JP2017120349A - Photosensitive resin composition and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Photosensitive resin composition and method for manufacturing semiconductor device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photosensitive resin composition that has high-temperature heat resistance and conductivity, eliminates a problem of imparting a metal impurity to a semiconductor substrate, allows pattern formation, and is inexpensive and applicable to a high-temperature ion implantation process, and a method for manufacturing a semiconductor device using the above composition.SOLUTION: The photosensitive resin composition of the present invention comprises a photosensitive resin and particles of a conductive material and/or a semiconductor material. The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes: a step of forming a film pattern (11) of the photosensitive resin composition of the present invention on a semiconductor layer or a substrate (2); a step of calcining the film pattern of the photosensitive resin composition to form a mask (13) for ion implantation; a step of implanting ions in the semiconductor layer or the substrate (2) through a pattern opening (12) of the mask for ion implantation; and a step of removing the mask (13) for ion implantation.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、感光性樹脂組成物、及びこの感光性樹脂組成物を用いる半導体デバイス製造方法に関する。   The present invention relates to a photosensitive resin composition, and a semiconductor device manufacturing method using the photosensitive resin composition.

現在のパワー半導体デバイスのほとんどは、半導体Siを用いて製造されている。Siを用いたパワー半導体デバイスにおいては、Siの材料物性に起因する性能の限界に近付いている。半導体材料として半導体SiCを用いた場合、半導体Siを大きく上回る耐電圧特性、高飽和電子移動度、高い熱伝導度を有することから、パワー半導体デバイスの性能向上や、低損失化、及びデバイス冷却機構を簡略化によるシステムの小型化が可能であるため、次世代のパワー半導体材料として有望である。   Most current power semiconductor devices are manufactured using semiconductor Si. In power semiconductor devices using Si, the limit of performance due to the material properties of Si is approaching. When semiconductor SiC is used as a semiconductor material, it has a withstand voltage characteristic, high saturation electron mobility, and high thermal conductivity that greatly exceed that of semiconductor Si, thus improving performance of power semiconductor devices, reducing loss, and device cooling mechanism. Therefore, it is promising as a next-generation power semiconductor material.

SiCパワーデバイスの製造のためには、SiC中の所望の部分にイオンを注入しキャリアをドープすることが必要である。SiCへのイオンドープにおいては、SiCのドーパントの拡散係数が小さく、熱拡散法の適用は困難であるため、イオン注入によるドーピング法が広く用いられる。   In order to manufacture a SiC power device, it is necessary to implant ions into a desired portion in SiC and dope carriers. In ion doping of SiC, since the diffusion coefficient of SiC dopant is small and it is difficult to apply a thermal diffusion method, a doping method by ion implantation is widely used.

SiCをイオン注入により低抵抗化する工程においては、高ドーズのイオン注入を行う必要がある。しかし室温で高濃度のイオン注入を行うと、SiCのアモルファス化が起きるため、期待するデバイス性能が得られない。また、一旦アモルファス化したSiCは、熱焼成などによっても、イオン注入前と同等の結晶性をもつ同多形の構造に復元することは困難である。   In the step of reducing the resistance of SiC by ion implantation, high dose ion implantation is required. However, when high-concentration ion implantation is performed at room temperature, SiC becomes amorphous, so that expected device performance cannot be obtained. Further, once amorphous SiC is obtained, it is difficult to restore the polymorphic structure having the same crystallinity as that before ion implantation, even by thermal firing.

そこで、SiCへのイオン注入工程において基材を200℃以上の高温に保持することにより、イオン注入と同時に基材の結晶性の回復を図り、デバイスの電気的特性の低下を防ぐ、高温イオン注入法が知られている。   Therefore, by maintaining the substrate at a high temperature of 200 ° C. or higher in the ion implantation process to SiC, the crystallinity of the substrate is restored at the same time as the ion implantation, thereby preventing the deterioration of the electrical characteristics of the device. The law is known.

上記の高温イオン注入法では、イオン注入を200℃以上の高温で行うため、イオン注入マスク層として、シリコンに対するイオン注入のような室温でのイオン注入で用いられるフォトレジスト材料、例えば化学増幅型フォトレジストを利用することができない。   In the above high-temperature ion implantation method, since ion implantation is performed at a high temperature of 200 ° C. or higher, a photoresist material used for ion implantation at room temperature such as ion implantation into silicon, for example, chemically amplified photo, is used as an ion implantation mask layer. The resist cannot be used.

したがって、上記の高温イオン注入法においては、イオン注入マスクとして、イオン注入工程の基材温度で十分な耐熱性を有するSiO等の無機膜、例えば化学気相堆積法(CVD:Chemical Vapor Transport(CVD))などで堆積されたSiO等の無機膜を用いることが提案されている(例えば特許文献1)。このような耐熱性のイオン注入マスクを半導体SiC上に予めパターニングすることにより、イオン注入マスクの開口部を通じて、半導体SiC中の所望の領域にキャリアドーピングを行うことができる。 Therefore, in the above high-temperature ion implantation method, as an ion implantation mask, an inorganic film such as SiO 2 having sufficient heat resistance at the substrate temperature in the ion implantation step, for example, chemical vapor deposition (CVD) (Chemical Vapor Transport ( It has been proposed to use an inorganic film such as SiO 2 deposited by CVD)) (for example, Patent Document 1). By previously patterning such a heat-resistant ion implantation mask on the semiconductor SiC, carrier doping can be performed in a desired region in the semiconductor SiC through the opening of the ion implantation mask.

このような耐熱性のイオン注入マスクのパターニングには、フォトレジストをマスクとして用いた、ウェットエッチング法、反応性イオエッチング法(RIE)などのドライプロセスが利用される。   For the patterning of such a heat-resistant ion implantation mask, a dry process such as a wet etching method or a reactive ion etching method (RIE) using a photoresist as a mask is used.

上記のイオン注入マスク形成工程及びイオン注入工程の例を、図2を用いて説明する。   An example of the ion implantation mask forming step and the ion implantation step will be described with reference to FIG.

まず、SiCエピタキシャル膜(1)を有するSiC基材(2)を提供し(図2(a))、このSiCエピタキシャル膜(1)上に、CVD法等によりSiO膜(3)を堆積させる(図2(b))。次に、SiO膜(3)上に感光性レジスト(4)を製膜する(図2(c))。その後、通常のフォトリソ工程である、パターニング露光及び現像を行い、感光性レジストのパターン形成を行う(図2(d))。その後、フッ化水素酸などにより、SiO膜の除去を行い、マスクパターン開口部(12)を有する所望のSiO膜パターンを得る(図2(e))。次いで、Oアッシングにより感光性レジストの剥離を行う(図2(f))。その後、ドーパントイオンのビーム(7)を用いて、200℃以上の高温でイオン注入を行って、イオン注入領域(6)を形成し(図2(g))、そしてフッ化水素酸などを用いたウェットプロセスでSiO膜を剥離する(図2(h))。 First, an SiC substrate (2) having an SiC epitaxial film (1) is provided (FIG. 2 (a)), and an SiO 2 film (3) is deposited on the SiC epitaxial film (1) by a CVD method or the like. (FIG. 2 (b)). Next, a photosensitive resist (4) is formed on the SiO 2 film (3) (FIG. 2C). Thereafter, patterning exposure and development, which are normal photolithography processes, are performed to form a photosensitive resist pattern (FIG. 2D). Thereafter, the SiO 2 film is removed by hydrofluoric acid or the like to obtain a desired SiO 2 film pattern having a mask pattern opening (12) (FIG. 2E). Next, the photosensitive resist is removed by O 2 ashing (FIG. 2F). Thereafter, ion implantation is performed at a high temperature of 200 ° C. or higher by using a dopant ion beam (7) to form an ion implantation region (6) (FIG. 2 (g)), and hydrofluoric acid or the like is used. The SiO 2 film is peeled off by a wet process (FIG. 2 (h)).

このイオン注入プロセスは工程数が多く、煩雑で高コストプロセスであるため、プロセスの簡略化が求められている。   Since this ion implantation process has many steps, is complicated, and is a high-cost process, simplification of the process is required.

プロセスを簡略化するために、化学増幅型フォトレジストをイオン注入マスクとして利用して、室温においてイオン注入を行う手法が提案されている(例えば特許文献2)。   In order to simplify the process, a method of performing ion implantation at room temperature using a chemically amplified photoresist as an ion implantation mask has been proposed (for example, Patent Document 2).

特許文献1及び2でのように、イオン注入マスクのような絶縁体膜で覆われた半導体へ高密度イオン注入を行う場合、基材及びイオン注入マスクに発生する帯電(チャージアップ)が問題となる。イオン注入工程中に基材及びイオン注入マスクが帯電すると、半導体中のイオン注入がなされた領域、イオン注入マスクなどの絶縁体、及び半導体基材の間で電位差が生じ、放電現象が生じることがある。また、帯電により発生した空間電場により、注入されるイオン密度の不均一化が発生することがある。このような原因により、絶縁体膜で覆われた半導体へ高密度イオン注入を行う場合には、半導体デバイスの性能及び歩留まりの低下を招くことが知られている。この帯電現象は、特に半導体表面がSiOをはじめとした絶縁体膜で覆われている場合に顕著である。 As in Patent Documents 1 and 2, when performing high-density ion implantation into a semiconductor covered with an insulator film such as an ion implantation mask, charging (charge-up) generated in the base material and the ion implantation mask is a problem. Become. When the substrate and the ion implantation mask are charged during the ion implantation process, a potential difference occurs between the region in the semiconductor where the ion implantation is performed, the insulator such as the ion implantation mask, and the semiconductor substrate, and a discharge phenomenon may occur. is there. Further, the density of implanted ions may be uneven due to the space electric field generated by charging. For these reasons, it is known that when high-density ion implantation is performed on a semiconductor covered with an insulator film, the performance and yield of the semiconductor device are reduced. This charging phenomenon is particularly remarkable when the semiconductor surface is covered with an insulator film such as SiO 2 .

