳細については後述するが、実施の形態１では、オーバーエッチングによって、その厚さ方向における第１有機膜ＯＧＬ１の一部もエッチングされる。
【００３６】
より具体的には、第２有機膜ＯＧＬ２をエッチングマスクとして用いて、ドライエッチング法により無機膜ＩＯＧＬの一部をエッチングする。これにより、無機膜ＩＯＧＬのうち、半導体基板ＳＵＢの上記注入領域の直上に位置する部分が除去され、かつ半導体基板ＳＵＢの上記非注入領域の直上に位置する部分が残るように、無機膜ＩＯＧＬはエッチングされ得る。
【００３７】
前述のとおり、実施の形態１では、無機膜ＩＯＧＬのオーバーエッチングによって、第１有機膜ＯＧＬ１の厚さ方向における、第１有機膜ＯＧＬ１の一部も除去される。すなわち、無機膜ＩＯＧＬのオーバーエッチングは、第１有機膜ＯＧＬ１の厚さ方向において、第１有機膜ＯＧＬ１の一部が残存するように行われる。換言すると、当該オーバーエッチングは、第１有機膜ＯＧＬ１から半導体基板ＳＵＢが露出しないように行われる。エッチング後、第１有機膜ＯＧＬ１のうち、半導体基板ＳＵＢの上記注入領域の直上に位置する部分の厚さＴ１’は、半導体基板ＳＵＢの上記非注入領域の直上に位置する部分の厚さＴ１より小さい。
【００３８】
無機膜ＩＯＧＬのオーバーエッチング量は、無機膜ＩＯＧＬの厚さＴ２に基づいて決定され得る。上記オーバーエッチング量が小さすぎると、半導体基板ＳＵＢ（ウエハ）面内におけるエッチングのバラつきにより、寸法差が生じたり、注入領域上の無機膜ＩＯＧＬが残ったりする可能性がある。上記オーバーエッチング量が大きすぎると、エッチングマスクとして用いている第２有機膜ＯＧＬ２が除去され、非注入領域上の無機膜ＩＯＧＬの上部にエッチングによるダメージが生じる可能性がある。このような観点から、上記オーバーエッチング量は、無機膜ＩＯＧＬの厚さＴ２の２０％以上かつ１００％以下であることが好ましい。言い換えると、エッチング量は、無機膜ＩＯＧＬの厚さＴ２の１２０％以上かつ２００％以下であることが好ましい。
【００３９】
第１有機膜ＯＧＬ１の残存厚さＴ１’は、第２有機膜ＯＧＬ２の除去工程（Ｓ１５０）と、無機膜ＩＯＧＬの除去工程（Ｓ１６０）とにおいて半導体基板ＳＵＢの保護膜として十分な厚さであればよい。ここで、「第１有機膜ＯＧＬ１の残存厚さＴ１’」とは、第１有機膜ＯＧＬ１のうち、半導体基板ＳＵＢの注入領域の直上に位置する部分の厚さをいう。第１有機膜ＯＧＬ１の残存厚さＴ１’が小さすぎると、第２有機膜ＯＧＬ２と無機膜ＩＯＧＬの除去中に第２有機膜ＯＧＬ２の残膜が除去されて、半導体基板ＳＵＢへのダメージを十分に抑制できなくなる可能性がある。また、第１有機膜ＯＧＬ１の残存厚さＴ１’が大きすぎると、ドーパントの注入を過度に阻害する可能性がある。このような観点から、第１有機膜ＯＧＬ１の残存厚さＴ１’は、非注入領域の直上に位置する第２有機膜ＯＧＬ２の残存厚さＴ３’と、無機膜ＩＯＧＬの除去時にエッチングされ得る第１有機膜ＯＧＬ２の厚さの和以上かつその２倍以下であることが好ましい。
【００４０】
次いで、図７に示されるように、無機膜ＩＯＧＬ上の第２有機膜ＯＧＬ２を除去する（Ｓ１５０）。第２有機膜ＯＧＬ２の除去方法は、特に限定されず、公知の方法から適宜採用され得る。第２有機膜ＯＧＬ２の除去方法の例には、アッシング法が含まれる。
【００４１】
（イオン注入工程）
次いで、図８に示されるように、エッチングされた無機膜ＩＯＧＬを注入マスクとして用いて、半導体基板ＳＵＢの内部にイオン注入を行う（Ｓ１６０）。これにより、半導体基板ＳＵＢの第１面ＳＦ１にウェル領域ＷＬＲが形成される。イオン注入は、半導体基板ＳＵＢが第１有機膜ＯＧＬ１に覆われた状態で行われる。このとき、半導体基板ＳＵＢ上の非注入領域上に残存している第１有機膜ＯＧＬ１も、注入マスクとして補助的に機能する。
