JP2008153390A

JP2008153390A - 不純物導入領域を形成する方法およびシステム

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Publication number: JP2008153390A
Application number: JP2006338983A
Authority: JP
Inventors: Mihiro Nakagawa; 未浩中川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-07-03

Abstract

【課題】複数回のフォトリソグラフィ工程を実施することなく、半導体基板に不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成可能な技術を提供する。
【解決手段】半導体基板に不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成する方法であって、半導体基板の表面に第１光量で感光するポジ型で露光前の第１レジスト層を形成する第１レジスト層形成工程と、第１レジスト層の表面に第１光量よりも少ない第２光量で感光するポジ型で露光前の第２レジスト層を形成する第２レジスト層形成工程と、第１レジスト層と第２レジスト層の第１所定範囲に第１光量以上の光を照射するとともに第１レジスト層と第２レジスト層の第２所定範囲に第１光量未満であって第２光量以上の光を照射する露光工程と、露光後の第１レジスト層と第２レジスト層を現像する現像工程と、現像後の半導体基板の表面に向けてイオン化した不純物を照射するイオン注入工程を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体基板に不純物を導入する技術に関する。特に、不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成する技術に関する。

半導体装置の製造では、半導体基板の一部の領域に不純物を導入し、その領域の導電型や導電性を調整することが行われている。例えば、ｎ型の半導体基板の一部にｐ型の不純物を導入することによって、ｎ型の半導体基板の一部にｐ型半導体領域を形成している。あるいは、同じ導電型の不純物を導入する場合でも、導入する不純物の濃度を調整することによって、形成する不純物導入領域の導電性（電気抵抗）を調整している。
不純物導入領域の形成には、イオン注入法が多く利用されている。イオン注入法では、イオン化した不純物を半導体基板の表面に向けて照射し、半導体基板の内部に不純物を注入する。このとき、半導体基板の表面には、不純物を注入する範囲に開口部を有するマスク層を形成しておく。また、半導体基板に注入する不純物の濃度に応じて、照射するイオン量を調整しておく。それにより、半導体基板の所望する位置に、所望する不純物濃度の不純物導入領域を形成することができる。
イオン注入法によると、不純物濃度が同一である複数の不純物導入領域を、同時に形成することができる。その一方において、不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成する場合には、それぞれの不純物導入領域を順次形成する必要があり、マスク層の形成工程と不純物イオンの注入工程とマスク層の除去工程を繰り返すこととなる。

特許文献１には、複数回のイオン注入工程を必要とすることなく、不純物濃度が異なる２つの不純物導入領域を形成する技術が記載されている。この技術では、先ず、半導体基板の表面に、第１開口部を有する第１マスク層を形成する。次いで、第１マスク層および半導体基板の表面に、第２開口部を有する第２マスク層を形成する。第１開口部と第２開口部は、一部が重複するように形成する。それにより、半導体基板の表面に、第１マスク層および第２マスク層のいずれにも被覆されていない範囲と、第１マスク層又は第２マスク層の一方のみによって被覆されている範囲と、第１マスク層および第２マスク層の両方によって被覆されている範囲を設けている。
次いで、イオン注入工程を実施する。このとき、第１マスク層および第２マスク層のいずれにも被覆されていない範囲では、照射された不純物イオンがマスク層によって遮断されないことから、高濃度の不純物導入領域が形成される。第１マスク層又は第２マスク層の一方のみによって被覆される範囲では、照射された不純物イオンの一部がマスク層によって遮断されることから、低濃度の不純物導入領域が形成される。そして、第１マスク層および第２マスク層の両方によって被覆されている範囲では、照射された不純物イオンが完全に遮断されることから、不純物導入領域が形成されない。

特開２００５−１３５９７２号公報

特許文献１の技術では、第１マスク層を形成する工程と、第２マスク層を形成する工程を必要とする。第１マスク層を形成する工程では、第１開口部を形成するために、フォトリソグラフィ工程を実施している。また、第２マスク層を形成する工程でも、第２開口部を形成するために、フォトリソグラフィ工程を実施している。特許文献１の技術では、マスク層を形成する段階で、成膜工程と露光工程と現像工程を含む一連のフォトリソグラフィ工程を少なくとも２回実施する必要がある。
本発明は、上記の課題を解決する。本発明は、複数回のフォトリソグラフィ工程を実施することなく、半導体基板に不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成可能な技術を提供する。

本発明は、半導体基板に不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成する方法を提供する。この方法は、半導体基板の表面に第１光量で感光するポジ型で露光前の第１レジスト層を形成する第１レジスト層形成工程と、第１レジスト層の表面に第１光量よりも少ない第２光量で感光するポジ型で露光前の第２レジスト層を形成する第２レジスト層形成工程と、第１レジスト層と第２レジスト層の第１所定範囲に第１光量以上の光を照射するとともに第１レジスト層と第２レジスト層の第２所定範囲に第１光量未満であって第２光量以上の光を照射する露光工程と、露光後の第１レジスト層と第２レジスト層を現像する現像工程と、現像後の半導体基板の表面に向けてイオン化した不純物を照射するイオン注入工程を備えている。

