(57)【要約】【課題】半導体デバイス作製において行われる、イオン注入用ステンシルマスクを用いたイオン注入工程において、イオンビーム発熱に起因したメンブレンのたわみという、イオン注入用ステンシルマスクの致命的欠陥を低減し、優れた耐熱性や耐久性およびイオン注入精度を有するイオン注入用ステンシルマスクの製造方法を提供すること。【解決手段】少なくとも支持層（２１）の一方の面に第１薄膜層（２２）および第２薄膜層（２３）をこの順で形成する工程と、前記支持層（２１）の他方の面に開口部（２６）を形成する工程と、前記第２薄膜層（２３）にイオン注入用貫通孔パターン１（２８）を形成した後に第２薄膜層（２３）をエッチングマスクとして第１薄膜層（２２）にイオン注入用貫通孔パターン２（２９）を形成する工程と、を含むことを特徴とするイオン注入用ステンシルマスクの製造方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも支持層の一方の面に第１薄膜層および第２薄膜層をこの順で形成する工程と、前記支持層の他方の面に開口部を形成する工程と、前記第２薄膜層にイオン注入用貫通孔パターン１を形成した後に第２薄膜層をエッチングマスクとして第１薄膜層にイオン注入用貫通孔パターン２を形成する工程と、を含むことを特徴とするイオン注入用ステンシルマスクの製造方法。
【請求項２】
前記支持層が単結晶シリコンであり、第１薄膜層がダイヤモンドであり、第２薄膜層が多結晶シリコンであることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入用ステンシルマスクの製造方法。
【請求項３】
前記支持層が単結晶シリコンであり、第１薄膜層が銅であり、第２薄膜層が多結晶シリコンであることを特徴とする請求項１に記載のイオン注入用ステンシルマスクの製造方法。
【請求項４】
支持層の一方の面に第１薄膜層および第２薄膜層の２層からなるメンブレンを有し、前記支持層の他方の面に開口部を有するとともに、前記第１薄膜層および第２薄膜層にイオン注入用貫通孔パターンを有するイオン注入用ステンシルマスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス作製工程の中のイオン注入工程において用いるイオン注入用ステンシルマスクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス作製工程においては、単結晶シリコン基板にBやPなどの不純物元素をドープする工程が含まれている。この不純物元素をドープする方法としては、主に熱拡散法とイオン注入法があるが、熱拡散法では抵抗のばらつきなどの問題があるため、最近は熱拡散法よりも高精度の不純物元素ドープが可能なイオン注入法がよく用いられている。
【０００３】
従来のイオン注入法はフォトリソグラフィーにより、基板におけるパターン領域以外の領域をレジストでマスキングし、パターン領域のみにイオンを注入する方法である。この方法を用いた場合には、レジストの塗布、パターン露光、現像といったリソグラフィー工程や、イオン注入工程後に不要となったレジストの除去工程、さらには基板洗浄工程など多くの工程が含まれるため、工程時間が長くなるという問題があった。また、工程ごとに装置が必要となるため、装置占有面積が大きいという問題もあった。
【０００４】
上記の問題の解決のため、近年イオン注入用ステンシルマスクを用いたイオン注入技術に関する研究が行われている。この方法はイオン注入用ステンシルマスク上の貫通孔パターンの形状に成形されたイオンビームを基板に入射させることによりイオンを注入する方法である。
【０００５】
図１は、従来のイオン注入用ステンシルマスクの製造工程を説明するための図である。
従来のイオン注入用ステンシルマスク（１７）は図１(a)に示したSOIウエハ（１４）を用いて作製される。このSOIウエハ（１４）は単結晶シリコンからなる支持層（１１）、シリコン酸化膜からなるエッチングストッパー層（１２）、および単結晶シリコンからなる薄膜層（１３）の3層を有する。従来のイオン注入用ステンシルマスク（１７）は図１(ｂ)に示したように裏面に開口部（１５）、および単層自立膜となった薄膜層（１３）（以下、メンブレンと記述）に貫通孔パターン（１６）を有する構造である。
【０００６】
しかしながら、上記のような3層からなるSOIウエハを用いて作製された従来のイオン注入用ステンシルマスクを用いてイオン注入を行う場合には、イオンビームによる発熱のためにメンブレンがたわむという問題がある。メンブレンがたわむとパターンの位置精度が大幅に悪化する。イオン注入用ステンシルマスクにおいてはこのようにマスクの耐熱性や耐久性の向上が大きな課題となっている。