【００４２】
注入条件は、半導体基板ＳＵＢのうち、イオン注入を行うべき領域の深さやドーズ量に応じて適宜調整され得る。例えば、上記注入条件のうち、加速電圧は、１０ｋｅＶ以上かつ１５００ｋｅＶ以下である。ドーズ量は、５×１０１１ｃｍ-２以上かつ５×１０１５ｃｍ-２以下である。注入される不純物原子（ドーパント）の種類は、半導体基板ＳＵＢの導電型に応じて調整され得る。例えば、半導体基板ＳＵＢにｐ型不純物領域を形成する場合、注入される不純物はアクセプタ型不純物、例えばホウ素（Ｂ）であり、半導体基板ＳＵＢにｎ型不純物領域を形成する場合、注入される不純物はドナー型不純物、例えばリン（Ｐ）やヒ素（Ａｓ）である。
【００４３】
（無機膜ＩＯＧＬの除去工程）
次いで、図９に示されるように、無機膜ＩＯＧＬを第１有機膜ＯＧＬ１上から除去する（Ｓ１７０）。実施の形態１では、半導体基板ＳＵＢが、第１有機膜ＯＧＬ１により覆われた状態で、無機膜ＩＯＧＬを除去する。無機膜ＩＯＧＬの除去方法は、特に限定されず、公知の方法から適宜採用され得る。無機膜ＩＯＧＬの除去方法は、ドライエッチング法である。このとき、半導体基板ＳＵＢの表面は、第１有機膜ＯＧＬ１に覆われている。これにより、オーバーエッチングに起因する半導体基板ＳＵＢへのダメージが抑制され得る。
【００４４】
（第１有機膜ＯＧＬ１の除去工程）
次いで、図１０に示されるように、第１有機膜ＯＧＬ１を半導体基板ＳＵＢ上から除去する（Ｓ１８０）。第１有機膜ＯＧＬ１の除去方法は、特に限定されず、公知の方法から適宜採用され得る。第１有機膜ＯＧＬ１の除去方法は、例えば、ドライエッチング法である。
【００４５】
（半導体素子ＳＥの形成工程）
次いで、図１１に示されるように、半導体基板ＳＵＢの第１面ＳＦ１に半導体素子ＳＥを形成する（Ｓ１９０）。実施の形態１では、半導体素子ＳＥは、ＭＩＳＦＥＴである。半導体素子ＳＥの形成方法は、特に限定されず、ＭＩＳＦＥＴとして公知の方法から適宜採用され得る。例えば、半導体素子ＳＥは、ゲート絶縁膜ＧＩ、ゲート電極ＧＥ、サイドウォールＳＷ、ソース領域ＳＲ、ドレイン領域ＤＲおよび配線層ＷＬをこの順番で形成することによって形成され得る。
【００４６】
以上の製造方法により、実施の形態１に係る半導体装置ＳＤを製造できる。
【００４７】
（効果）
実施の形態１に係る半導体装置ＳＤの製造方法では、半導体基板ＳＵＢおよび無機膜ＩＯＧＬの間に第１有機膜ＯＧＬ１が形成された状態で、エッチング法により無機膜ＩＯＧＬをパターニングする。このため、無機膜ＩＯＧＬのエッチング工程において、無機膜ＩＯＧＬの厚さＴ２以上にエッチングが行われたとしても、第１有機膜ＯＧＬ１がエッチングされるにとどまる。すなわち、第１有機膜ＯＧＬ１が半導体基板ＳＵＢの保護膜として機能することによって、注入マスクの形成面である半導体基板ＳＵＢの表面にダメージが生じることを抑制できる。
【００４８】
また、実施の形態１では、主として、注入阻止能の高い無機膜ＩＯＧＬを注入マスクとして用いている。このため、有機膜のみで構成された注入マスクを用いる場合と比較して、厚い注入マスクを形成する必要がない。結果として、微細化により、注入マスクの幅が小さくなったとしても、注入マスク倒れの懸念なく所望の注入阻止能を確保することができる。
【００４９】
以上のように、実施の形態１では、注入マスク形成により生じ得る、注入マスクの形成面の基板ダメージの抑制と、高い注入阻止能とを両立することができる。