上記帯電の問題を解決する為に、注入イオンと逆の極性を持つ低エネルギーの2次イオンシャワーを基材表面に供給し、基材の帯電の中和を図る手法が提案されている(例えば特許文献3)。   In order to solve the above-mentioned charging problem, a method has been proposed in which a low-energy secondary ion shower having a polarity opposite to that of implanted ions is supplied to the surface of the substrate to neutralize the charging of the substrate (for example, Patent Document 3).

イオンシャワーを用いた手法のほかに、上記帯電の問題を解決する手法としては、イオン注入を行う際、絶縁性のイオン注入マスクを金属膜やドープされた半導体膜などの導電性帯電防止膜で予め被覆する手法を利用する技術が提案されている(例えば特許文献4)。   In addition to the technique using an ion shower, as a technique for solving the above-mentioned charging problem, when performing ion implantation, an insulating ion implantation mask is made of a conductive antistatic film such as a metal film or a doped semiconductor film. A technique using a method of covering in advance has been proposed (for example, Patent Document 4).

また、イオン注入マスクのイオンブロッキング層としての向上を目的として、密度が大きくイオン遮蔽性能の高い、チタンやモリブデンなどの金属薄膜をイオン注入マスクとして利用する手法が提案されている(例えば特許文献5)。   Also, for the purpose of improving the ion implantation mask as an ion blocking layer, a method of using a metal thin film such as titanium or molybdenum having a high density and high ion shielding performance as an ion implantation mask has been proposed (for example, Patent Document 5). ).

なお、イオン注入マスク層形成のプロセス省略する手法としては、シロキサンを含有するフォトレジストを用いるプロセスが公知である(例えば特許文献6)。   As a method for omitting the process of forming the ion implantation mask layer, a process using a photoresist containing siloxane is known (for example, Patent Document 6).

特開2006−324585号公報JP 2006-324585 A 特開2008−108869号公報JP 2008-108869 A 特開平6−295700号公報JP-A-6-295700 特開平7−58053号公報JP 7-58053 A 特開2007−42803号公報JP 2007-42803 A 国際公開第2013/099785号International Publication No. 2013/099785

特許文献1に記載された、CVD法で成長したSiO膜をイオン注入マスクとして利用する手法は、耐熱性に優れ、高温でのイオン注入が可能であるが、SiO膜のパターニングに煩雑なプロセスが必要であり、高コストである。また、上記のように、イオン注入マスクであるSiO膜は導電性を有さないため、高密度のイオン注入工程において帯電の問題を生じる課題がある。 The technique described in Patent Document 1 that uses a SiO 2 film grown by CVD as an ion implantation mask is excellent in heat resistance and enables ion implantation at a high temperature, but is complicated in patterning the SiO 2 film. A process is necessary and expensive. Further, as described above, since the SiO 2 film that is an ion implantation mask does not have conductivity, there is a problem that causes a charging problem in a high-density ion implantation process.

特許文献2に記載された、化学増幅型フォトレジストをイオン注入マスクとして利用する手法は、プロセスが簡便であるため低コストであるが、耐熱性が低いため、高温イオン注入プロセスを適用できない課題がある。また、上記のように、化学増幅型フォトレジストは導電性を有さないため、高密度のイオン注入工程において帯電の問題を生じる課題がある。   The method of using a chemically amplified photoresist as an ion implantation mask described in Patent Document 2 is low in cost because the process is simple, but has a problem that a high temperature ion implantation process cannot be applied because of low heat resistance. is there. In addition, as described above, since the chemically amplified photoresist does not have conductivity, there is a problem that causes a charging problem in a high-density ion implantation process.

特許文献3に記載された、イオンシャワーを用いて帯電の問題を解決する手法は、半導体デバイス製造装置に、イオンシャワー装置の設置が必要となるため高コストである課題がある。また、イオンシャワー供給量の制御が困難であり、基材表面に生じる帯電を過不足なく中和し、帯電の課題を完全に解決することは困難である。   The technique for solving the charging problem using an ion shower described in Patent Document 3 has a problem of high cost because it is necessary to install the ion shower device in the semiconductor device manufacturing apparatus. In addition, it is difficult to control the amount of ion shower supplied, and it is difficult to neutralize the charge generated on the surface of the base material without excess and deficiency and completely solve the problem of charging.

特許文献4に記載された、イオン注入を行う際、予め絶縁性のイオン注入マスクを金属膜やドープされた半導体膜などの導電性帯電防止膜で被覆する手法は、導電性帯電防止膜のパターニングに煩雑なプロセスが必要であり、高コストである。また、金属をイオン注入マスクとして用いた場合、また、金属を導電膜として用いた場合、半導体基材への金属不純物の混入により、半導体デバイスの性能及び歩留まりの低下を招く可能性がある。   The technique of covering an insulating ion implantation mask with a conductive antistatic film such as a metal film or a doped semiconductor film in advance when performing ion implantation described in Patent Document 4 is performed by patterning a conductive antistatic film. This requires a complicated process and is expensive. Further, when a metal is used as an ion implantation mask or when a metal is used as a conductive film, there is a possibility that the performance and yield of the semiconductor device may be reduced due to the mixing of metal impurities into the semiconductor substrate.

特許文献5に記載された、チタンやモリブデンなどの金属薄膜をイオン注入マスクとして利用する手法は、耐熱性に優れ、導電性を有するため、帯電の問題を生じることなく高温においてイオン注入が可能であるが、チタンやモリブデンなどの金属薄膜のパターニングを行うためには、煩雑なプロセスが必要であり、高コストである。また、金属をイオン注入マスクとして用いた場合、半導体基材への金属不純物の混入により、半導体デバイスの性能及び歩留まりの低下を招く可能性がある。   The method of using a metal thin film such as titanium or molybdenum described in Patent Document 5 as an ion implantation mask has excellent heat resistance and conductivity, so that ion implantation is possible at a high temperature without causing a charging problem. However, in order to pattern a metal thin film such as titanium or molybdenum, a complicated process is required and the cost is high. Further, when a metal is used as an ion implantation mask, there is a possibility that the performance and yield of the semiconductor device are reduced due to the mixing of metal impurities into the semiconductor substrate.

特許文献6で記載された、ポリシロキサンを含有する感光性樹脂組成物を、基材上にパターニングし熱焼成することで、ポリシロキサンの焼成物パターンを基材上に得る手法は、1000℃までの耐熱性を有するイオン注入マスクパターンを基材上に形成することが可能であるが、ポリシロキサン焼成物は導電性を有さないため、イオン注入時の帯電の問題を解決することができない。   The method of obtaining a polysiloxane fired product pattern on a base material by patterning the photosensitive resin composition containing polysiloxane on the base material and thermally firing it described in Patent Document 6 is up to 1000 ° C. It is possible to form an ion implantation mask pattern having the above heat resistance on a substrate, but since the polysiloxane fired product does not have electrical conductivity, the problem of charging during ion implantation cannot be solved.

本発明では、上述のような背景を鑑みてなされたものであり、高温耐熱性かつ導電性を有し、半導体基材に対して金属不純物を生じる懸念がなく、パターン形成が可能で、かつ低コストで高温のイオン注入プロセスに適用できる、感光性樹脂組成物を提供する。   The present invention has been made in view of the background as described above, has high-temperature heat resistance and conductivity, has no fear of causing metal impurities to the semiconductor substrate, allows pattern formation, and is low. Provided is a photosensitive resin composition that can be applied to a high-temperature ion implantation process at low cost.

上記の課題に対して、本件の発明者らは下記の本発明に想到した。   In response to the above problems, the inventors of the present invention have arrived at the present invention described below.