【０００７】
イオン注入用ステンシルマスクにおけるマスク耐熱性や耐久性の向上のための対策としては、例えばメンブレンの片側または両側にイオン吸収層を設ける方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法は効果はあるものの、メンブレンを形成した後にスパッタなどによりメンブレンにイオン吸収層を成膜してイオン注入用ステンシルマスクを作製する方法であり、メンブレン上の貫通孔パターンにおける開口側壁にも成膜されることにより、パターンの寸法が変化してしまうことがある。また、メンブレン上の貫通孔パターンにおける開口側壁の端部付近にのみ成膜されることにより、この方法によって作製されたイオン注入用ステンシルマスクを用いてイオン注入を行った際に、注入パターンのエッジがぼけてしまうという問題もある。
【特許文献１】特開２００４−１５８５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、半導体デバイス作製において行われる、イオン注入用ステンシルマスクを用いたイオン注入工程において、イオンビーム発熱に起因したメンブレンのたわみという、イオン注入用ステンシルマスクの致命的欠陥を低減し、優れた耐熱性、耐久性およびイオン注入精度を有するイオン注入用ステンシルマスクの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明において上記課題を達成するために、請求項１に記載のイオン注入用ステンシルマスクの製造方法は、少なくとも支持層の一方の面に第１薄膜層および第２薄膜層をこの順で形成する工程と、前記支持層の他方の面に開口部を形成する工程と、前記第２薄膜層にイオン注入用貫通孔パターン１を形成した後に第２薄膜層をエッチングマスクとして第１薄膜層にイオン注入用貫通孔パターン２を形成する工程と、を含むことを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２に記載のイオン注入用ステンシルマスクの製造方法おいては、前記支持層が単結晶シリコンであり、第１薄膜層がダイヤモンドであり、第２薄膜層が多結晶シリコンであることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３に記載のイオン注入用ステンシルマスクの製造方法おいては、前記支持層が単結晶シリコンであり、第１薄膜層が銅であり、第２薄膜層が多結晶シリコンであることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４に記載のイオン注入用ステンシルマスクは、支持層の一方の面に第１薄膜層および第２薄膜層の２層からなるメンブレンを有し、前記支持層の他方の面に開口部を有するとともに、前記第１薄膜層および第２薄膜層にイオン注入用貫通孔パターンを有するイオン注入用ステンシルマスクである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のイオン注入用ステンシルマスクの製造方法によると、メンブレンが第１薄膜層、および第２薄膜層の２層からなるイオン注入用ステンシルマスクを得ることができる。とくに第１薄膜層および第２薄膜層を構成する材料として熱伝導率の高い材料を選択することにより、前記のイオン注入用ステンシルマスクにおけるメンブレンの熱容量を、3層からなるSOIウエハを用いて作製される従来のイオン注入用ステンシルマスクにおけるメンブレンの熱容量よりも大幅に増大させることが可能である。そのため、イオンビーム発熱に起因したメンブレンのたわみという、イオン注入用ステンシルマスクの致命的欠陥が大幅に低減され、優れた耐熱性や耐久性を有するマスクを得ることができる。
【００１４】
また、本発明のイオン注入用ステンシルマスクの製造方法によって作製されたイオン注入用ステンシルマスクを用いると、従来のイオン注入用ステンシルマスクを用いる場合に比べて、大幅に精度が向上したイオン注入が可能となり、その結果、半導体デバイス等の製造を高い歩留まりで行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明のイオン注入用ステンシルマスクの製造方法の一例について説明する。図２(a)〜(f)は本発明のイオン注入用ステンシルマスクの製造方法の一例を示す模式構成断面図である。
【００１６】
まず、支持層（２１）の上面（一方の面）にスパッタ法、CVD法等により、第１薄膜層（２２）および第２薄膜層（２３）をこの順で形成する（図２(a)参照）。支持層（２１）としては単結晶シリコンが好ましい。