この方法では、先ず、半導体基板の表面に、露光感度の異なるポジ型の第１レジスト層と第２レジスト層を形成する。ここで、下層に位置する第１レジスト層は、上層に位置する第２レジスト層よりも、感光するのに必要な光量が大きくなるようにする。即ち、露光感度が低くなるようにする。
露光工程では、半導体基板の表面に積層したレジスト層を、第１所定範囲については第１レジスト層と第２レジスト層の両者が感光する光量で露光し、第２所定範囲については第２レジスト層のみが感光する光量で露光する。
現像工程では、第１レジスト層と第２レジスト層の感光した部分が除去される。従って、第１レジスト層と第２レジスト層の両者が除去される第１所定範囲と、第２レジスト層のみが除去される第２所定範囲と、第１レジスト層と第２レジスト層のいずれも除去されない残余の範囲が現像される。
その結果、イオン注入工程において、第１レジスト層と第２レジスト層の両者が除去された第１所定範囲では、照射された不純物イオンがレジスト層によって遮断されず、不純物濃度の高い不純物導入領域が形成される。一方、第２レジスト層のみが除去された第２所定範囲では、照射された不純物イオンが第１レジスト層によって一部遮断され、低濃度の不純物導入領域が形成される。そして、第１レジスト層と第２レジスト層のいずれも除去されなかった残余の範囲では、照射された不純物イオンが第１レジスト層と第２レジスト層によって完全に遮断され、不純物導入領域は形成されない。
この方法によると、複数回のフォトリソグラフィ工程を実施することなく、半導体基板に不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成することができる。

上記の方法において、前記露光工程では、前記第１所定範囲に第１強度の光を所定の露光時間に亘って照射するとともに、前記第２所定範囲に第１強度よりも弱い第２強度の光を前記所定の露光時間に亘って照射することが好ましい。
第１レジスト層と第２レジスト層に照射する光の光量は、照射する光の強度によって調整することができる。この方法によると、第１レジスト層と第２レジスト層の第１所定範囲に第１光量以上の光を照射する露光時間と、第１レジスト層と第２レジスト層の第２所定範囲に第１光量未満であって第２光量以上の光を照射する露光時間を、同一に設定することができる。

上記の方法において、前記露光工程では、前記第１所定範囲に照射される光の強度を前記第１強度にするとともに、前記第２所定範囲へ照射される光の強度を前記第２強度にする遮光マスクを使用することが好ましい。
この方法によると、第１レジスト層と第２レジスト層の第１所定範囲に第１光量以上の光を照射するのと同時に、第１レジスト層と第２レジスト層の第２所定範囲に第１光量未満であって第２光量以上の光を照射することができる。

本発明の技術は、半導体基板に不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成するシステムを提供する。このシステムは、半導体基板の表面に第１光量で感光するポジ型で露光前の第１レジスト層を形成する第１レジスト層形成装置と、第１レジスト層の表面に第１光量よりも少ない第２光量で感光するポジ型で露光前の第２レジスト層を形成する第２レジスト層形成装置と、第１レジスト層と第２レジスト層の第１所定範囲に第１光量以上の光を照射するとともに第１レジスト層と第２レジスト層の第２所定範囲に第１光量未満であって第２光量以上の光を照射する露光装置と、露光後の第１レジスト層と第２レジスト層を現像する現像装置と、現像後の半導体基板の表面に向けてイオン化した不純物を照射するイオン注入装置を備えている。
このシステムによると、複数回のフォトリソグラフィ工程を実施することなく、半導体基板に不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成することができる。

本発明の技術は、ネガ型のレジスト材料が使用可能な方法に具現化することもできる。この方法は、半導体基板に不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成する方法であって、半導体基板の表面に第４光量で感光するネガ型で露光前の第１レジスト層を形成する第１レジスト層形成工程と、第１レジスト層の表面に第４光量よりも多い第５光量で感光するネガ型で露光前の第２レジスト層を形成する第２レジスト層形成工程と、第１レジスト層と第２レジスト層の第１所定範囲と第２所定範囲を除く範囲に第５光量以上の光を照射するとともに第２所定範囲に第５光量未満であって第４光量以上の光を照射する露光工程と、露光後の第１レジスト層と第２レジスト層を現像する現像工程と、現像後の半導体基板の表面に向けてイオン化した不純物を照射するイオン注入工程を備えている。

この方法では、先ず、半導体基板の表面に、露光感度の異なるネガ型の第１レジスト層と第２レジスト層を形成する。ここで、下層に位置する第１レジスト層は、上層に位置する第２レジスト層よりも、感光するのに必要な光量が小さくなるようにする。即ち、露光感度が高くなるようにする。
露光工程では、半導体基板の表面に積層したレジスト層を、第１所定範囲と第２所定範囲を除く範囲については第１レジスト層と第２レジスト層の両者が感光する光量で露光し、第２所定範囲については第１レジスト層のみが感光する光量で露光する。
現像工程では、第１レジスト層と第２レジスト層の感光していない部分が除去される。従って、第１レジスト層と第２レジスト層の両者が除去される第１所定範囲と、第２レジスト層のみが除去される第２所定範囲と、第１レジスト層と第２レジスト層のいずれも除去されない残余の範囲が現像される。
その結果、イオン注入工程において、第１レジスト層と第２レジスト層の両者が除去された第１所定範囲では、照射された不純物イオンがレジスト層によって遮断されず、不純物濃度の高い不純物導入領域が形成される。一方、第２レジスト層のみが除去された第２所定範囲では、照射された不純物イオンが第１レジスト層によって一部遮断され、低濃度の不純物導入領域が形成される。そして、第１レジスト層と第２レジスト層のいずれも除去されなかった残余の範囲では、照射された不純物イオンが第１レジスト層と第２レジスト層によって完全に遮断され、不純物導入領域は形成されない。
この方法によると、複数回のフォトリソグラフィ工程を実施することなく、半導体基板に不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成することができる。