〈1〉感光性樹脂、並びに導電性材料及び/又は半導体材料の粒子を含有している、感光性樹脂組成物。
〈2〉前記粒子が、金属、半金属、又はそれらの組合せの粒子である、上記〈1〉項に記載の組成物。
〈3〉前記粒子が、シリコン粒子である、上記〈2〉項に記載の組成物。
〈4〉前記シリコン粒子が、13族及び15族元素のうち少なくとも一種類の元素をドーパントとして含有している、上記〈3〉項に記載の組成物。
〈5〉前記シリコン粒子が、ホウ素又はリンをドーパントとして含有している、上記〈4〉項に記載の組成物。
〈6〉前記シリコン粒子における前記ドーパントの濃度が、1018atoms/cm以上である、上記〈4〉又は〈5〉項に記載の組成物。
〈7〉金属不純物含有量がそれぞれの金属元素について100ppb以下である、上記〈3〉〜〈6〉項のいずれか一項に記載の組成物。
〈8〉前記粒子の平均粒径が1〜500nmである、上記〈1〉〜〈7〉項のいずれか一項に記載の組成物。
〈9〉前記粒子の平均粒径が1〜100nmである、上記〈8〉項に記載の組成物。
〈10〉前記感光性樹脂組成物の膜を、大気下で800℃の焼成を1時間行って、膜厚0.5μmのマスク層を得たときに、このマスク層のシート抵抗が、1012Ω/□以下である、上記〈1〉〜〈9〉項のいずれか一項に記載の組成物。
〈11〉シロキサン化合物を更に含有している、上記〈1〉〜〈10〉項のいずれか一項に記載の組成物。
〈12〉上記〈1〉〜〈11〉項のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物の膜のパターンを、半導体層又は基材上に形成する工程、
前記感光性樹脂組成物の膜のパターンを焼成して、イオン注入用マスクを形成する工程、
前記イオン注入用マスクのパターン開口部を通して、前記半導体層又は基材にイオンを注入する工程、
前記イオン注入用マスクを除去する工程
を含む、半導体デバイスの製造方法。
〈13〉前記感光性樹脂組成物の膜のパターンを半導体層又は基材上に形成する工程が、上記〈1〉〜〈11〉項のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物の膜を半導体基材上に形成し、そして前記感光性樹脂組成物の膜にパターニング露光及び現像することを含む、上記〈12〉項に記載の方法。
〈14〉前記半導体層又は基材が、SiC層又は基材である、上記〈12〉又は〈13〉項に記載の方法。
〈15〉イオン注入工程における前記半導体層又は基材の温度が、200℃以上である、上記〈12〉〜〈14〉項のいずれか一項に記載の方法。
<1> A photosensitive resin composition containing a photosensitive resin and particles of a conductive material and / or a semiconductor material.
<2> The composition according to <1>, wherein the particles are metal, metalloid, or a combination thereof.
<3> The composition according to <2>, wherein the particles are silicon particles.
<4> The composition according to <3>, wherein the silicon particles contain at least one element selected from group 13 and group 15 elements as a dopant.
<5> The composition according to <4>, wherein the silicon particles contain boron or phosphorus as a dopant.
<6> The composition according to <4> or <5>, wherein the concentration of the dopant in the silicon particles is 10 18 atoms / cm 3 or more.
<7> The composition according to any one of <3> to <6>, wherein the metal impurity content is 100 ppb or less for each metal element.
<8> The composition according to any one of <1> to <7>, wherein the average particle diameter of the particles is 1 to 500 nm.
<9> The composition according to <8>, wherein the particles have an average particle size of 1 to 100 nm.
<10> When the film of the photosensitive resin composition is baked at 800 ° C. for 1 hour in the air to obtain a mask layer having a thickness of 0.5 μm, the sheet resistance of the mask layer is 10 12. The composition according to any one of <1> to <9>, which is Ω / □ or less.
<11> The composition according to any one of <1> to <10>, further containing a siloxane compound.
<12> forming a film pattern of the photosensitive resin composition according to any one of <1> to <11> above on a semiconductor layer or a substrate;
Baking the pattern of the film of the photosensitive resin composition to form a mask for ion implantation;
A step of implanting ions into the semiconductor layer or substrate through a pattern opening of the ion implantation mask;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of removing the ion implantation mask.
<13> The photosensitive resin composition film according to any one of the items <1> to <11>, wherein the step of forming a pattern of the photosensitive resin composition film on the semiconductor layer or the substrate is performed. Is formed on a semiconductor substrate, and is subjected to patterning exposure and development on the film of the photosensitive resin composition.
<14> The method according to <12> or <13> above, wherein the semiconductor layer or the substrate is a SiC layer or a substrate.
<15> The method according to any one of <12> to <14> above, wherein the temperature of the semiconductor layer or the substrate in the ion implantation step is 200 ° C. or higher.

本発明の感光性樹脂組成物によれば、高温のイオン注入プロセスにおいて、従来のプロセスと比較して省プロセス化が可能であり、低コストな製造プロセスを提供することができる。また、本発明の感光性樹脂組成物によれば、従来のイオン注入プロセスで帯電防止のために必要であった帯電防止装置、又は半導体デバイス上への帯電防止プロセスを省略することが可能な製造プロセスを提供することができる。したがって、本発明の製造方法によれば、従来法と比較して、生産性及び歩留まりが高く、低コストなパワー半導体の製造プロセスを提供できる。   According to the photosensitive resin composition of the present invention, the process can be saved in the high-temperature ion implantation process as compared with the conventional process, and a low-cost manufacturing process can be provided. In addition, according to the photosensitive resin composition of the present invention, an antistatic device or an antistatic process on a semiconductor device, which has been necessary for antistatic in the conventional ion implantation process, can be omitted. Process can be provided. Therefore, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to provide a low-cost power semiconductor manufacturing process with higher productivity and yield than the conventional method.

図1は、本発明におけるイオン注入のプロセスの模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an ion implantation process in the present invention. 図2は、従来技術におけるイオン注入のプロセスの模式図である。FIG. 2 is a schematic view of a conventional ion implantation process. 図3は、図3にSIMS測定で得られた深さ方向についてのAl濃度分布を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the Al concentration distribution in the depth direction obtained by SIMS measurement in FIG.

《感光体樹脂組成物》
本発明の感光体樹脂組成物は、感光性樹脂、並びに導電性材料及び/又は半導体材料の粒子を含有している。
<< Photoreceptor resin composition >>
The photoreceptor resin composition of the present invention contains a photosensitive resin and particles of a conductive material and / or a semiconductor material.

本発明の感光性樹脂組成物で用いられる感光性樹脂としては、ネガ又はポジの感光性を有するものを任意に選択することができ、特にイオン注入用マスクの形成において用いられている感光性樹脂を用いることができる。本発明の感光性樹脂組成物は、イオン注入工程において用いられるマスクを得るために使用することができる。   As the photosensitive resin used in the photosensitive resin composition of the present invention, those having negative or positive photosensitivity can be arbitrarily selected, and in particular, the photosensitive resin used in the formation of an ion implantation mask. Can be used. The photosensitive resin composition of this invention can be used in order to obtain the mask used in an ion implantation process.

〈導電性材料及び/又は半導体材料の粒子〉
本発明で用いられる粒子を構成する導電性材料及び/又は半導体材料は、本発明の感光性樹脂組成物を用いてイオン注入用マスクを形成し、そしてイオン注入を行ったときに、半導体層又は基材、及びイオン注入用マスクに発生する帯電(チャージアップ)を抑制するのに十分な導電性をマスクが有するように選択することができる。
<Particles of conductive material and / or semiconductor material>
The conductive material and / or the semiconductor material constituting the particles used in the present invention are formed by forming a mask for ion implantation using the photosensitive resin composition of the present invention, and when performing ion implantation, the semiconductor layer or The mask can be selected such that the mask has sufficient conductivity to suppress charging (charge-up) that occurs in the substrate and the ion implantation mask.

本発明で用いられる粒子としては、単一の種類の粒子を用いてもよいし、2種類以上の粒子を組み合わせて使用してもよい。   As the particles used in the present invention, a single type of particle may be used, or two or more types of particles may be used in combination.

具体的には、この導電性材料及び/又は半導体材料としては、例えば1×1012Ωm以下、1×10Ωm以下、1×10Ωm以下、1×10Ωm以下、1Ωm以下、1×10−3Ωm以下、又は1×10−6Ωm以下の抵抗率を有する材料を選ぶことができる。 Specifically, as the conductive material and / or semiconductor material, for example, 1 × 10 12 Ωm or less, 1 × 10 9 Ωm or less, 1 × 10 6 Ωm or less, 1 × 10 3 Ωm or less, 1 × 10 3 Ωm or less, 1 Ωm or less, 1 A material having a resistivity of × 10 −3 Ωm or less or 1 × 10 −6 Ωm or less can be selected.

これらのうち、100mA級の高ビーム密度で行われる高スループットのイオン注入工程においても帯電を防止する観点からは、この導電性材料及び/又は半導体材料として、好ましくは1×10Ωm以下、より好ましくは1Ωm以下、さらに好ましくは1×10−3Ωm以下、特に好ましくは1×10−6Ωm以下の抵抗率を有する材料を選ぶことができる。 Among these, from the viewpoint of preventing charging even in a high-throughput ion implantation process performed at a high beam density of 100 mA class, this conductive material and / or semiconductor material is preferably 1 × 10 3 Ωm or less, more preferably A material having a resistivity of preferably 1 Ωm or less, more preferably 1 × 10 −3 Ωm or less, and particularly preferably 1 × 10 −6 Ωm or less can be selected.

また、導電性材料及び/又は半導体材料は、感光性樹脂組成物の膜を、大気下で800℃の焼成を1時間行って、膜厚0.5μmのマスク層を得たときに、このマスク層のシート抵抗が、1012Ω/□以下、1011Ω/□以下、又は1010Ω/□以下であるように選択することもできる。 Further, the conductive material and / or the semiconductor material can be obtained when the photosensitive resin composition film is baked at 800 ° C. for 1 hour in the atmosphere to obtain a mask layer having a thickness of 0.5 μm. The sheet resistance of the layer can also be selected to be 10 12 Ω / □ or less, 10 11 Ω / □ or less, or 10 10 Ω / □ or less.

イオン注入工程におけるパターン形状を安定にする観点から、本発明で用いられる粒子は、イオン注入工程における半導体層又は基材の温度を超える融点を有する材料の粒子であることが好ましい。   From the viewpoint of stabilizing the pattern shape in the ion implantation step, the particles used in the present invention are preferably particles of a material having a melting point exceeding the temperature of the semiconductor layer or the substrate in the ion implantation step.

したがって、例えば本発明で用いられる粒子としては、例えば400℃以上、600℃以上、800℃以上、1000℃以上、1200℃以上、1500℃以上の融点を有する材料の粒子を用いることができる。   Therefore, for example, as particles used in the present invention, particles of a material having a melting point of, for example, 400 ° C. or higher, 600 ° C. or higher, 800 ° C. or higher, 1000 ° C. or higher, 1200 ° C. or higher, and 1500 ° C. or higher can be used.

本発明で用いられる粒子の平均一次粒径は、500nm以下、200nm以下、100nm以下、50nm以下、20nm以下、又は5nm以下にすることができる。また、本発明で用いられる粒子の平均一次粒径は1nm以上とすることができる。   The average primary particle size of the particles used in the present invention can be 500 nm or less, 200 nm or less, 100 nm or less, 50 nm or less, 20 nm or less, or 5 nm or less. The average primary particle size of the particles used in the present invention can be 1 nm or more.

また、本発明で用いられる粒子の平均一次粒径は、パターニング露光時の光散乱を抑制し、パターンのにじみを低減するため、200nm以下、100nm以下、50nm以下、20nm以下、又は5nm以下とすることが好ましい。   The average primary particle size of the particles used in the present invention is set to 200 nm or less, 100 nm or less, 50 nm or less, 20 nm or less, or 5 nm or less in order to suppress light scattering during patterning exposure and reduce pattern bleeding. It is preferable.

