(57)【要約】【課題】  処理基板の表面の所定領域に荷電粒子を照射する際に、その所定領域に照射された荷電粒子の濃度が前記所定領域内で不均一に分布するプロファイルを作りだすこと。【解決手段】  ステンシルマスク１０は、半導体基板５０の表面の所定領域に対応する形状の中に、複数の開孔２１〜２７が分散して形成されている遮蔽層１２を備えている。開孔群２１〜２７の単位面積当たりの開孔率が、半導体基板５０の表面の所定領域に対応する形状の中で不均一に分布していることを特徴としている。【選択図】  図２
2007287973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理基板の表面の所定領域に荷電粒子を照射する際に、その所定領域に照射された荷電粒子の濃度が前記所定領域内で不均一に分布するプロファイルを作りだすステンシルマスクであり、
前記所定領域に対応する形状の中に、複数の開孔が分散して形成されている遮蔽層を備えており、
前記開孔群の単位面積当たりの開孔率が、前記形状の中で不均一に分布していることを特徴とするステンシルマスク。
【請求項２】
前記開孔群の単位面積当たりの開孔率が、前記形状の一方側から他方側に向けて、単調に変化していることを特徴とする請求項１のステンシルマスク。
【請求項３】
前記開孔群の単位面積当たりの開孔率が、前記形状の一方側から他方側に向けて、非連続的に変化していることを特徴とする請求項１のステンシルマスク。
【請求項４】
単位面積当たりの開孔数は一様であり、各開孔の面積が前記形状の中で変化していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかのステンシルマスク。
【請求項５】
各開孔の面積は一様であり、単位面積当たりの開孔数が前記形状の中で変化していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかのステンシルマスク。
【請求項６】
隣接する開孔と開孔を分離する分離壁の幅が一様であり、単位面積当たりの開孔数と各開孔の面積が前記形状の中で変化していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかのステンシルマスク。
【請求項７】
前記形状を一巡して荷電粒子の照射領域を画定する照射領域画定壁と、隣接する開孔と開孔を分離する分離壁を備えており、
照射領域画定壁は荷電粒子の進行方向に沿って厚肉であり、分離壁は荷電粒子の進行方向に沿って薄肉であり、分離壁が照射領域画定壁の荷電粒子の入射側の高さに形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかのステンシルマスク。
【請求項８】
荷電粒子を生成する荷電粒子生成装置と、
生成された荷電粒子から必要な荷電粒子を選択する質量分析装置と、
選択された荷電粒子を加速する加速装置と、
処理基板が配置される注入室と、
加速装置と処理基板の間に設けられている請求項１〜７のいずれかのステンシルマスクを備えている荷電粒子注入装置。
【請求項９】
処理基板とステンシルマスクの間の距離が、隣接する一方の開孔を通過して分離壁の後方に回り込む荷電粒子の存在密度がステンシルマスクに入射する荷電粒子の存在密度の５０％となる線と、隣接する他方の開孔を通過して同じ分離壁の後方に回り込む荷電粒子の存在密度がステンシルマスクに入射する荷電粒子の存在密度の５０％となる線が、分離壁の背面から処理基板の表面までの範囲内で交差する関係に設定されていることを特徴とする請求項８の荷電粒子注入装置。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかのステンシルマスクを処理基板の上方に設置し、ステンシルマスク越しに荷電粒子を処理基板の表面に照射することを特徴とするステンシルマスクの使用方法。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれかのステンシルマスクを半導体ウェハの上方に設置し、ステンシルマスク越しに荷電粒子を半導体ウェハの表面に照射することを特徴とする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、処理する基板（処理基板）の表面の所定領域に荷電粒子（イオン化原子、電子等）を照射する技術に関する。特に、所定領域に照射された荷電粒子の濃度がその領域内で不均一に分布するプロファイルを作りだすように荷電粒子を照射する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する過程では、半導体基板の表面の所定領域に不純物を照射し、半導体基板の表面部分に不純物を導入する処理を実施することが多い。このとき、所定領域に照射された不純物の濃度がその領域内で不均一に分布するプロファイルを作るように不純物を照射することが求められることがある。例えば、ソース領域とドレイン領域の間を横方向に伸びているｎ型のオフセット領域を備えている横型のスイッチング素子が知られている。このｎ型のオフセット領域は、半導体基板の表面部分にｎ型の不純物を導入することによって形成される。この場合、ｎ型のオフセット領域の不純物濃度が、ソース領域側からドレイン領域側に向けて徐々に増加していると、横方向の電界強度分布が一様化され、スイッチング素子の耐圧が向上する。上記に例示したように、荷電粒子の濃度が所定領域内で不均一に分布するプロファイルを作りだすように荷電粒子を導入したい場合がある。
【０００３】
特許文献１と特許文献２に、不純物の濃度がオフセット領域内で不均一に分布するプロファイルを作りだすように、不純物を導入する技術が開示されている。