本発明の技術は、ネガ型のレジスト材料が使用可能なシステムに具現化することもできる。このシステムは、半導体基板に不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成するシステムであって、半導体基板の表面に第４光量で感光するネガ型で露光前の第１レジスト層を形成する第１レジスト層形成装置と、第１レジスト層の表面に第４光量よりも多い第５光量で感光するネガ型で露光前の第２レジスト層を形成する第２レジスト層形成装置と、第１レジスト層と第２レジスト層の第１所定範囲と第２所定範囲を除く範囲に第５光量以上の光を照射するとともに第２所定範囲に第５光量未満であって第４光量以上の光を照射する露光装置と、露光後の第１レジスト層と第２レジスト層を現像する現像装置と、現像後の半導体基板の表面に向けてイオン化した不純物を照射するイオン注入装置を備えている。
このシステムによると、複数回のフォトリソグラフィ工程を実施することなく、半導体基板に不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成することができる。

本発明によって、半導体装置の製造プロセスを簡素化することが可能となる。複雑な構造を有する半導体装置を、簡素な製造プロセスによって製造することが可能となる。

最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１）半導体処理システムは、半導体基板の表面に第１レジスト層を形成し、第１レジスト層の表面に第２レジスト層を形成し、第２レジスト層の表面に第３レジスト層を形成する。ここで、各レジスト層をポジ型のレジスト材料によって形成する場合は、第１レジスト層の露光感度よりも第２レジスト層の露光感度を高くし、第２レジスト層の露光感度よりも第３レジスト層の露光感度を高くする。各レジスト層をネガ型のレジスト材料によって形成する場合は、第１レジスト層の露光感度よりも第２レジスト層の露光感度を低くし、第２レジスト層の露光感度よりも第３レジスト層の露光感度を低くする。ここで、露光感度が高いレジスト材料ほど、感光するのに必要な光量は少ない。
（特徴２）半導体処理システムは、第１レジスト層と第２レジスト層と第３レジスト層を含むレジスト層の各範囲に、それぞれ異なる強度の光を所定の露光時間に亘って同時に照射する。なお、半導体処理システムでは、レジスト層の各範囲に対して光を同時に照射する必要は必ずしもない。例えば第１の範囲のみに第１強度の光を所定の露光時間に亘って照射する工程と、第２の範囲のみに第２光量の光を所定の露光時間に亘って照射する工程と、第３の範囲のみに第３光量の光を所定の露光時間に亘って照射する工程を、それぞれ実施してもよい。あるいは、第１の範囲のみに第３強度（第１強度の略３分の１の強度とする）の光を照射する工程と、第１の範囲と第２範囲だけに第３強度の光を照射する工程と、第１の範囲と第２範囲と第３範囲に第３強度の光を照射する工程を、それぞれ実施してもよい。各範囲に照射する光の光量は、照射する光の強度や照射時間によって調整することができる。

（実施例１）
本発明の実施例１について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明を具現化した半導体処理システム（以下、単にシステムと略す）１００を示している。このシステム１００は、半導体基板１０に、不純物濃度が異なる複数の不純物拡散領域を形成する。以下の説明では、このシステム１００を用いて、半導体基板１０に三段型リサーフ層を形成する例について説明する。図７に示すように、三段型リサーフ層１４は、高濃度の不純物拡散領域である高濃度リサーフ層１４ｂと、中濃度の不純物拡散領域である中濃度リサーフ層１４ｃと、低濃度の不純物拡散領域である低濃度リサーフ層１４ｄを備えている。高濃度リサーフ層１４ｂと中濃度リサーフ層１４ｃと低濃度リサーフ層１４ｄは、半導体基板１０の表面１０ｆに沿って順に位置している。
本実施例では、ｎ型の半導体基板１０にｐ型の不純物を拡散させた三段型リサーフ層１４を形成する場合を例に挙げて説明するが、ｐ型の半導体基板にｎ型の不純物拡散領域を形成することも同様に可能である。

図１に示すように、本実施例のシステム１００は、レジスト層形成装置１０２と、露光装置１１０と、現像装置１１２と、イオン注入装置１１４と、熱処理装置１１６を備えている。
レジスト層形成装置１０２は、第１レジスト層形成装置１０４と、第２レジスト層形成装置１０６と、第３レジスト層形成装置１０８を備えている。第１レジスト層形成装置１０４は、第１種類のフォトレジスト材料を用いて、半導体基板１０の上に露光前の第１レジスト層を形成することができる。第２レジスト層形成装置１０６は、第２種類のフォトレジスト材料を用いて、第１レジスト層の上に露光前の第２レジスト層を形成することができる。第３レジスト層形成装置１０８は、第３種類のフォトレジスト材料を用いて、第２レジスト層の上に露光前の第３レジスト層を形成することができる。それにより、レジスト層形成装置１０２は、半導体基板１０の上に、３種類のフォトレジスト材料を用いて３層構造を有する露光前のレジスト層を積層することができる。本実施例では、第１種類のフォトレジスト材料に、第１光量で感光するポジ型のフォトレジスト材料を使用する。また、第２種類のフォトレジスト材料に、第１光量よりも少ない第２光量で感光するポジ型のフォトレジスト材料を使用する。また、第３種類のフォトレジスト材料に、第２光量よりも少ない第３光量で感光するポジ型のフォトレジスト材料を使用する。ここで、第２光量は第１光量の略３分の２であり、第３光量は第１光量の略３分の１である。