ここで、本発明においては、粒子の平均一次粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)等による観察によって、撮影した画像を元に直接に投影面積円相当径を計測し、集合数100以上からなる粒子群を解析することで、数平均一次粒子径として求めることができる。   Here, in the present invention, the average primary particle diameter of the particles is a projected area circle equivalent diameter directly based on a photographed image by observation with a scanning electron microscope (SEM), a transmission electron microscope (TEM), or the like. The number average primary particle diameter can be obtained by measuring and analyzing a particle group consisting of 100 or more aggregates.

本発明で用いられる粒子としては、金属、半金属、又はそれらの組合せの粒子を使用してもよい。ここで、半金属としては、ケイ素、ゲルマニウム等を挙げることができる。   As the particles used in the present invention, particles of metal, metalloid, or a combination thereof may be used. Here, examples of the semimetal include silicon and germanium.

半導体層又は基材を高温に加熱してイオン注入を行う工程において、金属不純物による半導体層又は基材の汚染を防ぐために、半導体材料の粒子、特に半導体層又は基材と同じ半導体材料の粒子を用いることが好ましい。   In the step of performing ion implantation by heating the semiconductor layer or the substrate to a high temperature, in order to prevent contamination of the semiconductor layer or the substrate by metal impurities, particles of the semiconductor material, particularly particles of the same semiconductor material as the semiconductor layer or the substrate are added. It is preferable to use it.

したがって、例えば本発明で用いられる粒子は、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ダイヤモンド(C)、炭化シリコン(SiC)、シリコンゲルマニウム(SiGe)、窒化ガリウム(GaN)、リン化インジウム(InP)、ヒ化ガリウム(GaAs)、硫化カドミウム(CdS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、酸化亜鉛(ZnO)などの半導体材料の粒子であってよい。   Thus, for example, the particles used in the present invention are silicon (Si), germanium (Ge), diamond (C), silicon carbide (SiC), silicon germanium (SiGe), gallium nitride (GaN), indium phosphide (InP). , Particles of a semiconductor material such as gallium arsenide (GaAs), cadmium sulfide (CdS), zinc selenide (ZnSe), or zinc oxide (ZnO).

この半導体材料の粒子、特にシリコン粒子は、不純物ドーパントによって予めドーピングされ、それによって好ましい導電性を有していてもよい。   The particles of semiconductor material, in particular silicon particles, may be pre-doped with impurity dopants and thereby have favorable conductivity.

この場合の半導体材料の粒子、特にシリコン粒子は、13族及び15族元素のうち少なくとも一種類の元素をドーパントとして含有していてよい。すなわち、ドーパントはp型であってもn型であってもよく、例えば、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、又はそれらの組み合わせからなる群より選択されるドーパント、例えばホウ素又はリンをドーパントを含有していてよい。   In this case, the particles of the semiconductor material, particularly silicon particles, may contain at least one element of Group 13 and Group 15 elements as a dopant. That is, the dopant may be p-type or n-type. For example, boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), titanium (Ti), iron (Fe), The dopant may contain a dopant selected from the group consisting of phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), or combinations thereof, such as boron or phosphorus.

特に、シリコン粒子が、ホウ素をドーパントとして含有している場合、ホウ素がシリコン粒子に好ましい導電性を提供する一方で、イオン注入工程においては、ホウ素がシリコン粒子から半導体基材に移動しにくい点で好ましい。   In particular, when silicon particles contain boron as a dopant, boron provides preferable conductivity to silicon particles, while boron is difficult to move from silicon particles to a semiconductor substrate in an ion implantation process. preferable.

半導体粒子、特にシリコン粒子におけるドーパントの濃度は、1018atoms/cm以上、1019atoms/cm以上、又は1020atoms/cm以上であってよい。 The concentration of the dopant in the semiconductor particles, particularly silicon particles, may be 10 18 atoms / cm 3 or more, 10 19 atoms / cm 3 or more, or 10 20 atoms / cm 3 or more.

半導体層又は基材を高温に加熱してイオン注入を行う工程において、金属不純物による半導体層又は基材の汚染を防ぐため、半導体粒子に含まれる金属不純物の濃度が、それぞれの金属元素について、100ppb以下、50ppb以下、20ppb、又は10ppb以下の半導体粒子を用いることができる。ここで、半導体が金属を構成要素として含む化合物半導体である場合、「金属不純物」は、半導体を構成する金属以外の金属を意味している。   In the step of performing ion implantation by heating the semiconductor layer or the substrate to a high temperature, the concentration of the metal impurity contained in the semiconductor particles is 100 ppb for each metal element in order to prevent the semiconductor layer or the substrate from being contaminated by metal impurities. Hereinafter, semiconductor particles of 50 ppb or less, 20 ppb, or 10 ppb or less can be used. Here, when the semiconductor is a compound semiconductor containing a metal as a constituent element, the “metal impurity” means a metal other than the metal constituting the semiconductor.

本発明で用いられる粒子は、イオン注入用マスクを形成できる範囲で任意の濃度で用いることができる。例えば、本発明で用いられる粒子は、感光性樹脂組成物に対して1重量%〜90重量%の割合で用いることが好ましい。粒子の濃度を90重量%以下の濃度とすることで、感光性樹脂組成物の感光性の顕著な低下なく、感光性樹脂組成物膜のパターニングが可能である。また、導電性粒子の濃度を1重量%以上とすることで、感光性樹脂組成物膜を焼成することによって、イオン注入マスク層として性能を発揮するために十分な膜厚のイオン注入用マスクを形成することができる。   The particles used in the present invention can be used at any concentration as long as an ion implantation mask can be formed. For example, the particles used in the present invention are preferably used in a proportion of 1% by weight to 90% by weight with respect to the photosensitive resin composition. By setting the concentration of the particles to 90% by weight or less, the photosensitive resin composition film can be patterned without a significant decrease in the photosensitivity of the photosensitive resin composition. Further, by setting the concentration of the conductive particles to 1% by weight or more, an ion implantation mask having a film thickness sufficient to exhibit performance as an ion implantation mask layer is obtained by baking the photosensitive resin composition film. Can be formed.

〈溶剤〉
本発明の感光性樹脂組成物は溶剤を更に含有してもよい。溶剤の種類に特に制限はないが、感光性樹脂組成物に含まれる成分を溶解させることができ、かつ本発明で用いる粒子を均一に分散できる溶剤を選択することが好ましい。
<solvent>
The photosensitive resin composition of the present invention may further contain a solvent. Although there is no restriction | limiting in particular in the kind of solvent, It is preferable to select the solvent which can dissolve the component contained in the photosensitive resin composition and can disperse | distribute the particle | grains used by this invention uniformly.

本発明の感光性樹脂組成物に含有される溶剤の大気圧下での沸点は、110℃〜250℃であることが好ましい。沸点が110℃以上の溶媒を選択することで、感光性樹脂組成物膜の製膜時に適切な速度で溶媒が蒸発し、均一な膜が得られる。また沸点が250℃以下の溶媒を選択することで、感光性樹脂組成物の膜の製膜後に、感光性樹脂組成物の膜に残存する溶媒を少なくすることができるため、焼成時の膜収縮によるクラックや表面平坦性の低下を抑制することができる。   The boiling point under atmospheric pressure of the solvent contained in the photosensitive resin composition of the present invention is preferably 110 ° C to 250 ° C. By selecting a solvent having a boiling point of 110 ° C. or higher, the solvent evaporates at an appropriate rate when the photosensitive resin composition film is formed, and a uniform film is obtained. In addition, by selecting a solvent having a boiling point of 250 ° C. or less, it is possible to reduce the amount of solvent remaining in the photosensitive resin composition film after the formation of the photosensitive resin composition film. It is possible to suppress cracks and surface flatness due to the above.

〈結着剤〉
本発明の感光性樹脂組成物は、感光性樹脂組成物の焼成工程で粒子同士を結着させ、安定なイオン注入マスクを形成することを目的として、結着剤を含有してもよい。本発明の感光性樹脂組成物で用いられる結着剤としては、例えば、ポリシロキサン化合物が挙げられる。
<Binder>
The photosensitive resin composition of the present invention may contain a binder for the purpose of binding particles in the baking step of the photosensitive resin composition to form a stable ion implantation mask. Examples of the binder used in the photosensitive resin composition of the present invention include a polysiloxane compound.

《半導体デバイス製造方法》
半導体デバイスを製造する本発明の方法は以下の工程を含む:
本発明の感光性樹脂組成物の膜のパターンを、半導体層又は基材上に形成する工程、
感光性樹脂組成物の膜のパターンを焼成して、イオン注入用マスクを形成する工程、
イオン注入用マスクのパターン開口部を通して、半導体層又は基材にイオンを注入する工程、及び
イオン注入用マスクを除去する工程。
<< Semiconductor Device Manufacturing Method >>
The inventive method for manufacturing a semiconductor device comprises the following steps:
Forming a film pattern of the photosensitive resin composition of the present invention on a semiconductor layer or substrate;
Baking the pattern of the film of the photosensitive resin composition to form a mask for ion implantation;
A step of implanting ions into the semiconductor layer or the substrate through a pattern opening of the mask for ion implantation, and a step of removing the mask for ion implantation.

ここで、感光性樹脂組成物の膜のパターンを半導体層又は基材上に形成する工程は、本発明の感光性樹脂組成物の膜を半導体基材上に形成し、そしてこの感光性樹脂組成物の膜にパターニング露光及び現像することを含むことができる。   Here, the step of forming the pattern of the photosensitive resin composition film on the semiconductor layer or the substrate includes forming the photosensitive resin composition film of the present invention on the semiconductor substrate, and this photosensitive resin composition. Patterning exposure and development may be included on the object film.

半導体デバイスを製造する本発明の方法の例について、図1を参照して下記で説明する。   An example of the method of the present invention for manufacturing a semiconductor device is described below with reference to FIG.