特許文献１の技術では、半導体基板の表面にマスクを形成する。そのマスクのオフセット領域に対応する形状の中に、複数の開孔を分散して形成しておく。その開孔群の開孔率（単位面積当たりに含まれる開孔の面積）を、オフセット領域内での不純物濃度の勾配に応じて予め調整しておく。不純物濃度を薄くしたい範囲では、開孔群の開孔率を小さく調整し、不純物濃度を濃くしたい範囲では、開孔群の開孔率を大きく調整しておく。そのマスクを通してｎ型の不純物を導入すると、各開孔から半導体基板の表面部分に不純物が導入される。すなわち、各開孔に対応して不純物導入領域が形成される。各々の導入領域は、離散的に形成される。
【０００４】
各々の不純物導入領域における不純物濃度は等しいが、開孔率の小さい範囲では各々の不純物導入領域が小さく、半導体基板の単位体積あたりに導入される不純物量は小さくなる。開孔率の大きい範囲では各々の不純物導入領域が大きく、半導体基板の単位体積あたりに導入される不純物量は大きくなる。その後に、半導体基板を熱処理すると、離散的に形成されている複数の不純物導入領域に導入された不純物が熱拡散し、離散的な範囲毎に導入された不純物同士が連続するようになる。熱処理を終了すると、連続的に（切れ目なく）不純物が導入されたオフセット領域が得られるとともに、そのオフセット領域に導入された不純物の濃度がオフセット領域で不均一に分布するプロファイルを作り出す。
特許文献１の製造方法では、マスクを通して離隔的に形成される複数の範囲に不純物を導入する。この段階では、離隔的に形成されている不純物導入範囲と不純物導入範囲の間には、不純物が導入されていない。その後に熱拡散することによって、不純物が導入されなかった領域に不純物が存在するようにする。不純物を導入した領域での不純物濃度と不純物を導入しなかった領域での不純物濃度の差を許容範囲以下にまで低減するためには、長時間の熱処理を必要とする。特許文献１の製造方法では、不純物の導入コストが増大してしまう。
【０００５】
特許文献２は、二つの方法を開示している。一つの方法では、局所的範囲に不純物を集中的に導入してから長時間に亘って熱処理する。この方法では、不純物濃度のプロファイルがガウス分布に限定されてしまう。また、長時間の熱処理を必要とすることから、不純物の導入コストが増大してしまう。第２の方法では、低濃度に不純物を導入したい範囲と高濃度に不純物を導入したい範囲を含む広い領域に不純物を導入してから熱処理し、ついで高濃度に不純物を導入したい範囲を含む狭い領域（前記の広い範囲に含まれている）に不純物を導入してから熱処理する。不純物の導入工程と熱処理工程を組み合わせたサイクルを繰り返し実行する。この方法では、半導体基板の表面にマスクを形成する工程と、不純物を導入する工程と、マスクを除去する工程、熱処理工程を組み合わせたサイクルを繰り返し実行する必要があり、不純物の導入コストが増大してしまう。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５３００４４８号明細書
【特許文献２】特開２００５−２９４５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、処理基板の所定領域に照射された荷電粒子の濃度がその所定領域内で不均一に分布するプロファイルを作りだすように荷電粒子を照射する新たな技術を提供する。本発明は特に、荷電粒子がイオン化原子の場合には、一度の導入処理と短時間の一度の熱処理で、所望の濃度プロファイルを実現することができる技術を提供する。
本発明では、ステンシルマスクを活用する。開孔が形成されているステンシルマスクに荷電粒子を照射すると、荷電粒子は開孔を通過し、開孔以外ではステンシルマスクで遮蔽される。ステンシルマスクは、処理基板の表面から離して利用することができる。ステンシルマスクの開孔を通過した荷電粒子は、空間電荷効果（正又は負に荷電している荷電粒子の斥力に基づいて発散する現象）によって、ステンシルマスクと処理基板の間で横方向に拡散する。この現象を利用することができるために、隣接する開孔と開孔を分離するステンシルマスクの分離壁の後方にまで荷電粒子が回り込むことができる。処理基板の所定領域に荷電粒子を連続的に(切れ目なく)照射し、荷電粒子を連続的に導入することができる。切れ目なく導入することができるので、その後の熱処理を短時間で済ませることができる。また、ステンシルマスクに形成しておく開孔群の開孔率を不均一に分布させれば、照射領域に照射される荷電粒子の濃度を不均一に分布させることもできる。開孔率の分布を調整しておくことによって、照射する不純物の濃度プロファイルを所望のものに調整することもできる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、処理基板の表面の所定領域に荷電粒子を照射する際に、その所定領域に照射された荷電粒子の濃度がその所定領域内で不均一に分布するプロファイルを作りだすステンシルマスクに具現化することができる。本発明のステンシルマスクは、荷電粒子を照射する領域に対応する形状の中に、複数の開孔が分散して形成されている遮蔽層を備えている。本発明のステンシルマスクは、その開孔群の単位面積当たりの開孔率が、荷電粒子を照射する領域に対応する形状の中で、不均一に分布していることを特徴としている。
遮蔽層は、一枚の層でもよく、複数枚の層で構成されていてもよい。遮蔽層が一枚の層の場合は、その層内に開孔群が形成されている。遮蔽層が複数枚の場合は、一つの層に開孔群が形成されており、他の層にその開孔群が存在する範囲を含む大きな開孔が形成されていてもよい。