図２は、システム１００を用いて、半導体基板１０に三段型リサーフ層１４を形成する手順を示すフローチャートである。図２に示すフローに沿って、三段型リサーフ層１４を形成する手順について説明する。図７に示すように、三段型リサーフ層１４を形成するためには、半導体基板１０の第１領域１０ｂ内に高濃度リサーフ層１４ｂを形成し、半導体基板１０の第２領域１０ｃ内に中濃度リサーフ層１４ｃを形成し、半導体基板１０の第３領域１０ｄ内に低濃度リサーフ層１４ｄを形成する必要がある。半導体基板１０の他の領域１０ａ、１０ｅには、不純物拡散領域を形成しない。

図２のステップＳ２では、第１レジスト層形成装置１０４を用いて、図３に示すように、半導体基板１０の表面１０ｆ上に第１レジスト層２１を形成する。第１レジスト層２１は、第１光量以上の光によって感光するポジ型のフォトレジスト層である。即ち、第１レジスト層２１は、第１光量以上の光で露光された範囲が、現像処理によって除去される。
図２のステップＳ４では、図３に示すように、第２レジスト層形成装置１０６を用いて、第１レジスト層２１の表面２１ｆ上に第２レジスト層２２を形成する。第２レジスト層２２は、第１光量よりも少ない第２光量以上の光によって感光するポジ型のフォトレジスト層である。即ち、第２レジスト層２２は、第２光量以上の光で露光された範囲が、現像処理によって除去される。
図２のステップＳ６では、図３に示すように、第３レジスト層形成装置１０８を用いて、第２レジスト層２２の表面２２ｆ上に第３レジスト層２３を形成する。第３レジスト層２３は、第２光量よりも少ない第３光量以上の光によって感光するポジ型のフォトレジスト層である。即ち、第３レジスト層２３は、第３光量以上の光で露光された範囲が、現像処理によって除去される。

以上のステップＳ２〜Ｓ６によって、半導体基板１０の表面１０ｆに、露光感度が厚み方向に変化する三層構造のポジ型レジスト層２０を形成する。レジスト層２０では、半導体基板１０側から順に、露光感度が低感度である第１レジスト層２１と、露光感度が中感度である第２レジスト層２２と、露光感度が高感度である第３レジスト層２３が積層されている。第１レジスト層２１と第２レジスト層２２と第３レジスト層２３の層厚は、互いに同一であってもよいし、互いに異ならせてもよい。本実施例では、各レジスト層２１、２２、２３の層厚を同一に設定している。各レジスト層２１、２２、２３の層厚は、後のイオン注入時において半導体基板１０の各領域１０ａ〜１０ｅの上に必要とされるレジスト層２０の層厚に応じて決定されている。そして、半導体基板１０の各領域１０ａ〜１０ｅの上に必要とされるレジスト層２０の層厚は、半導体基板１０に形成する３種類のリサーフ層１４ｂ、１４ｃ、１４ｄの不純物濃度差に応じて決定されている。

図２のステップＳ８では、露光装置１１０を用いて、レジスト層２０を露光する処理を行う。図４を参照して、露光装置１１０を用いた露光処理について説明する。図４に示すように、露光装置１１０は、遮光マスク３０を備えており、図示省略する光源からの光（例えば紫外線）２を遮光マスク３０を介してレジスト層２０に照射する。レジスト層２０への光２の照射は、所定の露光時間に亘って行われる。図中では半導体基板１０の露光範囲と遮光マスク３０のサイズが略同一に図示されているが、実際には半導体基板１０の露光範囲とよりも遮光マスク３０の方が大きい。露光装置１１０は、いわゆる縮小投影型の露光装置であり、遮光マスク３０の像を光学系（図示省略）によって縮小してレジスト層２０に転写する。
遮光マスク３０は、ガラス基板３２と、ガラス基板３２上に形成された遮光層３４を備える。遮光層３４は、クロム等の金属によって形成することができる。遮光層３４は、層厚が十分に厚ければ光源からの光２を完全に遮断するが、層厚が薄ければ光源からの光２の一部を透過させる。このときの光透過率は、遮光層３４の層厚に応じて変化する。本実施例の遮光マスク３０では、複数の範囲３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ毎に、遮光層３４の層厚が定められている。

遮光マスク３０の第１範囲３０ｂは、半導体基板１０の第１領域１０ｂに対応する範囲である。遮光マスク３０の第１範囲３０ｂでは、遮光層３４が形成されていない。即ち、遮光層３４の層厚がゼロに設定されている。それにより、半導体基板１０の第１領域１０ｂの上に位置する範囲のレジスト層２０ｂには、強度Ｌ１の光が所定の露光時間に亘って照射される。強度Ｌ１は、光源からの光２と略同一の強度である。光源からの光２の強度Ｌ１と露光時間は、強度Ｌ１の光を露光時間に亘って照射したときに、その光量が第１光量以上となるように設定されている。従って、半導体基板１０の第１領域１０ｂの上に位置する範囲のレジスト層２０ｂは、第１光量以上の光によって露光されるようになっている。その結果、半導体基板１０の第１領域１０ｂの上に位置する範囲のレジスト層２０では、第１レジスト層２１と第２レジスト層２２と第３レジスト層２３のすべてが感光する。