まず、図1(a)に示すように、SiCエピタキシャル膜(1)を有するSiC基材(2)を提供し、そして図1(b)に示すように、感光性樹脂組成物の膜(11)を、SiC基材上に任意の方法で形成する。   First, as shown in FIG. 1 (a), an SiC substrate (2) having an SiC epitaxial film (1) is provided, and as shown in FIG. 1 (b), a photosensitive resin composition film (11) is provided. ) Is formed on the SiC substrate by any method.

その後、感光性樹脂組成物が感度を有する光等を感光性樹脂組成物膜にパターニング露光し、そして感光性樹脂組成物の膜を有するSiC基材を現像液へ浸漬すること等によって、パターニング露光工程を経た感光性樹脂組成物の膜のうちの溶解性の部位を除去する。これによれば、図1(c)に示すように、SiC基材(2)上に、マスクパターン開口部(12)を有する感光性樹脂組成物の膜のパターンが形成される。   Then, patterning exposure is performed by patterning exposure of the photosensitive resin composition having light or the like having sensitivity to the photosensitive resin composition film, and immersing the SiC substrate having the photosensitive resin composition film in a developer. The soluble part in the film | membrane of the photosensitive resin composition which passed through the process is removed. According to this, as shown in FIG.1 (c), the pattern of the film | membrane of the photosensitive resin composition which has a mask pattern opening part (12) is formed on a SiC base material (2).

その後、図1(d)に示すように、感光性樹脂組成物の膜を形成したSiC基材を、感光性樹脂組成物に含まれる有機成分が分解する温度で焼成することによって、イオン注入用マスク(13)を得ることができる。   Thereafter, as shown in FIG. 1 (d), the SiC base material on which the film of the photosensitive resin composition is formed is baked at a temperature at which the organic component contained in the photosensitive resin composition is decomposed, whereby ion implantation is performed. A mask (13) can be obtained.

その後、図1(e)に示すように、イオン注入装置を用い、イオン注入用マスク(13)のマスクパターン開口部(12)を通して、ドーパントイオンのビーム(7)でSiC基材(2)の表面にイオン注入を行うことによって、イオン注入領域(6)が形成される。このとき、イオン注入される半導体層又は基材を、200℃以上の温度に加熱して、イオン注入の工程を行うことができる。   Thereafter, as shown in FIG. 1 (e), an ion implantation apparatus is used to pass through the mask pattern opening (12) of the ion implantation mask (13) with the beam (7) of dopant ions of the SiC substrate (2). By performing ion implantation on the surface, an ion implantation region (6) is formed. At this time, the ion implantation process can be performed by heating the semiconductor layer or the substrate to be ion-implanted to a temperature of 200 ° C. or higher.

その後、図1(f)に示すように、イオン注入用マスク(13)を溶解可能な薬液への浸漬等の手段によって、除去することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 1 (f), the ion implantation mask (13) can be removed by means such as immersion in a dissolvable chemical solution.

〈半導体層又は基材〉
半導体層又は基材としては、ドーパントを拡散させることを意図した任意の半導体層又は基材を用いることができる。
<Semiconductor layer or substrate>
As the semiconductor layer or substrate, any semiconductor layer or substrate intended to diffuse the dopant can be used.

したがって、半導体層又は基材としては、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ダイヤモンド(C)、炭化シリコン(SiC)、シリコンゲルマニウム(SiGe)、窒化ガリウム(GaN)、リン化インジウム(InP)、ヒ化ガリウム(GaAs)、硫化カドミウム(CdS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、酸化亜鉛(ZnO)、特に炭化シリコン(SiC)などが挙げられるが、これらに限定されない。   Therefore, as a semiconductor layer or substrate, silicon (Si), germanium (Ge), diamond (C), silicon carbide (SiC), silicon germanium (SiGe), gallium nitride (GaN), indium phosphide (InP), Examples include, but are not limited to, gallium arsenide (GaAs), cadmium sulfide (CdS), zinc selenide (ZnSe), zinc oxide (ZnO), and particularly silicon carbide (SiC).

また、半導体層又は基材は、単一の層で構成されていてもよいし、1つ以上の半導体層を含む2種類以上の層で構成された積層体であってもよい。このような積層体は、SiC単結晶基材等の半導体単結晶基材の上に、所望の半導体デバイス特性を得ることを目的として成長されたSiCエピタキシャル膜等のエピタキシャル膜を有する半導体積層体であってよい。   Moreover, the semiconductor layer or the substrate may be composed of a single layer or a laminate composed of two or more types of layers including one or more semiconductor layers. Such a laminate is a semiconductor laminate having an epitaxial film such as an SiC epitaxial film grown on a semiconductor single crystal substrate such as an SiC single crystal substrate for the purpose of obtaining desired semiconductor device characteristics. It may be.

半導体層又は基材は、不純物ドーパントが1016atoms/cm以下の半導体層又は基材でもよく、不純物ドーパントで1016atoms/cmを超える濃度に予めドープされていてもよい。 The semiconductor layer or substrate may be a semiconductor layer or substrate having an impurity dopant of 10 16 atoms / cm 3 or less, and may be pre-doped to a concentration exceeding 10 16 atoms / cm 3 with an impurity dopant.

半導体層又は基材上に、金属膜や、金属の配線パターンが予め形成されていてもよい。   A metal film or a metal wiring pattern may be formed in advance on the semiconductor layer or the substrate.

〈感光性樹脂組成物の膜のパターンの形成工程〉
半導体デバイスを製造する本発明の方法では、本発明の感光性樹脂組成物の膜のパターンを、半導体層又は基材上に形成する。
<Process for forming pattern of photosensitive resin composition film>
In the method of the present invention for producing a semiconductor device, a film pattern of the photosensitive resin composition of the present invention is formed on a semiconductor layer or a substrate.

この工程が、本発明の感光性樹脂組成物の膜を半導体基材上に形成し、そして感光性樹脂組成物の膜にパターニング露光及び現像することを含むことができる。   This step can include forming a film of the photosensitive resin composition of the present invention on a semiconductor substrate, and patterning exposure and development on the film of the photosensitive resin composition.

本発明の感光性樹脂組成物の膜を半導体基材上に形成することは、感光性樹脂組成物の膜を半導体層又は基材上に形成することが可能な任意の手段で行うことができる。このような手段としては、例えば、スピンコート法、スリットコート法、スプレーコート法、又は予め別の基材上に作製した感光性樹脂組成物膜を半導体基材上に転写するラミネート法等が挙げられるが、これらに限定されない任意の手法を選択できる。   The film of the photosensitive resin composition of the present invention can be formed on the semiconductor substrate by any means capable of forming the film of the photosensitive resin composition on the semiconductor layer or the substrate. . Examples of such means include a spin coating method, a slit coating method, a spray coating method, or a laminating method in which a photosensitive resin composition film prepared on another substrate in advance is transferred onto a semiconductor substrate. However, any method that is not limited to these can be selected.

感光性樹脂組成物に溶媒が含まれる場合には、感光性樹脂組成物の膜の形成後に、ベークし、溶媒を除去することができる。溶媒の加熱除去の手法としては、オーブン、ホットプレート、赤外線など任意の加熱が可能な方法を用いることができる。   When the photosensitive resin composition contains a solvent, it can be baked and the solvent removed after formation of the film of the photosensitive resin composition. As a method for removing the solvent by heating, a method capable of arbitrary heating such as an oven, a hot plate, and infrared rays can be used.

(感光性樹脂組成物膜の膜厚)
感光性樹脂組成物膜の膜厚は、任意の厚さを選択することができる。膜厚は、感光性樹脂組成物の組成、塗布条件、塗布方法などによって異なるが、例えば、感光性樹脂組成物の膜の膜厚が0.1μm〜100μmとなるように塗布することできる。
(Thickness of photosensitive resin composition film)
Arbitrary thickness can be selected as the film thickness of the photosensitive resin composition film. The film thickness varies depending on the composition of the photosensitive resin composition, the coating conditions, the coating method, and the like. For example, the coating can be performed so that the film thickness of the photosensitive resin composition is 0.1 μm to 100 μm.

感光性樹脂組成物の膜のパターニング後、焼成を行い、イオン注入のマスク層として利用する観点からは、イオン注入のマスク層として十分な膜厚とすることが好ましい。したがって、例えば、イオン注入時の、半導体基材の温度、イオンの加速電圧、ドーパントイオン種などのイオン注入の侵入長に影響を与える要素を勘案して、得られるイオン注入用マスクが十分なイオン阻止能を有する膜厚であるように、感光性樹脂組成物の膜の膜厚を選択することができる。   From the viewpoint of performing baking after patterning the film of the photosensitive resin composition and using it as a mask layer for ion implantation, it is preferable that the film thickness is sufficient for the mask layer for ion implantation. Therefore, for example, in consideration of factors that affect the ion implantation penetration depth, such as the temperature of the semiconductor substrate, the ion acceleration voltage, and the dopant ion species during ion implantation, the resulting ion implantation mask has sufficient ions. The film thickness of the photosensitive resin composition film can be selected so that the film thickness has a stopping power.

(パターニング露光)
感光性樹脂組成物膜は、レジストに合った任意の手法でパターニング露光することができる。
(Patterning exposure)
The photosensitive resin composition film can be subjected to patterning exposure by any method suitable for the resist.

露光とは、感光性樹脂組成物が感光を有する活性化学線を照射することであり、例えば、可視光線、紫外線、電子線、X線等の照射が挙げられる。一般的に使用されている光源であるという観点から、例えば、可視光線や紫外線の照射が可能な、超高圧水銀灯光源を使用することが好ましく、j線(波長313nm)、i線(波長365nm)、h線(波長405nm)、又はg線(波長436nm)であることが好ましい。   The exposure is to irradiate the photosensitive resin composition with active actinic radiation having photosensitivity, and examples thereof include irradiation with visible light, ultraviolet rays, electron beams, and X-rays. From the viewpoint of being a commonly used light source, for example, it is preferable to use an ultra-high pressure mercury lamp light source capable of irradiating visible light or ultraviolet light. J-line (wavelength 313 nm), i-line (wavelength 365 nm) H-line (wavelength 405 nm) or g-line (wavelength 436 nm).