本発明のステンシルマスク越しに荷電粒子を照射すると、開孔群を通過した荷電粒子は、空間電荷効果によって、隣接する開孔と開孔を分離する分離壁の後方に回り込む。隣接する一方の開孔を通過した荷電粒子の通過経路と隣接する他方の開孔を通過した荷電粒子の通過経路は、処理基板の表面に達するよりも先に、その開孔と開孔の間の分離壁の後方で重畳する。このため、荷電粒子は、横方向に連続した状態で処理基板の表面に照射される。さらに、本発明のステンシルマスクは、開孔群の開孔率が、荷電粒子を照射する領域に対応する形状の中で不均一に分布している。したがって、開孔率の小さい範囲では、荷電粒子の濃度が相対的に薄くなり、開孔率の大きい範囲では、荷電粒子の濃度が相対的に濃くなる。このため、荷電粒子を照射する領域内に、荷電粒子の濃度が濃い範囲と荷電粒子の濃度が薄い範囲が形成される。本発明のステンシルマスクによると、荷電粒子を処理基板の表面に照射した段階で、照射領域が連続しているとともに、荷電粒子の照射領域内で荷電粒子の濃度が不均一に分布するプロファイルを作りだすことができる。
【０００９】
本発明のステンシルマスクでは、開孔群の単位面積当たりの開孔率が、荷電粒子の照射領域に対応する形状の一方側から他方側に向けて単調に変化していてもよい。
上記形態のステンシルマスクを用いて荷電粒子を照射すると、処理基板の表面に、少なくとも一方方向に向かって荷電粒子の濃度が単調に変化する照射領域を形成することができる。
【００１０】
本発明のステンシルマスクでは、開孔群の単位面積当たりの開孔率が、荷電粒子の照射領域に対応する形状の一方側から他方側に向けて、非連続的（階段状）に変化していてもよい。この形態のステンシルマスクは、少なくとも、共通形状の複数の開孔が集合している第１開孔群と、その第１の開孔群に隣接するとともに共通形状の複数の開孔が集合している第２開孔群を備えている。第１開孔群の開孔率と第２開孔群の開孔率は異なっており、第１開孔群と第２開孔群の間で、開孔率が非連続的（階段状）に変化している。
上記形態のステンシルマスクを用いて荷電粒子を導入すると、処理基板の表面に、少なくとも一方方向に沿って荷電粒子の濃度が階段状に変化している照射領域を形成することができる。
【００１１】
本発明のステンシルマスクでは、単位面積当たりの開孔数が一様であり、各開孔の面積が前記形状の中で変化していてもよい。
上記形態のステンシルマスクでは、各開孔の面積を大きくすると開孔率が大きくなり、各開孔の面積を小さくすると開孔率が小さくなる。上記形態のステンシルマスクでは、各開孔の面積に応じて開孔群の開孔率を変化させることができる。
【００１２】
本発明のステンシルマスクでは、各開孔の面積は一様であり、単位面積当たりの開孔数が、処理基板の所定領域に対応する形状の中で変化していてもよい。
上記形態のステンシルマスクでは、単位面積当たりの開孔数を多くすると開孔率が大きくなり、単位面積当たりの開孔数を少なくすると開孔率が小さくなる。上記形態のステンシルマスクでは、開孔数に応じて開孔群の開孔率を変化させることができる。
【００１３】
本発明のステンシルマスクでは、隣接する開孔と開孔を分離する分離壁の幅が一様であり、単位面積当たりの開孔数と各開孔の面積が、処理基板の所定領域に対応する形状の中で変化していてもよい。
隣接する開孔と開孔を分離する分離壁の幅が一様であると、分離壁の後方に回り込む荷電粒子の密度が、その一様な分離壁が存在する範囲の中で略一様になる。即ち、分離壁の幅が一様であると、分離壁による遮蔽の効果が、その一様な分離壁が存在する範囲の中で略一様になる。このため、処理基板の照射領域に含まれる荷電粒子の濃度は、開孔群の開孔率によって直接的に決定される。上記形態のステンシルマスクでは、単位面積当たりの開孔数と各開孔の面積を調整することによって開孔群の開孔率を調整することができる。上記形態のステンシルマスクを用いると、開孔群の開孔率に基づいて、処理基板の照射領域に含まれる濃度を調整することが容易になる。
【００１４】
本発明のステンシルマスクでは、荷電粒子の照射領域に対応する形状を一巡することによって荷電粒子の照射領域を画定する照射領域画定壁と、隣接する開孔と開孔を分離する分離壁を備えているのが好ましい。この場合、照射領域画定壁は、荷電粒子の進行方向に沿って厚肉であり、分離壁は、荷電粒子の進行方向に沿って薄肉であることが好ましく、分離壁は、照射領域画定壁の荷電粒子の入射側の高さに形成されていることが好ましい。
分離壁の後方に荷電粒子を回り込ませるためには、処理基板とステンシルマスクの間の距離を大きく確保することが望ましい。しかしながら、処理基板とステンシルマスクの間の距離を大きく確保すると、開孔群を通過した荷電粒子が処理基板の表面に到達する時点では、荷電粒子がステンシルマスクの開孔範囲を超えてその外側にも広がってしまう。このため、処理基板の所望の領域内に荷電粒子を導入することが難しくなる。
照射領域画定壁が設けられていると、処理基板とステンシルマスクの間の距離を大きく確保するとともに、荷電粒子の導入領域を所望の範囲によく一致させることができる。照射領域画定壁は、処理基板の所定領域に対応する形状の周囲を一巡しており、処理基板の所定領域に対応する形状を反映している。即ち、照射領域画定壁は、処理基板の所定領域に対応する開孔と観念することもできる。
照射領域画定壁は、遮蔽層の射出側に凹部を形成しており、その高さに応じて処理基板とステンシルマスクの間に必要な距離を提供している。
この結果、開孔群を通過した荷電粒子は、照射領域画定壁によってそれ以上には側方へ拡散することが禁止されているとともに、照射領域画定壁で囲まれた凹部内で分離壁の後方に回り込むことができる。このため、隣接する一方の開孔を通過した荷電粒子の通過経路と隣接する他方の開孔を通過した荷電粒子の通過経路は、照射領域画定壁で囲まれた凹部を利用して、分離壁の後方で重畳することができる。したがって、開孔群を通過した荷電粒子は、処理基板の所定領域に対応する形状を維持したまま、処理基板の表面に達するよりも先に、横方向に連続した状態に形成される。照射領域画定壁の底面（処理基板側の面）と処理基板の表面の間の距離を短くすれば、荷電粒子が照射領域画定壁よりも側方に拡散することを抑制することができ、荷電粒子の照射領域を所望の範囲によく一致させることができる。