【００５０】
また、実施の形態１に係る半導体装置ＳＤの製造方法では、半導体基板ＳＵＢおよび無機膜ＩＯＧＬの間に第１有機膜ＯＧＬ１が形成された状態で、エッチング法により無機膜ＩＯＧＬを除去する。無機膜ＩＯＧＬのエッチング工程と同様に、第１有機膜ＯＧＬ１が半導体基板ＳＵＢの保護膜として機能するため、注入マスクの形成面にダメージが生じることを抑制できる。
【００５１】
また、実施の形態１では、イオン注入工程において、第１有機膜ＯＧＬ１のうち、半導体基板ＳＵＢの上記注入領域の直上に位置する部分の厚さＴ１’は、半導体基板ＳＵＢの上記非注入領域の直上に位置する部分の厚さＴ１より小さい。この膜厚差分、非注入領域の注入阻止能を高めることもできる。
【００５２】
［実施の形態２］
実施の形態２に係る半導体装置ＳＤの製造方法では、半導体基板ＳＵＢの上記注入領域が、第１有機膜ＯＧＬ１から露出した状態で、半導体基板ＳＵＢへのイオン注入が行われる。
【００５３】
実施の形態２に係る半導体装置ＳＤの製造方法は、エッチング工程において、第１有機膜ＯＧＬ１のうち、半導体基板ＳＵＢの注入領域の直上に位置する部分が除去される点が、主として、実施の形態１に係る半導体装置ＳＤの製造方法と異なる。また、実施の形態２で製造される半導体装置ＳＤの構造は、実施の形態１で製造される半導体装置ＳＤの構造と同様である。そこで、実施の形態１に係る半導体装置ＳＤと同一の構成要素については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００５４】
図１２は、実施の形態２に係る半導体装置ＳＤの製造方法に含まれる工程の一例を示すフローチャートである。図１３〜図１８は、半導体装置ＳＤの製造方法に含まれる工程の一例を示す断面図である。
【００５５】
図１２に示されるように、半導体装置ＳＤの製造方法は、半導体基板ＳＵＢの準備工程（Ｓ１００）、第１有機膜ＯＧＬ１の形成工程（Ｓ１１０）、無機膜ＩＯＧＬの形成工程（Ｓ１２０）、第２有機膜ＯＧＬ２の形成工程（Ｓ１３０）、第１エッチング工程（Ｓ２４０）、第２エッチング工程（Ｓ２４５）、イオン注入工程（Ｓ１６０）、無機膜ＩＯＧＬの除去工程（Ｓ２７０）、第１有機膜ＯＧＬ１の除去工程（Ｓ１８０）および半導体素子ＳＥの形成工程（Ｓ１９０）を含む。
【００５６】
図２〜図５に示されるように、実施の形態１と同様にして、半導体基板ＳＵＢの準備（Ｓ１００）、第１有機膜ＯＧＬ１の形成（Ｓ１１０）、無機膜ＩＯＧＬの形成（Ｓ１２０）および第２有機膜ＯＧＬ２の形成（Ｓ１３０）をこの順番で行う。
【００５７】
（第１エッチング工程）
次いで、図１３に示されるように、無機膜ＩＯＧＬをエッチングして、所望の形状にパターニングする（Ｓ２４０）。例えば、所望の形状にパターニングされた第２有機膜ＯＧＬ２をエッチングマスクとして用いて、ドライエッチング法によって無機膜ＩＯＧＬをエッチングする。より具体的には、無機膜ＩＯＧＬのうち、第２有機膜ＯＧＬ２で保護されていない半導体基板ＳＵＢの注入領域の直上に位置する部分が除去される。
【００５８】
（第２エッチング工程）
次いで、図１４に示されるように、第１有機膜ＯＧＬ１をエッチングして、所望の形状にパターニングする（Ｓ２４５）。例えば、所望の形状にパターニングされた無機膜ＩＯＧＬをエッチングマスクとして用いて、ドライエッチング法によって第１有機膜ＯＧＬ１の一部をエッチングする。より具体的には、第１有機膜ＯＧＬ１のうち、無機膜ＩＯＧＬで保護されていない半導体基板ＳＵＢの注入領域の直上に位置する部分が除去される。
【００５９】