次に、必要に応じて、下記の現像前ベークをしてもよい。現像前ベークを行うことによって、現像時の解像度が向上する、現像条件の許容幅が増大するなどの効果が期待できる。この際のベーク温度としては、50〜180℃が好ましく、60〜150℃がより好ましい。ベーク時間は、10秒〜数時間が好ましい。上記範囲内であれば反応が良好に進行し、現像時間も短くて済むという利点がある。   Next, if necessary, the following pre-development baking may be performed. By performing pre-development baking, it is possible to expect effects such as improvement in resolution during development and increase in the allowable range of development conditions. As baking temperature in this case, 50-180 degreeC is preferable and 60-150 degreeC is more preferable. The baking time is preferably 10 seconds to several hours. Within the above range, there are advantages that the reaction proceeds satisfactorily and the development time can be shortened.

(現像)
次に、パターニング露光後の現像によって、感光性樹脂組成物のパターンを得ることができる。例えば、現像液に、パターニング露光後の感光性樹脂組成物の膜を浸漬すると、感光性樹脂組成物がネガ型の感光性を有する場合には非露光部位が除去され、また感光性樹脂組成物がポジ型の感光性を有する場合には露光した部位が除去されて、感光性樹脂組成物の膜のパターニングが可能である。
(developing)
Next, the pattern of the photosensitive resin composition can be obtained by development after patterning exposure. For example, when a film of a photosensitive resin composition after patterning exposure is immersed in a developing solution, if the photosensitive resin composition has negative photosensitivity, the non-exposed portion is removed, and the photosensitive resin composition In the case of having positive-type photosensitivity, the exposed portion is removed, and the film of the photosensitive resin composition can be patterned.

現像液は、感光性樹脂組成物の組成に応じて任意の現像液を選択することができる。アルカリ性の液性を示す現像液を好ましく用いることができ、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムを好ましく用いることができる。   As the developer, any developer can be selected according to the composition of the photosensitive resin composition. A developer exhibiting alkaline liquidity can be preferably used. For example, tetramethylammonium hydroxide, potassium hydroxide, and sodium hydroxide can be preferably used.

環境面から、有機系のアルカリ現像液よりもアルカリ水溶液で現像することが望ましい。   From an environmental viewpoint, it is desirable to develop with an alkaline aqueous solution rather than an organic alkaline developer.

また、パターニング部位の溶解及び導電性粒子の分散性を向上させるため、現像液は溶剤を含んでいてもよい。この時の溶剤の例としては、イソプロピルアルコール、アセトン、プロピレングリコール1−モノメチルエーテル2−アセタートなどを好ましく用いることができる。   Further, the developer may contain a solvent in order to improve the dissolution of the patterning site and the dispersibility of the conductive particles. As examples of the solvent at this time, isopropyl alcohol, acetone, propylene glycol 1-monomethyl ether 2-acetate and the like can be preferably used.

また、現像液はパターニング部位の溶解及び導電性粒子の分散性を向上させるため、界面活性剤を含んでいてもよい。   Further, the developer may contain a surfactant in order to improve the dissolution of the patterning site and the dispersibility of the conductive particles.

現像処理は、露光後の膜に、上記の現像液をそのまま塗布する、上記の現像液を霧状にして放射する、露光後の膜を上記の現像液中に浸漬する、露光後の膜を上記の現像液中に浸漬しながら超音波をかけるなどの方法によって行うことができる。   In the development process, the above-described developer is directly applied to the exposed film, the developer is sprayed and emitted, the exposed film is immersed in the developer, and the exposed film is exposed. It can be performed by a method such as applying ultrasonic waves while being immersed in the developer.

現像処理後に、リンス液により、現像によって形成したレリーフ・パターンを洗浄することが好ましい。リンス液としては、現像液にアルカリ水溶液を用いた場合、水を好ましく使用できる。また、エタノール、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類、炭酸ガス、塩酸、酢酸などの酸などを水に加えてリンス処理をしても良い。   After the development processing, it is preferable to wash the relief pattern formed by development with a rinse solution. As the rinse solution, water can be preferably used when an alkaline aqueous solution is used as the developer. Further, rinsing may be performed by adding alcohols such as ethanol and isopropyl alcohol, esters such as propylene glycol monomethyl ether acetate, acids such as carbon dioxide, hydrochloric acid, and acetic acid to water.

有機溶媒でリンスをする場合、現像液との混和性の良い、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、乳酸エチル、ピルビン酸エチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチル−3−メトキシプロピオネート、エチル−3−エトキシプロピオネート、2−ヘプタノン、酢酸エチルなどが好ましく用いられる。   When rinsing with an organic solvent, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, ethyl lactate, ethyl pyruvate, propylene glycol monomethyl ether acetate, methyl-3-methoxypropionate, ethyl-3- Ethoxypropionate, 2-heptanone, ethyl acetate and the like are preferably used.

感光性樹脂組成物がポジ型の感光性を有する場合、必要に応じて、マスクを介さずにブリーチング露光をしてもよい。ブリーチング露光を行うことによって、焼成後の解像度が向上する、焼成後のパターン形状が制御できる、焼成後の透明性が向上するなどの効果が期待できる。ブリーチング露光に用いられる活性化学線としては、紫外線、可視光線、電子線、X線などがあるが、本発明では水銀灯のj線(波長313nm)、i線(波長365nm)、h線(波長405nm)又はg線(波長436nm)を用いるのが好ましい。   When the photosensitive resin composition has positive photosensitivity, bleaching exposure may be performed without using a mask, if necessary. By performing bleaching exposure, effects such as improvement in resolution after baking, control of the pattern shape after baking, and improvement in transparency after baking can be expected. Active actinic rays used for bleaching exposure include ultraviolet rays, visible rays, electron beams, X-rays, etc. In the present invention, mercury lamp j-ray (wavelength 313 nm), i-ray (wavelength 365 nm), h-ray (wavelength) 405 nm) or g-line (wavelength 436 nm) is preferably used.

次に、必要に応じて、ミドルベークをしてもよい。ミドルベークを行うことによって、焼成後の解像度が向上する、焼成後のパターン形状が制御できるなどの効果が期待できる。この際のベーク温度としては、60〜250℃が好ましく、70〜220℃がより好ましい。ベーク時間は、10秒〜数時間が好ましい。   Next, middle baking may be performed as necessary. By performing middle baking, effects such as improvement in resolution after baking and control of the pattern shape after baking can be expected. As baking temperature in this case, 60-250 degreeC is preferable and 70-220 degreeC is more preferable. The baking time is preferably 10 seconds to several hours.

〈イオン注入用マスクの形成工程〉
本発明の方法では、次に、感光性樹脂組成物の膜のパターンを焼成して、イオン注入用マスクを形成する。
<Ion implantation mask formation process>
Next, in the method of the present invention, the pattern of the film of the photosensitive resin composition is baked to form an ion implantation mask.

これは、現像後の膜を200〜1000℃の温度で加熱することによって行うことができる。この加熱処理は、空気雰囲気下又は窒素などの不活性ガス雰囲気下で行うことができる。またこの加熱処理は、段階的に昇温するか、連続的に昇温し、5分間〜5時間行うのが好ましい。例えば、130℃、200℃及び350℃で、各30分間ずつ熱処理する、あるいは室温から400℃まで、2時間かけて直線的に昇温するなどの方法が挙げられる。   This can be done by heating the developed film at a temperature of 200-1000 ° C. This heat treatment can be performed in an air atmosphere or an inert gas atmosphere such as nitrogen. In addition, it is preferable that this heat treatment be performed stepwise or continuously, and performed for 5 minutes to 5 hours. For example, heat treatment is performed at 130 ° C., 200 ° C., and 350 ° C. for 30 minutes each, or the temperature is increased linearly from room temperature to 400 ° C. over 2 hours.

〈イオン注入工程〉
本発明の方法では次に、イオン注入用マスクのパターン開口部を通して、半導体層又は基材にイオンを注入する。
<Ion implantation process>
Next, in the method of the present invention, ions are implanted into the semiconductor layer or the substrate through the pattern opening of the ion implantation mask.

イオン注入用マスクは、イオン注入温度が200〜1000℃であるSiC層又は基材へのイオン注入を含む半導体デバイスの製造プロセスに好ましく適用される。イオン注入温度は、好ましい200〜1000℃、より好ましくは200〜800℃、さらに好ましくは250〜700℃である。   The mask for ion implantation is preferably applied to a semiconductor device manufacturing process including ion implantation into a SiC layer or a substrate having an ion implantation temperature of 200 to 1000 ° C. The ion implantation temperature is preferably 200 to 1000 ° C, more preferably 200 to 800 ° C, and further preferably 250 to 700 ° C.

半導体層又は基材がSiC層又は基材である場合、イオン注入温度が200℃より低いと、注入層が連続的な非晶質となり、高温アニールを行っても良好な再結晶化が進行せず、低抵抗層が形成できないという懸念がある。また、この場合、イオン注入温度が1000℃より高いと、SiCの熱酸化やステップバンチングが起こるため、それらの部分をイオン注入後に除去する必要が生じる。   When the semiconductor layer or base material is a SiC layer or base material, if the ion implantation temperature is lower than 200 ° C., the injection layer becomes a continuous amorphous state, and good recrystallization proceeds even if high-temperature annealing is performed. Therefore, there is a concern that a low resistance layer cannot be formed. In this case, if the ion implantation temperature is higher than 1000 ° C., thermal oxidation or step bunching of SiC occurs, and it is necessary to remove those portions after ion implantation.