【００１５】
本発明のステンシルマスクを備えた荷電粒子注入装置は極めて有用なものとなる。本発明の荷電粒子注入装置は、荷電粒子を生成する荷電粒子生成装置と、生成された荷電粒子から必要な荷電粒子を選択する質量分析装置と、選択された荷電粒子を加速する加速装置と、処理基板が配置される注入室と、加速装置と処理基板の間に設けられているステンシルマスクを備えている。
上記形態の荷電粒子注入装置では、処理基板とステンシルマスクの間の距離が、隣接する一方の開孔を通過して分離壁の後方に回り込む荷電粒子の存在密度がステンシルマスクに入射する荷電粒子の存在密度の５０％となる線と、隣接する他方の開孔を通過して同じ分離壁の後方に回り込む荷電粒子の存在密度がステンシルマスクに入射する荷電粒子の存在密度の５０％となる線が、分離壁の背面から処理基板の表面までの範囲内で交差する関係に設定されていることが好ましい。
処理基板とステンシルマスクの間の距離が上記範囲に設定されていると、隣接する一方の開孔を通過した荷電粒子と隣接する他方の開孔を通過した荷電粒子の間でも、空間電荷効果による斥力が作用する。このため、隣接する開孔と開孔の間において、隣接する一方の開孔を通過した荷電粒子の通過領域内の存在密度と隣接する他方の開孔を通過した荷電粒子の通過経路内の存在密度が平均化され、分離壁による遮蔽パターンが実質的に消失する。
【００１６】
本発明は、ステンシルマスクの使用方法も提供する。本発明の使用方法は、本発明のステンシルマスクを処理基板の上方に設置し、ステンシルマスク越しに荷電粒子を処理基板の表面に照射することを特徴としている。
【００１７】
本発明は、半導体装置の製造方法も提供する。本発明の半導体装置の製造方法は、本発明のステンシルマスクを半導体ウェハの上方に設置し、ステンシルマスク越しに荷電粒子を半導体ウェハの表面に照射することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のステンシルマスクを用いると、開孔群を通過した荷電粒子が、空間電荷効果によって、分離壁の後方に回り込む。このため、処理基板の表面側に照射される荷電粒子の照射領域は、横方向に連続した状態で形成される。さらに、本発明のステンシルマスクでは、開孔群の開孔率が、荷電粒子の導入範囲の中で不均一に分布している。したがって、本発明のステンシルマスクを用いると、照射された荷電粒子の濃度が不均一に分布するプロファイルを作りだすことができる。本発明のステンシルマスクを用いると、荷電粒子を処理基板の表面に照射した段階で、照射領域が横方向に連続しているとともに、荷電粒子の濃度が不均一に分布している状態を得ることができる。荷電粒子がイオン化原子の場合には、一度の導入処理と短時間の一度の熱処理で、所望の濃度プロファイルを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の好ましい形態を列記する。
（第１形態）  荷電粒子は、イオン化原子である。
（第２形態）  ステンシルマスクは、所定領域に対応する形状の中に複数の開孔が分散して形成されている遮蔽層を備えている。隣接する開孔と開孔の間を伸びる分離壁は、遮蔽層の側面から側面まで伸びている。
（第３形態）  分離壁は、少なくとも２つの方向に伸びる複数の分離壁を備えている。
（第４形態）  分離壁は、一の方向に伸びる複数の分離壁と、その方向に直交する方向に伸びる複数の分離壁を備えている。
（第５形態）  分離壁は、格子状に形成されている。
（第６形態）  隣接する開孔と開孔を分離する分離壁の幅が一様である。この場合、開孔の形状が、三角形、四角形又は正六角形が採用されている。開孔の形状が三角形、四角形、正六角形のいずれかであると、処理基板の所定領域に対応する形状の中に共通形状の開孔を繰返し配列させることができる。さらに、開孔の形状が、三角形、四角形、正六角形のいずれかであると、隣接する開孔と開孔を分離する分離壁が、一様の幅を持って伸びることができる。
【実施例】
【００２０】
図１に、イオン注入装置１００の構成を概略的に示す。図２に、イオン注入装置１００に設けられているステンシルマスク１０の要部断面図及び要部平面図を模式的に示す。本実施例のステンシルマスク１０は、半導体基板５０の表面部分に、イオン化原子の濃度が不均一に分布するプロファイルを作りだすために用いられる。
【００２１】
まず、図１を参照して、ステンシルマスク１０が設けられているイオン注入装置１００に関して説明する。イオン注入装置１００は、イオン化原子を生成するイオン源２（荷電粒子生成装置の一例）と、生成されたイオン化原子から必要なイオン化原子を選択する質量分析器３（質量分析装置の一例）と、選択されたイオン化原子を加速する加速器４（加速装置の一例）と、イオン化原子が導入される半導体基板５０が配置される注入室６を備えている。半導体基板５０の上方（前方）にはステンシルマスク１０が設置されている。ステンシルマスク１０は、加速器４と半導体基板５０の間に設けられている。加速器４で加速されたイオン化原子は、スキャナ装置５によって掃引され、ステンシルマスク１０に向けてほぼ面的に照射される。ステンシルマスク１０に形成されている開孔群２１〜２７を通過したイオン化原子は、半導体基板５０の表面の所定領域に向けて照射され、その所定領域に対応した導入領域を形成する。
【００２２】