遮光マスク３０の第２範囲３０ｃは、半導体基板１０の第２領域１０ｃに対応する範囲である。遮光マスク３０の第２範囲３０ｃでは、遮光層３４の層厚がｔ２に設定されている。この層厚ｔ２は、光源からの光２を略３分の１だけ遮断する厚さである。それにより、半導体基板１０の第２領域１０ｃの上に位置する範囲のレジスト層２０ｃには、強度Ｌ２の光が前記所定の露光時間に亘って照射される。強度Ｌ２は光源からの光２の強度Ｌ１の略３分の２であり、強度Ｌ２の光を前記所定の露光時間に亘って照射すると、その光量は第１光量未満であって第２光量以上となる。従って、半導体基板１０の第２領域１０ｃの上に位置する範囲のレジスト層２０ｃは、第１光量未満であって第２光量以上の光によって露光されるようになっている。その結果、半導体基板１０の第２領域１０ｃの上に位置する範囲のレジスト層２０ｃでは、第２レジスト層２２と第３レジスト層２３が感光し、第１レジスト層２１は感光しないままとなる。

遮光マスク３０の第３範囲３０ｄは、半導体基板１０の第３領域１０ｄに対応する範囲である。遮光マスク３０の第３範囲３０ｄでは、遮光層３４の層厚がｔ３に設定されている。この層厚ｔ３は、光源からの光２を略３分の２だけ遮断する厚さである。それにより、半導体基板１０の第３領域１０ｄの上に位置する範囲のレジスト層２０ｄには、強度Ｌ３の光が前記所定の露光時間に亘って照射される。強度Ｌ３は光源からの光２の略３分の１の強度であり、強度Ｌ３の光を前記所定の露光時間に亘って照射すると、その光量は第２光量未満であって第３光量以上となる。従って、半導体基板１０の第３領域１０ｄの上に位置する範囲のレジスト層２０ｄは、第２光量未満であって第３光量以上の光によって露光されるようになっている。その結果、半導体基板１０の第３領域１０ｄの上に位置する範囲のレジスト層２０ｄでは、第３レジスト層２３のみが感光し、第１レジスト層２１と第２レジスト層２２は感光しないままとなる。

遮光マスク３０の残余の範囲３０ａ、３０ｅは、半導体基板１０の残余の領域１０ａ、１０ｅに対応する範囲である。遮光マスク３０の残余の範囲３０ａ、３０ｅは、遮光層３４の層厚がｔ４に設定されている。この層厚ｔ４は、光源からの光２を完全に遮断する厚さである。それにより、半導体基板１０の残余の領域１０ａ、１０ｅの上に位置する範囲のレジスト層２０には、光源からの光２が照射されないようになっている。その結果、半導体基板１０の残余の領域１０ａ、１０ｅの上に位置する範囲のレジスト層２０では、第１レジスト層２１と第２レジスト層２２と第３レジスト層２３のすべてが感光しないままとなる。

このように、露光装置１１０では、レジスト層２０の複数の範囲２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを、互いに異なる光量の光によって露光する。なお、レジスト層２０の各範囲２０ｂ、２０ｃ、２０ｄに照射する光の光量は、上記のように照射する光の強度を調節してもよいし、あるいは光を照射する露光時間を調節してもよい。この場合、例えば３種類の遮光マスクを用意し、先ず第１のマスクを用いてレジスト層２０の第１範囲２０ｂのみに光を照射し、次いで第２のマスクを用いてレジスト層２０の第１範囲２０ｂと第２範囲２０ｃだけに光を照射し、次いで第３のマスクを用いてレジスト層２０の第１範囲２０ｂと第２範囲２０ｃと第３範囲２０ｄに光を照射する。この手法によっても、レジスト層２０の各範囲２０ｂ、２０ｃ、２０ｄに照射する光の光量を相違させることができる。

図２のステップＳ１０では、現像装置１１２を用いて、露光したレジスト層２０を現像する処理を行う。図５に示すように、レジスト層２０を現像することによって、レジスト層２０の露光した部分は除去される。第１レジスト層２１には、半導体基板１０の第１領域１０ｂの上に位置する範囲に開口部２１ｈが形成される。第２レジスト層２２には、半導体基板１０の第１領域１０ｂと第２領域１０ｃの上に位置する範囲に開口部２２ｈが形成される。第３レジスト層２３には、半導体基板１０の第１領域１０ｂと第２領域１０ｃと第３領域１０ｄの上に位置する範囲に開口部２３ｈが形成される。このように、レジスト層２０には、遮光マスク３０に形成されていた光透過率の分布像が、レジスト層２０の層厚によって現像される。その結果、半導体基板１０の第１領域１０ｂは、レジスト層２０が完全に除去されて露出されている。半導体基板１０の第２領域１０ｃは、第１レジスト層２１のみによって被覆されている。半導体基板１０の第３領域１０ｄは、第１レジスト層２１と第２レジスト層２２によって被覆されている。半導体基板１０の残余の領域１０ａ、１０ｅは、第１レジスト層２１と第２レジスト層２２と第３レジスト層２３によって被覆されている。半導体基板１０の残余の領域１０ａ、１０ｅを被覆するレジスト層２０の層厚に対して、半導体基板１０の第３領域１０ｄを被覆するレジスト層２０の層厚は略３分の２倍となり、半導体基板１０の第２領域１０ｃを被覆するレジスト層２０の層厚は略３分の１倍となり、半導体基板１０の第１領域１０ｂを被覆するレジスト層２０の層厚はゼロ倍となる。