本発明の感光性樹脂組成物を、イオン注入マスク用に適用する際の、解像度は好ましくは7μm以下、より好ましくは5μm以下、さらに好ましくは3μm以下である。   When the photosensitive resin composition of the present invention is applied to an ion implantation mask, the resolution is preferably 7 μm or less, more preferably 5 μm or less, and further preferably 3 μm or less.

〈イオン注入マスク除去工程〉
イオン注入マスクは、イオン注入工程後に除去される。除去法としては、フッ化水素酸、バッファードフッ酸、フッ硝酸、又はTMAHなどを用いたウェットプロセス、プラズマ処理などのドライプロセスなどが挙げられるが、これらに限定されない。低コストという観点から、ウェットプロセスが好ましい。
<Ion implantation mask removal process>
The ion implantation mask is removed after the ion implantation process. Examples of the removal method include, but are not limited to, a wet process using hydrofluoric acid, buffered hydrofluoric acid, hydrofluoric acid, or TMAH, a dry process such as plasma treatment, and the like. A wet process is preferable from the viewpoint of low cost.

《実施例1〜2及び比較例1〜3》
以下の実施例1〜2及び比較例1〜3では、感光性樹脂組成物を調製し、SiC基材上に塗布膜を形成した後、紫外光のパターニング露光、現像、焼成を行い、それによって得られるイオン注入用マスクのパターン形成を行った。また、これらの実施例及び比較例について、パターニングの可否、熱焼成後のパターン残留の有無、及びイオン注入時の帯電による問題の有無について評価した。
<< Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3 >>
In the following Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3, after preparing a photosensitive resin composition and forming a coating film on a SiC substrate, patterning exposure of ultraviolet light, development, and baking are performed, thereby The resulting ion implantation mask was patterned. In addition, these Examples and Comparative Examples were evaluated for the possibility of patterning, the presence or absence of a pattern after thermal baking, and the presence or absence of problems due to charging during ion implantation.

〈実施例1〉
(ホウ素(B)ドープシリコン粒子の作製)
シリコンナノ粒子は、モノシランガスを原料として、二酸化炭素レーザーを用いたレーザー熱分解(LP:Laser pyrolysis)法により作製した。このとき、モノシランガスと共に、ジボラン(B)ガスを導入して、ホウ素ドープシリコン粒子を得た。この粒子の粒子径は20nmであった。
<Example 1>
(Preparation of boron (B) doped silicon particles)
Silicon nanoparticles were produced by a laser pyrolysis (LP) method using a carbon dioxide laser using monosilane gas as a raw material. At this time, diborane (B 2 H 6 ) gas was introduced together with monosilane gas to obtain boron-doped silicon particles. The particle diameter of this particle was 20 nm.

得られたホウ素ドープシリコン粒子のドーピング濃度は1×1021atom/cmであった。また、得られたホウ素ドープシリコン粒子の金属不純物含有量を誘導結合プラズマ質量分析計(ICP−MS)で測定したところ、Feの含有量は15ppb、Cuの含有量は18ppb、Niの含有量は10ppb、Crの含有量は21ppb、Coの含有量は13ppb、Naの含有量は20ppb、Caの含有量は10ppbであった。 The doping concentration of the obtained boron-doped silicon particles was 1 × 10 21 atoms / cm 3 . Moreover, when the metal impurity content of the obtained boron-doped silicon particles was measured with an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS), the Fe content was 15 ppb, the Cu content was 18 ppb, and the Ni content was 10 ppb, the Cr content was 21 ppb, the Co content was 13 ppb, the Na content was 20 ppb, and the Ca content was 10 ppb.

(ホウ素ドープシリコン粒子含有溶液の調製)
イソプロピルアルコール95重量%と、上記手法で作製したシリコンナノ粒子5重量%とを混合することによりホウ素ドープシリコン粒子含有溶液を調製した。
(Preparation of boron-doped silicon particle-containing solution)
A boron-doped silicon particle-containing solution was prepared by mixing 95% by weight of isopropyl alcohol and 5% by weight of silicon nanoparticles prepared by the above method.

(シリコンナノ粒子及びネガ型感光性樹脂を含有する感光性樹脂組成物の調製)
ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)、上記ホウ素ドープシリコン粒子含有溶液を混合して、シリコンナノ粒子及びネガ型感光性樹脂を含有する感光性樹脂組成物を調製した。この際、混合後の感光性樹脂組成物の固形分量のうち、20重量%をホウ素ドープシリコンナノ粒子が占めるよう、感光性樹脂組成物を調製した。
(Preparation of photosensitive resin composition containing silicon nanoparticles and negative photosensitive resin)
A negative photoresist (CTP-100T, manufactured by Merck & Co., Inc.) and the boron-doped silicon particle-containing solution were mixed to prepare a photosensitive resin composition containing silicon nanoparticles and a negative photosensitive resin. At this time, a photosensitive resin composition was prepared so that boron-doped silicon nanoparticles accounted for 20% by weight of the solid content of the photosensitive resin composition after mixing.

(感光性樹脂組成物膜の形成)
SiC基材上に、上記シリコンナノ粒子及びネガ型感光性樹脂を含有する感光性樹脂組成物を、膜厚がおよそ2μmとなるような回転速度でスピンコートし、100℃のホットプレート上で90秒間乾燥させることにより、感光性樹脂組成物膜を得た。
(Formation of photosensitive resin composition film)
On the SiC base material, the photosensitive resin composition containing the silicon nanoparticles and the negative photosensitive resin is spin-coated at a rotation speed such that the film thickness is about 2 μm, and is heated on a hot plate at 100 ° C. to 90 ° C. By drying for 2 seconds, a photosensitive resin composition film was obtained.

(パターニング)
上記、感光性樹脂組成物膜にパターニング露光機を用いて、紫外光をフォトマスクパターンを通じて照射することによりパターニング露光した。フォトマスクとして10μmのラインアンドスペースを有するフォトマスクを用いてパターニング露光した。パターニング露光後の感光性樹脂組成物膜を100℃のホットプレート上で90秒間加熱した後、現像液(メルク社製、AZ−300MIF)に60秒間浸漬し、パターン現像を行った。現像後、流純水で感光性樹脂組成物膜つき基材を洗浄した後、基材を乾燥させ、SiC基材上に感光性樹脂組成物膜のパターンを形成した。
(Patterning)
The photosensitive resin composition film was exposed to patterning by irradiating ultraviolet light through a photomask pattern using a patterning exposure machine. Patterning exposure was performed using a photomask having a 10 μm line and space as a photomask. The photosensitive resin composition film after patterning exposure was heated on a hot plate at 100 ° C. for 90 seconds, and then immersed in a developing solution (manufactured by Merck & Co., AZ-300MIF) for 60 seconds to perform pattern development. After the development, the substrate with the photosensitive resin composition film was washed with flowing pure water, and then the substrate was dried to form a pattern of the photosensitive resin composition film on the SiC substrate.

(光学顕微鏡による観察)
パターンを形成後の感光性樹脂組成物膜を光学顕微鏡を用いて観察し、10μmラインアンドスペースのパターン形成の可否を確認した。
(Observation with an optical microscope)
The photosensitive resin composition film after forming the pattern was observed using an optical microscope, and whether or not a 10 μm line and space pattern could be formed was confirmed.

(焼成)
上記、感光性樹脂組成物膜のパターンをオーブンで大気下において、800℃で1時間にわたって焼成することにより、SiC基材上にイオン注入用マスクを形成した。焼成後のイオン注入用マスク層の膜厚は0.5μmであった。
(Baking)
The pattern of the photosensitive resin composition film was baked at 800 ° C. for 1 hour in the atmosphere in an oven to form an ion implantation mask on the SiC substrate. The film thickness of the mask layer for ion implantation after baking was 0.5 μm.

(光学顕微鏡による観察)
光学顕微鏡を用いて、焼成後のイオン注入用マスクにおけるパターンの形成の有無を確認した。
(Observation with an optical microscope)
The presence or absence of the pattern formation in the mask for ion implantation after baking was confirmed using the optical microscope.

(イオン注入)
下記の条件で、焼成後のイオン注入用マスクのマスクパターン開口部を通してSiC基材にイオン注入を行った:
イオン種:Al、
エネルギー量:40keV、
注入温度:400℃、
ドーズ量:1×1014Ions/cm
(Ion implantation)
Ions were implanted into the SiC substrate through the mask pattern opening of the fired ion implantation mask under the following conditions:
Ion species: Al,
Energy amount: 40 keV,
Injection temperature: 400 ° C
Dose amount: 1 × 10 14 Ions / cm 2

Alイオン注入後、基材をバッファードフッ酸と濃硫酸の混合液に浸漬することにより、イオン注入用マスクを除去した。その後、Al濃度のSiC基材表面からの深さ依存性を二次イオン質量分析(SIMS)装置を用いて測定した。   After the Al ion implantation, the ion implantation mask was removed by immersing the substrate in a mixed solution of buffered hydrofluoric acid and concentrated sulfuric acid. Then, the depth dependence from the SiC base material surface of Al concentration was measured using the secondary ion mass spectrometry (SIMS) apparatus.

SIMS測定は、イオン注入を行ったSiC基材のうち、Alイオン注入時にイオン注入マスクの開口部であった領域、及びAlイオン注入時にイオン注入用マスク層に被覆されていた領域のSiC基材表面に対して行った。図3にSIMS測定で得られた深さ方向についてのAl濃度分布を示す。   In the SIMS measurement, the SiC base material in the region that was the opening of the ion implantation mask at the time of Al ion implantation and the region that was covered by the mask layer for ion implantation at the time of Al ion implantation was used. Performed on the surface. FIG. 3 shows the Al concentration distribution in the depth direction obtained by SIMS measurement.