なお、第１有機膜ＯＧＬ１をエッチングする工程では、第２有機膜ＯＧＬ２も同時に、無機膜ＩＯＧＬ上から除去される。
【００６０】
次いで、図１５に示されるように、実施の形態１と同様にして、イオン注入（Ｓ１６０）を行う。
【００６１】
（無機膜ＩＯＧＬの除去工程）
次いで、図１６に示されるように、無機膜ＩＯＧＬを第１有機膜ＯＧＬ１上から除去する（Ｓ２７０）。実施の形態２における無機膜ＩＯＧＬの除去は、半導体基板ＳＵＢの一部が、第１有機膜ＯＧＬ１から露出した状態で行われる。このため、半導体基板ＳＵＢへのダメージを抑制する観点から、実施の形態２における無機膜ＩＯＧＬの除去方法は、半導体基板ＳＵＢと無機膜ＩＯＧＬで十分なエッチング選択比が取れるウェットエッチング法である。
【００６２】
次いで、図１７および図１８に示されるように、実施の形態１と同様にして、第１有機膜ＯＧＬ１の除去（Ｓ１８０）および半導体素子ＳＥの形成（Ｓ１９０）を行う。
【００６３】
以上の製造方法により、実施の形態２に係る半導体装置ＳＤを製造できる。
【００６４】
（効果）
実施の形態２に係る半導体装置ＳＤの製造方法についても、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００６５】
実施の形態２に係る半導体装置ＳＤの製造方法では、無機膜ＩＯＧＬは、ウェットエッチング法により除去される。エッチャントの選択により、無機膜ＩＯＧＬと半導体基板ＳＵＢで高いエッチング選択比を確保することができるため、実施の形態１と同様に、無機膜ＩＯＧＬの除去工程において、エッチングに起因して、注入マスクの形成面である半導体基板ＳＵＢ表面へのダメージを抑制することができる。
【実施例】
【００６６】
以下、上記実施の形態について、実施例を参照して詳細に説明するが、上記実施の形態は、以下の実施例により限定されない。
【００６７】
本実施例では、互いに異なる構成の注入マスクを半導体基板上に形成し、所定の条件でイオン注入を行ったときの半導体基板の非注入領域に含まれる不純物濃度について、シミュレーションを行った。これにより、各注入マスクの注入阻止能を評価した。
【００６８】
１．シミュレーション条件
注入領域の不純物のピーク濃度が２．０×１０１７ｃｍ−３となるようにイオン注入し、その時の非注入領域の不純物のピーク濃度が１．０×１０１５ｃｍ−３以下となることを目標とした。実施例１、２および比較例１について、各シミュレーションの条件は、下記の通りである。
【００６９】
（１）実施例１
まず、厚さ２４０ｎｍ（図５のＴ１に対応）の第１有機膜と、厚さ４６０ｎｍ（図５のＴ２に対応）の無機膜とをこの順番で、シリコン基板上に形成した。次に、厚さ５００ｎｍ（図５のＴ３に対応）の第２有機膜を形成し、所望のパターンとなるようパターニングした。続いて、エッチングによって、無機膜と、第２有機膜を除去し、注入マスクを形成した。このとき、無機膜のオーバーエッチングと第２有機膜の除去によって、第１有機膜が、１４０ｎｍだけ除去され、シリコン基板の注入領域上には第１有機膜が厚さ１００ｎｍ（図６のＴ１’に対応）だけ残存する。ここで、第１有機膜は、ＮＦＣ−ＨＭ８００５（ＪＳＲ社製）、無機膜は、ＳｉＮ、第２有機膜は、ＵＶ１１３（Ｓｈｉｐｌｅｙ社製）とした。続いて、上記注入マスクを用いて、シリコン基板にホウ素（Ｂ）イオンを加速電圧２５０ｋｅＶ、注入ドーズ量１．０×１０１３ｃｍ-２の条件でイオン注入を行って、ウェル領域を形成した。さらに、無機膜をドライエッチングで除去し、第１有機膜を酸素プラズマによるドライエッチングで除去した。なお、無機膜の除去後においても、基板上に第１有機膜が残存するため、基板へのダメージは生じえない。