図２（Ａ）に、ステンシルマスク１０の要部断面図を模式的に示す。なお、半導体基板５０は、ステンシルマスク１０に対して紙面下側に配置されている。イオン化原子は、紙面上側から入射し、ステンシルマスク１０の開孔群２１〜２７を通過して半導体基板５０の表面に照射される。図２（Ａ）の縦断面は、図２（Ｂ）の要部平面図のＡ−Ａ線の矢視断面に対応している。
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ステンシルマスク１０は、扁平な遮蔽層１２を備えている。半導体基板５０の表面の所定領域は矩形状であり、その所定領域に対応する形状が符号２０で表されている。遮蔽層１２は、その所定領域に対応する形状２０の中に、複数の開孔２１〜２７を備えている。それぞれの開孔２１〜２７の形状は、矩形状に形成されている。遮蔽層１２には、隣接する開孔２１〜２７と開孔２１〜２７の間を伸びる複数の分離壁３０が形成されている。
【００２３】
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、分離壁３０は、半導体基板５０の所定領域に対応する形状２０を画定している遮蔽層１２の側面から側面まで伸びており、遮蔽層１２と同一材料で一体で形成されている。分離壁３０は、Ｙ方向に伸びる複数の分離壁３１Ｙ〜３６Ｙと、Ｘ方向に伸びる複数の分離壁３１Ｘ〜３５Ｘを備えている。Ｙ方向に伸びる複数の分離壁３１Ｙ〜３６Ｙの幅はそれぞれ異なっており、Ｘ方向に向かって順に増大している。また、Ｘ方向に伸びるそれぞれの分離壁３１Ｘ〜３５Ｘの幅は、Ｘ方向に向かって段階的に増大している。
なお、この例に代えて、遮蔽層１２が複数の層によって構成されていてもよい。この場合、複数の層のうちの一つの層に開孔群が形成され、その他の層にその開孔群が存在する範囲を含む大きな開孔が形成されていてもよい。
【００２４】
開孔２１〜２７は、Ｙ方向に共通した形状が配置されている。開孔２１〜２７の面積は、紙面左側の開孔２１から紙面右側の開孔２７に向けて順に減少している。このため、開孔群２１〜２７の単位面積当たりの開孔率は、半導体基板５０の所定領域に対応する形状２０の中でＸ方向に向けて単調に減少している。紙面左側の開孔率が相対的に大きく、紙面右側の開孔率が相対的に小さい。
【００２５】
図３に、ステンシルマスク１０越しにイオン化原子を導入する様子を模式的に示す。図３の断面は、図２（Ａ）の断面に対応している。図３において、多数の黒点が点在している範囲は、入射してくるイオン化原子の通過経路を表している。また、それぞれの開孔２１〜２７から分離壁３０の後方に向けて傾斜して描かれている線３０Ｌは、開孔群２１〜２７を通過して分離壁３０の後方に回り込むイオン化原子の存在密度がステンシルマスク１０に入射するイオン化原子の存在密度の５０％となる線を表している。図３では、開孔２４と開孔２５から伸びる線３０Ｌにのみ符号を付しているが、他の開孔群２１〜２７から伸びている線も、イオン化原子の存在密度の５０％となる線を表している。
【００２６】
ステンシルマスク１０越しにイオン化原子を導入すると、開孔群２１〜２７を通過したイオン化原子は、空間電荷効果によって分離壁３０の後方に回り込む。遮蔽層１２の背面１２ａと半導体基板５０の表面５０ａの間の距離７２が適値に調整されていると、隣接する一方の開孔２１〜２７を通過したイオン化原子の通過経路と他方の開孔２１〜２７を通過したイオン化原子の通過経路が、遮蔽層１２の背面１２ａと半導体基板５０の表面５０ａの間で重畳する。
なかでも、ステンシルマスク１０では、隣接する一方の開孔２１〜２７を通過して分離壁３０の後方に回り込むイオン化原子の存在密度が５０％となる線と、隣接する他方の開孔２１〜２７を通過して同じ分離壁３０の後方に回り込むイオン化原子の存在密度が５０％となる線が、遮蔽層１２の背面１２ａ（即ち、分離壁５０の背面）から半導体基板５０の表面５０ａまでの範囲内で交差する関係に設定されている。上記関係が満たされていると、隣接する一方の開孔２１〜２７を通過して分離壁３０の後方に回り込むイオン化原子と隣接する他方の開孔２１〜２７を通過して同じ分離壁３０の後方に回り込むイオン化原子の間でも、空間電荷効果によるイオン化原子の散乱が生じる。このため、隣接する開孔２１〜２７と開孔２１〜２７の間において、隣接する一方の開孔２１〜２７を通過したイオン化原子の通過領域内の存在密度と隣接する他方の開孔２１〜２７を通過したイオン化原子の通過経路内の存在密度が平均化され、分離壁３０による遮蔽パターンが実質的に消失する。即ち、開孔群２１〜２７を通過したイオン化原子の存在密度は、離散的な状態にならない。
【００２７】
図４に、図３の半導体基板５０の表面部分のIV-IV’線に対応するイオン化原子の濃度を示す。図４に示すように、半導体基板５０の表面部分の導入領域は、イオン化原子が横方向に連続して導入されている。さらに、ステンシルマスク１０の開孔群２１〜２７の開孔率がＸ方向に向けて単調に減少しているので、半導体基板５０の導入領域のイオン化原子の濃度も、Ｘ方向に向けて単調に減少している。
ステンシルマスク１０を用いると、半導体基板５０の導入領域は、離散的に形成されない。半導体基板５０の導入領域は、イオン化原子を半導体基板５０の表面部分に導入した段階で、連続して形成されるとともに、イオン化原子の濃度が単調に変化している。
【００２８】
したがって、ステンシルマスク１０を用いて形成された導入領域は、短時間の熱処理であっても、不純物濃度が連続的に変化している拡散領域に変化することができる。従来技術のように、導入領域が離散的に形成される場合に比して、熱処理に要する時間が大幅に短縮され、製造コストを大幅に削減することができる。
【００２９】
（ステンシルマスク１０の変形例１）