図２のステップＳ１２では、イオン注入装置１１４を用いて、半導体基板１０にｐ型不純物を導入する。本実施例では、ｐ型不純物にボロン（ホウ素：元素記号Ｂ）を用いる。図６に示すように、イオン注入装置１１４は、ボロンを含むイオン原料（例えばフッ化ボロン：化学式ＢＦ_３）をイオン化し、ボロンを含むイオンビーム４を半導体基板１０の表面１０ｆに向けて照射する。
半導体基板１０の表面１０ｆに形成されたレジスト層２０は、層厚が十分に厚ければイオンビーム４を完全に遮断するが、層厚が薄ければイオンビーム４の一部を透過させる。具体的には、第１レジスト層２１と第２レジスト層２２と第３レジスト層２３の３層を合わせた層厚であれば、イオンビーム４を完全に遮断することができる。第１レジスト層２１と第２レジスト層２２の２層を合わせた層厚であれば、イオンビーム４の略３分の２を遮断するとともに略３分の１を透過させる。第１レジスト層２１のみの層厚であれば、イオンビーム４の略３分の１を遮断するとともに略３分の２を透過させる。
半導体基板１０の第１領域１０ｂには、レジスト層２０が形成されていない。従って、半導体基板１０の第１領域１０ｂには、多量のｐ型不純物が注入された高濃度導入領域１２ｂが形成される。半導体基板１０の第２領域１０ｃには、第１レジスト層２１のみが形成されている。従って、半導体基板１０の第２領域１０ｃには、中量のｐ型不純物が注入された中濃度導入領域１２ｃが形成される。半導体基板１０の第３領域１０ｄには、第１レジスト層２１と第２レジスト層２２の２層が形成されている。従って、半導体基板１０の第３領域１０ｄには、少量のｐ型不純物が注入された低濃度導入領域１２ｄが形成される。半導体基板１０の残余の領域１０ａ、１０ｅには、第１レジスト層２１と第２レジスト層２２と第３レジスト層２３の３層が形成されている。従って、半導体基板１０の残余の領域１０ａ、１０ｅには、ｐ型不純物が注入されない。

図２のステップＳ１４では、レジスト層２０を除去する処理が行われる。続くステップＳ１６では、熱処理装置１１６を用いて、半導体基板１０を加熱するアニール処理を実施する。このアニール処理では、半導体基板１０を７００度程度まで加熱する。それにより、半導体基板１０に注入したｐ型不純物を、半導体基板１０の結晶構造内に拡散させることができる。図７に示すように、半導体基板１０の第１領域１０ｂには、ｐ型不純物が高濃度に拡散した高濃度リサーフ層１４ｂが形成される。半導体基板１０の第２領域１０ｃには、ｐ型不純物が中濃度に拡散した中濃度リサーフ層１４ｃが形成される。半導体基板１０の第３領域１０ｄには、ｐ型不純物が低濃度に拡散した低濃度リサーフ層１４ｄが形成される。高濃度リサーフ層１４ｂと中濃度リサーフ層１４ｃと低濃度リサーフ層１４ｄは、半導体基板１０の面方向に沿って不純物濃度が３段階に変化する３段型リサーフ層１４を構成する。

以上のように、本実施例で説明したシステム１００および手順によって、半導体基板１０に不純物濃度が異なる複数の不純物拡散領域１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを形成することができる。本実施例で説明したシステム１００および手順によると、レジスト層の形成、露光、現像、除去を含む一連のフォトリソグラフィ工程を、一度だけ実施すれば足りる。一連のフォトリソグラフィ工程を繰り返し実施する必要がないので、半導体装置の製造システムや製造プロセスを簡単化することができる。

（実施例２）
本発明の実施例２について図面を参照しながら説明する。実施例２では、実施例１と同様に、図１に示すシステム１００を用いて、図７に示す三段型リサーフ層１４を半導体基板１０に形成する。実施例２の三段型リサーフ層１４の形成手順は、実施例１と同様に、図２に示すフローチャートによって示される。
ただし、実施例２では、レジスト層２０の形成に、ネガ型のフォトレジスト材料を利用する。それにより、レジスト層２０の構成や露光装置１１０による露光方法が変更されている。以下の説明では、実施例１と異なる点を主に説明し、実施例１と一致する点についての説明は避けるように努める。

図２に示すフローチャートに沿って、実施例２による三段型リサーフ層１４の形成手法について説明する。図２のステップＳ２〜Ｓ６では、実施例１と同様に、半導体基板１０の表面１０ｆに、三層構造を有する露光前のレジスト層２０を形成する（図３参照）。ただし実施例２では、第１レジスト層２１を形成するフォトレジスト材料に、第４光量で感光するネガ型のレジスト材料を使用する。また、第２レジスト層２２を形成するフォトレジスト材料に、第４光量よりも多い第５光量で感光するネガ型のフォトレジスト材料を使用する。また、第３レジスト層２３を形成するフォトレジスト材料に、第５光量よりも多い第６光量で感光するネガ型のフォトレジスト材料を使用する。ここで、第４光量は第６光量の略３分の１であり、第５光量は第６光量の略３分の２である。
このように、実施例２の手法では、半導体基板１０の表面１０ｆに、露光感度が厚み方向に変化する三層構造のネガ型レジスト層２０を形成する。レジスト層２０では、半導体基板１０側から順に、露光感度が高感度である第１レジスト層２１と、露光感度が中感度である第２レジスト層２２と、露光感度が低感度である第３レジスト層２３が積層されている。