【００７０】
（２）実施例２
まず、厚さ２００ｎｍの第１有機膜と、厚さ４３０ｎｍの無機膜とをこの順番で、シリコン基板上に形成した。次に、厚さ５００ｎｍの第２有機膜を形成し、所望のパターンとなるようパターニングした。続いて、エッチングによって、無機膜と、第１有機膜を除去し、注入マスクを形成した。なお、第２有機膜は、第１有機膜の除去と同時に除去される。ここで、第１有機膜は、ＮＦＣ−ＨＭ８００５（ＪＳＲ社製）、無機膜は、ＳｉＮ、第２有機膜は、ＵＶ１１３（Ｓｈｉｐｌｅｙ社製）とした。続いて、上記注入マスクを用いて、シリコン基板にホウ素（Ｂ）イオンを加速電圧１９０ｋｅＶ、注入ドーズ量１．０×１０１３ｃｍ-２の条件でイオン注入を行って、ウェル領域を形成した。さらに、無機膜をウェットエッチングで除去し、第１有機膜を酸素プラズマによるドライエッチングで除去した。無機膜の除去は、基板と高いエッチング選択比がとれるウェットエッチング液を選択することにより、基板へのダメージは抑制される。
【００７１】
（１）比較例１
まず、シリコン基板上に、厚さ８５０ｎｍの第１有機膜を形成し、所望のパターンとなるようパターニングし、注入マスクを形成した。なお、第１有機膜の膜厚は、パターンのアスペクト比を考慮し、パターン倒れが起きない範囲で設定した。また、第１有機膜は、ＵＶ１１３（Ｓｈｉｐｌｅｙ社製）とした。次に、上記注入マスクを用いて、シリコン基板にホウ素（Ｂ）イオンを加速電圧１９０ｋｅＶ、注入ドーズ量１．０×１０１３ｃｍ-２の条件でイオン注入を行って、ウェル領域を形成した。さらに、第２有機膜を酸素プラズマによるドライエッチングで除去した。
【００７２】
２．シミュレーション結果
図１９は、実施例１、２および比較例１について、第１有機膜の残存厚さ、無機膜の厚さ、非注入領域の不純物濃度および区分を示す表である。
【００７３】
図１９に示されるように、実施例１、２については、シリコン基板の非注入領域の不純物濃度が、いずれも１．０×１０１６ｃｍ−３以下であり、比較例１については、シリコン基板の非注入領域の不純物濃度が、１．０×１０１７ｃｍ−３であった。本シミュレーション結果から、実施例１、２では、無機膜を注入マスクとして用いているため、十分な注入阻止能を得られたと考えられる。一方で、比較例１では、アスペクト比の関係で注入阻止に必要な膜厚を設定することができないため、十分な注入阻止能を得られなかったと考えられる。
【００７４】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更され得る。
【００７５】
また、特定の数値例について記載した場合であっても、理論的に明らかにその数値に限定される場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値であってもよい。また、成分については、「Ａを主要な成分として含むＢ」などの意味であり、他の成分を含む態様を排除するものではない。
【符号の説明】
【００７６】
ＤＲ  ドレイン領域
ＧＥ  ゲート電極
ＧＩ  ゲート絶縁膜
ＩＯＧＬ  無機膜
ＯＧＬ１  第１有機膜
ＯＧＬ２  第２有機膜
ＳＤ  半導体装置
ＳＦ１  第１面
ＳＦ２  第２面
ＳＲ  ソース領域
ＳＴＩ  素子分離膜
ＳＵＢ  半導体基板
ＳＷ  サイドウォール
ＷＬ  配線層
ＷＬＲ  ウェル領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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