図５に、ステンシルマスク１０の変形例の要部断面図を模式的に示す。なお、ステンシルマスク１０と実質的に同一の構成要素に関しては同一符号を付し、その説明を省略する。
ステンシルマスク１１０は、半導体基板５０の表面の所定領域に対応する形状２０の周囲を一巡する照射領域画定壁１８を備えていることを特徴としている。照射領域画定壁１８は、酸化シリコン層１４と、支持層１６を備えている。支持層１６は、酸化シリコン層１４を介して遮蔽層１２に接合している。照射領域画定壁１８は、半導体基板５０が配置される側の遮蔽層１２の面（以下、遮蔽層１２の背面という）から半導体基板５０側に向けて伸びている。照射領域画定壁１８は、遮蔽層１２に比して十分に厚く形成されている。遮蔽層１２に形成されている分離壁３０は、照射領域画定壁１８のイオン化原子の入射側の高さに形成されている。照射領域画定壁１８は、遮蔽層１２の機械的剛性を向上させており、ステンシルマスク１１０を製造する際の遮蔽層１２の破損を防止する効果を有している。
【００３０】
照射領域画定壁１８が設けられていない場合、即ち、図３に示すステンシルマスク１０の場合、分離壁３０の後方にイオン化原子を回り込ませるためには、遮蔽層１２の背面１２ａと半導体基板５０の表面５０ａの間の距離７２を充分に確保しなければならない。しかしながら、距離７２を大きく確保すると、開孔２１〜２７を通過したイオン化原子は、イオン化原子の進行方向に観測したときに、半導体基板５０の所定領域の周縁を超えて外側に導入されてしまう（図３の符号８２参照）。このため、ステンシルマスク１０では、半導体基板５０の所定領域と実際に導入される導入領域の範囲を正確に一致させることが難しくなる。
【００３１】
一方、図５のステンシルマスク１１０では、照射領域画定壁１８が、半導体基板５０の所定領域の形状２０の周囲を一巡して設けられている。照射領域画定壁１８は、半導体基板５０の所定領域の形状２０を反映している。即ち、照射領域画定壁１８は、半導体基板５０の所定領域に対応した開孔と観念することができる。照射領域画定壁１８は、遮蔽層１２の背面側に凹部を形成しており、その高さに応じて遮蔽層１２の背面と半導体基板５０の表面の間に必要な距離７２を提供している。即ち、開孔群２１〜２７を通過したイオン化原子は、照射領域画定壁１８によって側方への拡散が禁止されているとともに、照射領域画定壁１８で囲まれた凹部内で分離壁３０の後方に回り込むことができる。このため、隣接する一方の開孔２１〜２７を通過したイオン化原子の通過経路と隣接する他方の開孔２１〜２７を通過したイオン化原子の通過経路は、照射領域画定壁１８で囲まれた凹部内を利用して、分離壁３０の後方で重畳することができる。したがって、開孔群２１〜２７を通過したイオン化原子は、半導体基板５０の所定領域の形状２０を維持したまま、半導体基板５０の表面に達するよりも先に、横方向に連続した状態に形成される。照射領域画定壁１８の頂面と半導体基板５０の表面の間の距離７４を短くすれば、イオン化原子が側方に拡散することを抑制することができる（図５の符号８４参照）。この結果、ステンシルマスク１１０を用いると、半導体基板５０の所定領域と実際に導入される導入領域の範囲を良好に一致させることができる。
【００３２】
（ステンシルマスク１０の変形例２）
図６に、ステンシルマスク１０の変形例の要部平面図を模式的に示す。図６は、遮蔽層１２の半導体基板５０の所定領域に対応した形状２０の一部を拡大した平面図である。なお、ステンシルマスク１０と実質的に同一の構成要素に関しては同一符号を付し、その説明を省略する。
ステンシルマスク２１０は、半導体基板５０の所定領域に対応する形状２０の中に、隣接する開孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃと開孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃの間の分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃが格子状に形成されている例である。複数の開孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、複数の群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに区別されている。群２０Ａは、共通形状の複数個の開孔２０ａを備えている。開孔２０ａは、矩形状であり、Ｘ方向とＹ方向に繰返し配列している。群２０Ｂも、矩形状の複数個の開孔２０ｂを備えており、その開孔２０ｂは、Ｘ方向とＹ方向に繰返し配列している。群２０Ｃも、矩形状の複数個の開孔２０ｃを備えており、その開孔２０ｃは、Ｘ方向とＹ方向に繰返し配列している。このため、それぞれの群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、その群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ内で一定であるとともに固有の開孔率を備えている。群２０Ａは、他の群２０Ｂ、２０Ｃよりも大きな開孔率を有している。群２０Ｂは、他の群２０Ａ、２０Ｃの中間の開孔率を有している。群２０Ｃは、他の群２０Ａ、２０Ｂよりも小さな開孔率を有している。半導体基板５０の所定領域に対応する形状２０の中の開孔率は、紙面左側から紙面右側に向けて非連続的（階段状）に小さくなっている。
【００３３】
