JP2007287973A - ステンシルマスクとその利用方法とそれを利用する荷電粒子注入装置 - Google Patents
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Abstract
【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
【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
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (11)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。
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- 2006-04-18 JP JP2006114390A patent/JP2007287973A/ja active Pending
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