【００１７】
こうして得られた基板（２４）における支持層（２１）の下面（他方の面）にフォトレジストをスピンナー等で塗布して感光層を形成し、パターン露光、現像等のパターニング処理を行って、レジストパターン（２５）を形成する（図２(b)参照）。
【００１８】
次に、レジストパターン（２５）をエッチングマスクにしてドライエッチングやウエットエッチング等により、支持層（２１）をエッチングして除去し、開口部（２６）を形成する。これにより、第１薄膜層（２２）および第２薄膜層（２３）の2層からなるメンブレンが形成される。なお、支持層（２１）のエッチングの際には第１薄膜層（２２）がエッチングストッパーとして用いられる。さらに、不要となったフォトレジストを酸素プラズマアッシング等により除去する（図２(c)参照）。
【００１９】
次に、メンブレンとなった第２薄膜層（２３）の上面に電子線レジストをスピンナー等で塗布して感光層を形成し、電子ビーム描画、現像等のパターニング処理を行って、レジストパターン（２７）を形成する（図２(d)参照）。
【００２０】
次に、レジストパターン（２７）をエッチングマスクにしてドライエッチング等により、第２薄膜層（２３）をエッチングし、その後酸素プラズマアッシング等によりレジストパターン（２７）を除去することにより、第２薄膜層（２３）にイオン注入用貫通孔パターン１（２８）を形成する（図２(e)参照）。
【００２１】
次に、第２薄膜層（２３）をエッチングマスクにしてドライエッチングやウエットエッチング等により、第１薄膜層（２２）のエッチングを行い、第１薄膜層（２２）にイオン注入用貫通孔パターン２（２９）を形成する。これにより、メンブレンが第１薄膜層（２２）および第２薄膜層（２３）の２層からなるイオン注入用ステンシルマスク（２１０）を得る（図２(f)参照）。
【００２２】
ここで、SOIウエハを用いて作製される従来のイオン注入用ステンシルマスクにおいては、メンブレンは単結晶シリコンから構成される。この単結晶シリコンからなるメンブレンにイオン注入用貫通孔パターンを形成する従来の技術をそのまま用いるために、上記の第２薄膜層（２３）を構成する材料としては、例えばシリコンが望ましい。特に単結晶シリコンを用いることが望ましいが、第１薄膜層（２２）の上面に単結晶シリコンを形成することが困難な場合には、多結晶シリコンを好適に用いることができる。
【００２３】
また、第１薄膜層（２２）を構成する材料としては、メンブレンの熱たわみ低減のために、熱伝導率が高い材料を用いることが望ましい。さらに、第１薄膜層（２２）にイオン注入用貫通孔パターン２（２９）を形成する工程は第２薄膜層（２３）をエッチングマスクとして行うため、第２薄膜層（２３）に対してエッチング選択性が高い材料を用いることが望ましい。例えば第２薄膜層（２３）としてシリコンを用いる場合には、第１薄膜層（２２）を構成する材料としてダイヤモンドや銅などを好適に用いることができる。
【００２４】
また、イオン注入用貫通孔パターンの寸法はイオン注入用貫通孔パターン１（２８）の寸法で規定することが望ましい。第１薄膜層（２２）はメンブレンの熱たわみ低減のために形成される層であるため、イオン注入用貫通孔パターン２（２９）の寸法に厳しい精度が要求されることはなく、イオン注入用貫通孔パターン２（２９）の寸法がイオン注入用貫通孔パターン１（２８）の寸法より大きくなってもかまわない。
【００２５】
なお、上記においては支持層（２１）を加工した後に第１薄膜層（２２）および第２薄膜層（２３）を加工する方法について説明したが、逆に第１薄膜層（２２）および第２薄膜層（２３）を加工した後に支持層（２１）の加工を行うことも可能である。
【実施例】
【００２６】
以下実施例により、本発明のイオン注入用ステンシルマスクの製造方法について説明する。
【００２７】
まず、５００μm厚の単結晶シリコンからなる１００ｍｍΦの支持層（２１）の上面にCVD法により、１０μm厚のダイヤモンドからなる第１薄膜層（２２）を形成し、前記第１薄膜層（２２）の上面にスパッタ法により、１０μm厚の多結晶シリコンからなる第２薄膜層（２３）を形成した（図２(a)参照）。
【００２８】
こうして得られた基板（２４）における支持層（２１）の下面にフォトレジストをスピンナーで塗布して２０μm厚の感光層を形成し、パターン露光、現像等のパターニング処理を行って、レジストパターン（２５）を形成した（図２(b)参照）。
【００２９】