図７〜図１０に、それぞれの群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに採用し得る矩形状の開孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃと分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃの組合せのパターンを示す。これらの開孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃと分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃの組合せによって、開孔率を変化させることができる。これらのパターンを利用すれば、それぞれの群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの開孔率を異ならせることができる。図７〜図１０に示す破線１４０で囲まれた領域は、単位面積の範囲を表している。図８〜図１０の構造は、図７を基本構造としたときに、開孔率が小さくなるパターンを例示している。
図８のパターンは、開孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃの面積が図７の開孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃと一致しているが、分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃの幅が図７の分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃの幅よりも大きい例である。図７及び図８に示すように、幅広な分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃが形成されていると、単位面積１４０に含まれる開孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃの面積が小さくなる。
図９のパターンは、分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃの幅が図７の分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃの幅と一致しているが、開孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃの面積が図７の開孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃの面積よりも小さい例である。図７及び図９に示すように、開孔２０の面積が小さくなると、単位面積１４０に含まれる分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃの面積が相対的に大きくなり、単位面積１４０に含まれる開孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃの面積が小さくなる。
図１０のパターンは、開孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃの面積が図７の開孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃの面積よりも小さく、分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃの幅が図７の分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃの幅よりも大きい例である。このパターンは、図８及び図９のパターンを組合せた例である。
【００３４】
上記パターンを用いることによって、それぞれの群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの開孔率を異ならせることができる。変形例のステンシルマスク２１０を用いると、半導体基板の表面部分に、イオン化原子の濃度が段差状に変化している導入領域を形成することができる。
また、ステンシルマスク２１０の分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、格子状の構造を備えている。個々の分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃの幅は極めて細い。このため、イオン化原子は、空間電荷効果によって、格子状の分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃの後方に簡単に回り込むことができる。格子状の分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃを採用すると、イオン化原子が分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃの後方に回り込むのに必要とされる遮蔽層の背面と半導体基板の表面の間の距離を短くすることができる。遮蔽層の背面と半導体基板の表面の間の距離を短くできれば、半導体基板５０の所定領域と実際に導入される導入領域の範囲を良好に一致させることができる。
【００３５】
さらに、矩形状の開孔群２０ａ、２０ｂ、２０ｃを採用すると、群２０Ａでは隣接する開孔２０ａと開孔２０ａの間の分離壁３０ａの幅が略一様になり、群２０Ｂでは隣接する開孔２０ｂと開孔２０ｂの間の分離壁２０ｂの幅が略一様になり、群２０Ｃでは隣接する開孔２０ｃと開孔２０ｃの間の分離壁３０ｃの幅が略一様になる。このため、分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃの後方に回り込むイオン化原子の濃度は、それぞれの群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ内において略一定になる。即ち、それぞれの群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ内において分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃの幅が一様であると、それぞれの群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに応じて形成される導入領域は、イオン化原子の濃度のバラツキが少なくなる。