図２のステップＳ８では、露光装置１１０を用いて、レジスト層２０を露光する処理を行う。図８を参照して、実施例２における露光処理について説明する。図８に示すように、実施例２では、実施例１とは異なる遮光マスク８０を使用する。遮光マスク８０は、ガラス基板８２と、ガラス基板８２上に形成された遮光層８４を備える。本実施例の遮光マスク８０においても、複数の範囲８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ、８０ｅ毎に、遮光層８４の層厚が定められている。

遮光マスク８０の第１範囲８０ｂは、半導体基板１０の第１領域１０ｂに対応する範囲である。遮光マスク８０の第１範囲８０ｂでは、遮光層８４の層厚がｔ４に設定されている。この層厚ｔ４は、光源からの光２を完全に遮断する厚さである。それにより、半導体基板１０の第１領域１０ｂの上に位置する範囲のレジスト層２０ｂには、光源からの光２が照射されないようになっている。その結果、半導体基板１０の第１領域１０ｂの上に位置する範囲のレジスト層２０ｂでは、第１レジスト層２１と第２レジスト層２２と第３レジスト層２３のすべてが感光しないままとなる。

遮光マスク８０の第２範囲８０ｃは、半導体基板１０の第２領域１０ｃに対応する範囲である。遮光マスク８０の第２範囲８０ｃでは、遮光層８４の層厚がｔ３に設定されている。この層厚ｔ３は、光源からの光２を略３分の２だけ遮断する厚さである。それにより、半導体基板１０の第２領域１０ｃの上に位置する範囲のレジスト層２０ｃには、強度Ｌ３の光が前記所定の露光時間に亘って照射される。強度Ｌ３は光源からの光２の強度Ｌ１の略３分の１であり、強度Ｌ３の光を前記所定の露光時間に亘って照射すると、その光量は第４光量以上であって第５光量未満となる。従って、半導体基板１０の第２領域１０ｃの上に位置する範囲のレジスト層２０ｃは、第４光量以上であって第５光量未満の光によって露光される。その結果、半導体基板１０の第２領域１０ｃの上に位置する範囲のレジスト層２０ｃでは、第１レジスト層２１のみが感光し、第２レジスト層２２と第３レジスト層２３は感光しないままとなる。

遮光マスク８０の第３範囲８０ｄは、半導体基板１０の第３領域１０ｄに対応する範囲である。遮光マスク８０の第３範囲８０ｄでは、遮光層８４の層厚がｔ２に設定されている。この層厚ｔ２は、光源からの光２を略３分の１だけ遮断する厚さである。それにより、半導体基板１０の第３領域１０ｄの上に位置する範囲のレジスト層２０ｄには、強度Ｌ２の光が前記所定の露光時間に亘って照射される。強度Ｌ２は光源からの光２の略３分の２の強度であり、強度Ｌ２の光を前記所定の露光時間に亘って照射すると、その光量は第５光量以上であって第６光量未満となる。従って、半導体基板１０の第３領域１０ｄの上に位置する範囲のレジスト層２０ｄは、第５光量以上であって第６光量未満の光によって露光される。その結果、半導体基板１０の第３領域１０ｄの上に位置する範囲のレジスト層２０ｄでは、第１レジスト層２１と第２レジスト層２２が感光し、第３レジスト層２３は感光しないままとなる。

遮光マスク８０の残余の範囲８０ａ、８０ｅは、半導体基板１０の残余の領域１０ａ、１０ｅに対応する範囲である。遮光マスク８０の残余の範囲８０ａ、８０ｅでは、遮光層８４が形成されていない。即ち、遮光層３４の層厚がゼロに設定されている。それにより、半導体基板１０の残余の領域１０ａ、１０ｅの上に位置する範囲のレジスト層２０には、強度Ｌ１の光が所定の露光時間に亘って照射される。強度Ｌ１は光源からの光２の強度に略同一であり、強度Ｌ１の光を前記所定の露光時間に亘って照射すると、その光量は第６光量以上となる。その結果、半導体基板１０の残余の領域１０ａ、１０ｅの上に位置する範囲のレジスト層２０では、第１レジスト層２１と第２レジスト層２２と第３レジスト層２３のすべてが感光する。

このように、本実施例においても、レジスト層２０の複数の範囲を、互いに異なる光量の光によって露光する。詳しくは、半導体基板１０の第１領域１０ｂと第２領域１０ｃと第３領域１０ｄの上に位置する範囲２０ｂ、２０ｃ、２０ｄを除いた範囲のレジスト層２０については、第６光量以上の光によって露光する。半導体基板１０の第３領域１０ｄの上に位置する範囲２０ｄについては、第６光量未満であって第５光量以上の光によって露光する。半導体基板１０の第２領域１０ｃの上に位置する範囲２０ｃについては、第５光量未満であって第４光量以上の光によって露光する。半導体基板１０の第１領域１０ｂの上に位置する範囲２０ｂについては、露光しない。