次に、レジストパターン（２５）をエッチングマスクにしてフロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングにより、支持層（２１）をエッチングして除去し、開口部（２６）を形成した。これにより、第１薄膜層（２２）および第２薄膜層（２３）の2層からなるメンブレンが形成された。さらに、不要となったフォトレジストを酸素プラズマアッシングにより除去した（図２(c)参照）。
【００３０】
次に、メンブレンとなった第２薄膜層（２３）の上面に電子線レジストをスピンナーで塗布して１．０μm厚の感光層を形成し、電子ビーム描画、現像等のパターニング処理を行って、レジストパターン（２７）を形成した（図２(d)参照）。
【００３１】
次に、レジストパターン（２７）をエッチングマスクにしてフロロカーボン系の混合ガスプラズマを用いたドライエッチングにより、第２薄膜層（２３）をエッチングし、その後酸素プラズマアッシングによりレジストパターン（２７）を除去することにより、第２薄膜層（２３）にイオン注入用貫通孔パターン１（２８）を形成した（図２(e)参照）。
【００３２】
次に、第２薄膜層（２３）をエッチングマスクにして酸素を含む混合ガスプラズマを用いたドライエッチングにより、第１薄膜層（２２）のエッチングを行い、第１薄膜層（２２）にイオン注入用貫通孔パターン２（２９）を形成した。これにより、メンブレンが第１薄膜層（２２）および第２薄膜層（２３）の２層からなるイオン注入用ステンシルマスク（２１０）を得た（図２(f)参照）。
【００３３】
以上の方法により作製したイオン注入用ステンシルマスク（２１０）を用いて、入熱量５０W、注入時間０．５secの条件でイオン注入を行ったところ、イオン注入用ステンシルマスク（２１０）におけるメンブレンのたわみ量は１μm以下であった。
【００３４】
また、比較のために、５００μm厚の単結晶シリコンからなる支持層（１１）、１．０μm厚のシリコン酸化膜からなるエッチングストッパー層（１２）、および２０μm厚の単結晶シリコンからなる薄膜層（１３）の3層からなる１００ｍｍΦのSOIウエハ（１４）（図１(a)参照）を用いて、上記のイオン注入用貫通孔パターン１（２８）と同一のパターンが薄膜層（１３）に設けられた従来構造のイオン注入用ステンシルマスク（１７）（図１(b)参照）を作製した。
【００３５】
上記の従来構造のイオン注入用ステンシルマスク（１７）を用いて、入熱量５０W、注入時間０．５secの条件でイオン注入を行ったところ、イオン注入用ステンシルマスク（１７）におけるメンブレンのたわみ量は５μmであった。これにより、本発明のイオン注入用ステンシルマスクの製造方法によって作製されたイオン注入用ステンシルマスクを用いることにより、従来構造のイオン注入用ステンシルマスクを用いる場合に比べて、イオン注入時のメンブレンのたわみ量を大幅に低減できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明のイオン注入用ステンシルマスクの製造方法によれば、イオンビーム発熱に起因したメンブレンのたわみという、イオン注入用ステンシルマスクの致命的欠陥が大幅に低減され、優れた耐熱性や耐久性を有するマスクを得ることができるので、半導体デバイス作製工程において、例えば単結晶シリコン基板に不純物元素をドープする工程に有用である。
また、本発明のイオン注入用ステンシルマスクの製造方法によって作製されたイオン注入用ステンシルマスクは、大幅に精度が向上したイオン注入が可能となり、その結果、半導体デバイス等の製造を高い歩留まりで行うことができ、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来のイオン注入用ステンシルマスクの製造工程を説明するための図であり、 (a)はSOIウエハの一例を示す模式構成断面図であり、(b)は従来のイオン注入用ステンシルマスクの一例を示す模式構成断面図である。
【図２】(a)〜(f)は本発明のイオン注入用ステンシルマスクの製造方法の一例を示す模式構成断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１１、２１……支持層、１２……エッチングストッパー層、１３……薄膜層、１４……SOIウエハ、１５、２６……開口部、１６……貫通孔パターン、１７、２１０……イオン注入用ステンシルマスク、２２……第１薄膜層、２３……第２薄膜層、２４……基板、２５、２７……レジストパターン、２８……イオン注入用貫通孔パターン1、２９……イオン注入用貫通孔パターン２。
【図１】
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【図２】
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