【００３６】
さらに、図７及び図９の関係のように、それぞれの群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに亘って分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃの幅が一様であるのが好ましい。この場合、分離壁３０ａ、３０ｂ、３０ｃによる遮蔽の効果が、それぞれの群２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに対応する所定領域の中で略一様になる。このため、半導体基板５０の導入領域に含まれるイオン化原子の濃度は、開孔群２０ａ、２０ｂ、２０ｃの開孔率に基づいて直接的に決定される。上記形態のステンシルマスクを用いると、開孔群２０ａ、２０ｂ、２０ｃの開孔率に基づいて、半導体基板５０の導入領域に含まれる濃度を調整することが容易になる。
なお、上記の作用効果を得るためには、開孔２０ａ、２０ｂ、２０ｃの形状が矩形状に限られない。例えば、図１１に示す三角形や、図１２に示す菱形や、図１３に示す正六角形であってもよい。
【００３７】
（ステンシルマスク１０の製造方法）
次に、図１４〜図１９を参照して、図５のステンシルマスク１１０の製造方法を説明する。
まず、図１４に示すように、貼り合わせＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を準備する。ＳＯＩ基板は、シリコン支持基板１６（その一部は、支持層１６になる）と埋込み酸化シリコン層１４（その一部は酸化シリコン層１４になる）とシリコン層１２（その一部は遮蔽層１２と分離壁３０になる）を備えている。
【００３８】
図１５に示すように、シリコン層１２の表面に、第１フォトマスク９２をパターニングする。第１フォトマスク９２が被覆しているシリコン層１２の領域は、出来上がりの遮蔽層１２と分離壁３０に対応している。
次に、図１６に示すように、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を利用して、第１フォトマスク９２から露出するシリコン層１２を埋込み酸化シリコン層４２が露出するまでエッチングし、複数のトレンチ２１〜２７を形成する。複数のトレンチ２１〜２７は、出来上がりの開孔２１〜２７に対応している。トレンチ２１〜２７とトレンチ２１〜２７の間のシリコン層１２は、出来上がりの分離壁３０に対応している。
【００３９】
次に、図１７に示すように、酸素アッシング又は硫酸過水を用いるエッチング技術を利用して、第１フォトマスク９２を除去した後に、シリコン支持基板１６の裏面に第２フォトマスク９４をパターニングする。
次に、図１８に示すように、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を利用して、第２フォトマスク９４から露出するシリコン支持基板１６を埋込み酸化シリコン層４２が露出するまでエッチングする。
最後に、図１９に示すように、第２フォトマスクを除去した後に、フッ化水素酸又は緩衝フッ化水素酸（ＢＨＦ）等を利用して、埋込み酸化シリコン層４２をエッチング除去する。
これらの工程を経て、ステンシルマスク１１０を得ることができる。
【００４０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】イオン注入装置の構成を示す。
【図２】（Ａ）本実施例の遮蔽層の要部断面図を模式的に示す。（Ｂ）本実施例の遮蔽層の要部平面図を模式的に示す。
【図３】本実施例のステンシルマスクを用いて、イオン化原子を導入する様子を示す。
【図４】導入領域の不純物濃度の分布を示す。
【図５】一つの変形例のステンシルマスクの要部断面図を模式的に示す。
【図６】他の一つの変形例のステンシルマスクの要部平面図を模式的に示す。
【図７】開孔の一例を示す。
【図８】開孔の他の一例を示す。
【図９】開孔の他の一例を示す。
【図１０】開孔の他の一例を示す。
【図１１】開孔の他の一例を示す。
【図１２】開孔の他の一例を示す。
【図１３】開孔の他の一例を示す。
【図１４】本実施例のステンシルマスクの製造過程を示す（１）。
【図１５】本実施例のステンシルマスクの製造過程を示す（２）。
【図１６】本実施例のステンシルマスクの製造過程を示す（３）。
【図１７】本実施例のステンシルマスクの製造過程を示す（４）。
【図１８】本実施例のステンシルマスクの製造過程を示す（５）。
【図１９】本実施例のステンシルマスクの製造過程を示す（６）。
【符号の説明】
【００４２】
２：イオン源
３：質量分析器
４：加速器
５：スキャナ装置
６：注入室
１０：ステンシルマスク
１２：遮蔽層
１４：酸化シリコン膜
１６：支持層
１８：照射領域画定壁
２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７：開孔
３０：分離壁
【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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