図２のステップＳ１０では、現像装置１１２を用いて、露光したレジスト層２０を現像する処理を行う。実施例２のレジスト層２０はネガ型である。従って、実施例２の現像処理では、レジスト層２０の未露光部分が除去される。その結果、図５に示すように、レジスト層２０には実施例１と同じ像（形状）が現像される。以下、図２のステップＳ１２〜Ｓ１６の処理は、実施例１と同様に行われる。それにより、図７に示すように、半導体基板１０に三段型リサーフ層１４が形成される。

以上のように、本実施例で説明したシステム１００および手順によって、半導体基板１０に不純物濃度が異なる複数の不純物拡散領域１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを形成することができる。一連のフォトリソグラフィ工程を繰り返し実施する必要がないので、半導体装置の製造システムや製造プロセスを簡単化することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。
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み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わ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するものであり、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。

実施例の半導体処理システムの構成を示すブロック図。半導体基板に複数の不純物拡散領域を形成する手順を示すフローチャート。レジスト層が形成された半導体基板を示す図。レジスト層を露光する様子を示す図（実施例１）。レジスト層を現像した様子を示す図。半導体基板にイオン注入する様子を示す図。不純物領域が形成された半導体基板を示す図。レジスト層を露光する様子を示す図（実施例２）。

符号の説明

１０：半導体基板
２０：レジスト層
２１：第１レジスト層
２２：第２レジスト層
２３：第３レジスト層
３０、８０：遮光マスク
１００：半導体処理システム
１０２：レジスト層形成装置
１０４：第１レジスト層形成装置
１０６：第２レジスト層形成装置
１０８：第３レジスト層形成装置
１１０：露光装置
１１２：現像装置
１１４：イオン注入装置
１１６：熱処理装置

Claims

半導体基板に不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成する方法であって、
半導体基板の表面に、第１光量で感光するポジ型で露光前の第１レジスト層を形成する第１レジスト層形成工程と、
第１レジスト層の表面に、第１光量よりも少ない第２光量で感光するポジ型で露光前の第２レジスト層を形成する第２レジスト層形成工程と、
第１レジスト層と第２レジスト層の第１所定範囲に第１光量以上の光を照射するとともに、第１レジスト層と第２レジスト層の第２所定範囲に第１光量未満であって第２光量以上の光を照射する露光工程と、
露光後の第１レジスト層と第２レジスト層を現像する現像工程と、
現像後の半導体基板の表面に向けてイオン化した不純物を照射するイオン注入工程と、
を備える方法。
前記露光工程では、前記第１所定範囲に第１強度の光を所定の露光時間に亘って照射するとともに、前記第２所定範囲に第１強度よりも弱い第２強度の光を前記所定の露光時間に亘って照射することを特徴とする請求項１の方法。
前記露光工程では、前記第１所定範囲に照射される光の強度を前記第１強度にするとともに、前記第２所定範囲へ照射される光の強度を前記第２強度にする遮光マスクを使用することを特徴とする請求項２の方法。
半導体基板に不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成するシステムであって、
半導体基板の表面に、第１光量で感光するポジ型で露光前の第１レジスト層を形成する第１レジスト層形成装置と、
第１レジスト層の表面に、第１光量よりも少ない第２光量で感光するポジ型で露光前の第２レジスト層を形成する第２レジスト層形成装置と、
第１レジスト層と第２レジスト層の第１所定範囲に第１光量以上の光を照射するとともに、第１レジスト層と第２レジスト層の第２所定範囲に第１光量未満であって第２光量以上の光を照射する露光装置と、
露光後の第１レジスト層と第２レジスト層を現像する現像装置と、
現像後の半導体基板の表面に向けてイオン化した不純物を照射するイオン注入装置と、
を備えるシステム。
半導体基板に不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成する方法であって、
半導体基板の表面に、第４光量で感光するネガ型で露光前の第１レジスト層を形成する第１レジスト層形成工程と、
第１レジスト層の表面に、第４光量よりも多い第５光量で感光するネガ型で露光前の第２レジスト層を形成する第２レジスト層形成工程と、
第１レジスト層と第２レジスト層の第１所定範囲と第２所定範囲を除く範囲に第５光量以上の光を照射するとともに、第２所定範囲に第５光量未満であって第４光量以上の光を照射する露光工程と、
露光後の第１レジスト層と第２レジスト層を現像する現像工程と、
現像後の半導体基板の表面に向けてイオン化した不純物を照射するイオン注入工程と、
を備える方法。
半導体基板に不純物濃度が異なる複数の不純物導入領域を形成するシステムであって、
半導体基板の表面に、第４光量で感光するネガ型で露光前の第１レジスト層を形成する第１レジスト層形成装置と、
第１レジスト層の表面に、第４光量よりも多い第５光量で感光するネガ型で露光前の第２レジスト層を形成する第２レジスト層形成装置と、
第１レジスト層と第２レジスト層の第１所定範囲と第２所定範囲を除く範囲に第５光量以上の光を照射するとともに、第２所定範囲に第５光量未満であって第４光量以上の光を照射する露光装置と、
露光後の第１レジスト層と第２レジスト層を現像する現像装置と、
現像後の半導体基板の表面に向けてイオン化した不純物を照射するイオン注入装置と、
を備えるシステム。