図3で示されているように、Alイオン注入時にイオン注入マスクの開口部であった領域のAl濃度分布(21)では、深さ50nm付近に1.5×1019atoms/cmのピークを有するプロファイルが観測された。他方で、Alイオン注入時にイオン注入用マスク層に被覆されていた領域のAl濃度分布(22)では、有意なAlイオンは検出されなかった。なお、Alイオン注入時にイオン注入用マスク層に被覆されていた領域のAl濃度の深さ依存性測定(22)において、表面から100nm付近の範囲で検知された1014〜1017atoms/cmのAlイオンはSIMS測定における表面吸着物の影響によるものであり、SiC中に注入されたAlイオンを反映したものではない。 As shown in FIG. 3, in the Al concentration distribution (21) in the region which was the opening of the ion implantation mask at the time of Al ion implantation, a peak of 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 is observed at a depth of about 50 nm. A profile with was observed. On the other hand, no significant Al ions were detected in the Al concentration distribution (22) in the region covered with the ion implantation mask layer at the time of Al ion implantation. In the depth dependence measurement of the Al concentration in the region covered with the ion implantation mask layer at the time of Al ion implantation (22), 10 14 to 10 17 atoms / cm 3 detected in the vicinity of 100 nm from the surface. The Al ions are due to the influence of the surface adsorbate in the SIMS measurement and do not reflect the Al ions implanted into the SiC.

以上の、SIMS測定の結果によると、Alイオン注入時にイオン注入用マスクの開口部であった領域のSiC基材表面には、Alイオンが注入されている一方で、Alイオン注入時にイオン注入用マスクに被覆されていた領域のSiC基材表面には、Alイオンが注入されておらず、本実施例におけるイオン注入用マスク層がイオン注入時に注入イオンを遮蔽する効果を有していることが理解される。   According to the above SIMS measurement results, Al ions are implanted into the surface of the SiC base material in the region that was the opening of the ion implantation mask at the time of Al ion implantation. Al ions are not implanted into the surface of the SiC base material in the region covered by the mask, and the mask layer for ion implantation in this example has an effect of shielding the implanted ions during ion implantation. Understood.

〈実施例2〉
感光性樹脂組成物として、ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)、上記ホウ素ドープシリコン粒子含有溶液を混合する代わりに、ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)、上記ホウ素ドープシリコン粒子含有溶液、スピンオングラス(12000−T、東京応化製)を混合したことを除いて、実施例1と同様にして、SiC基材上にマスク層を形成した。この際、混合後の感光性樹脂組成物の固形分量のうち、10重量%をホウ素ドープシリコンナノ粒子が、10重量%をスピンオングラス溶液中に含まれる固形分がそれぞれ占めるよう、感光性樹脂組成物を調製した。
<Example 2>
As a photosensitive resin composition, instead of mixing a negative photoresist (CTP-100T, manufactured by Merck) and the boron-doped silicon particle-containing solution, a negative photoresist (CTP-100T, manufactured by Merck), the boron A mask layer was formed on the SiC substrate in the same manner as in Example 1 except that the doped silicon particle-containing solution and spin-on glass (12000-T, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) were mixed. At this time, of the solid content of the photosensitive resin composition after mixing, the photosensitive resin composition is such that 10% by weight is occupied by boron-doped silicon nanoparticles and 10% by weight is solid content contained in the spin-on-glass solution. A product was prepared.

〈比較例1〉
感光性樹脂組成物として、ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)、上記ホウ素ドープシリコン粒子含有溶液を混合する代わりに、ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)、SiOナノ粒子分散溶液SIRPMA30WT%−E9(CIKナノテック株式会社製)を混合したことを除いて、実施例1と同様にして、SiC基材上にマスク層を形成した。この際、混合後の感光性樹脂組成物の固形分量のうち、20重量%をSiOナノ粒子分散溶液SIRPMA30WT%−E9に含まれる固形分が占めるよう、感光性樹脂組成物を調製した。
<Comparative example 1>
As a photosensitive resin composition, instead of mixing a negative photoresist (CTP-100T, manufactured by Merck) and the boron-doped silicon particle-containing solution, a negative photoresist (CTP-100T, manufactured by Merck), SiO 2 A mask layer was formed on the SiC substrate in the same manner as in Example 1 except that the nanoparticle dispersion solution SIRPMA30WT% -E9 (manufactured by CIK Nanotech Co., Ltd.) was mixed. In this case, among the solid content of the photosensitive resin composition after mixing, as occupied by a 20 wt% solids contained in the SiO 2 nanoparticle dispersion solution SIRPMA30WT% -E9, to prepare a photosensitive resin composition.

〈比較例2〉
感光性樹脂組成物として、ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)、上記ホウ素ドープシリコン粒子含有溶液を混合する代わりに、ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)、スピンオングラス(12000−T、東京応化製)を混合したことを除いて、実施例1と同様にして、SiC基材上にマスク層を形成した。この際、混合後の感光性樹脂組成物の固形分量のうち、20重量%をスピンオングラス中に含まれる固形分が占めるよう、感光性樹脂組成物を調製した。
<Comparative example 2>
As a photosensitive resin composition, instead of mixing a negative photoresist (CTP-100T, manufactured by Merck) and the boron-doped silicon particle-containing solution, a negative photoresist (CTP-100T, manufactured by Merck), spin-on glass A mask layer was formed on the SiC substrate in the same manner as in Example 1 except that (12000-T, manufactured by Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.) was mixed. Under the present circumstances, the photosensitive resin composition was prepared so that solid content contained in spin-on glass might occupy 20 weight% among solid content of the photosensitive resin composition after mixing.

〈比較例3〉
感光性樹脂組成物として、ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)、上記ホウ素ドープシリコン粒子含有溶液を混合した溶液を用いる代わりに、ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)を用いたことを除いて、実施例1と同様にSiC基材上にマスク層を形成する工程を実施した。
<Comparative Example 3>
As a photosensitive resin composition, instead of using a negative photoresist (CTP-100T, manufactured by Merck) and a solution obtained by mixing the boron-doped silicon particle-containing solution, a negative photoresist (CTP-100T, manufactured by Merck) A step of forming a mask layer on the SiC substrate was carried out in the same manner as in Example 1 except that was used.

実施例1〜2及び比較例1〜3についての実験条件及び結果を、下記の表1にまとめている。   The experimental conditions and results for Examples 1-2 and Comparative Examples 1-3 are summarized in Table 1 below.

Figure 2017120349
Figure 2017120349

〈評価結果〉
実施例1〜2及び比較例1〜3の結果からは、添加物としてシリコン(Si)粒子を用いた場合に、感光性樹脂組成物のパターニング後の熱焼成により、導電性を持つ残留物のパターンを基材上に形成できた一方で、添加物として導電性を有さないシリカ(SiO)粒子及びスピンオングラスを添加した場合には、導電性を持つ残留物のパターンを基材上に形成できなかったことが理解される。
<Evaluation results>
From the results of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3, when silicon (Si) particles were used as the additive, the conductive residue was obtained by thermal firing after patterning of the photosensitive resin composition. While the pattern was able to be formed on the substrate, when conductive non-conductive silica (SiO 2 ) particles and spin-on glass were added, the conductive residue pattern was formed on the substrate. It is understood that it could not be formed.

また、実施例1〜2の結果からは、添加物として導電性を有するシリコンナノ粒子に加えて、バインダーであるスピンオングラスを混合することによっても、感光性樹脂組成物のパターニング後の熱焼成により、導電性を持つ残留物のパターンを基材上に形成できたことが理解される。   Moreover, from the result of Examples 1-2, in addition to the silicon nanoparticle which has electroconductivity as an additive, also by mixing the spin-on glass which is a binder, by the heat baking after the patterning of the photosensitive resin composition It is understood that a conductive residue pattern could be formed on the substrate.

《実施例3及び比較例4》
以下の実施例3及び比較例4では、感光性樹脂組成物を調製し、熱酸化シリコン膜1000nmつき基材上に塗布膜を形成した後、紫外光のパターニング露光、現像、焼成を行い、それによってマスク層のパターン形成を行った。また、これらの実施例及び比較例では、マスク層のシート抵抗の測定を行った。
<< Example 3 and Comparative Example 4 >>
In Example 3 and Comparative Example 4 below, a photosensitive resin composition was prepared, a coating film was formed on a substrate with a thermal silicon oxide film of 1000 nm, and thereafter patterning exposure to ultraviolet light, development, and baking were performed. Then, the mask layer was patterned. In these examples and comparative examples, the sheet resistance of the mask layer was measured.

〈実施例3〉
基材としてSiC基材を用いる代わりに、熱酸化シリコン膜1000nmつきのシリコンウエハを用いたことと、パターニング露光時に基材全面に紫外光を露光したことを除いて、実施例1と同様にして、マスク層のパターン形成を行った。マスク層のパターン形成を行った後、シャドウマスクを通じて、マスク層のパターンの抵抗率測定を目的としたアルミニウム電極を、マスク層のパターン上に真空蒸着法を用いて形成した。
<Example 3>
Instead of using the SiC substrate as the substrate, a silicon wafer with a thermally oxidized silicon film of 1000 nm was used, and except that the entire surface of the substrate was exposed to ultraviolet light during patterning exposure, the same as in Example 1, Pattern formation of the mask layer was performed. After pattern formation of the mask layer, an aluminum electrode for the purpose of measuring the resistivity of the mask layer pattern was formed on the mask layer pattern using a vacuum evaporation method through a shadow mask.

抵抗率測定を目的としたアルミニウム電極のパターンとしては、1000μm×200μmの大きさを有する一組の矩形の電極の1000μmの辺同士が、200μmの間隔で対向するように配置された電極パターンを用いた。   As an aluminum electrode pattern for the purpose of resistivity measurement, an electrode pattern in which 1000 μm sides of a pair of rectangular electrodes having a size of 1000 μm × 200 μm are opposed to each other at an interval of 200 μm is used. It was.

その後、蒸着したアルミニウム電極間に1μAの定電流を印加した時の、アルミニウム電極間での電位降下を測定することにより、マスク層のシート抵抗を求めたところ、90GΩ/□であった。   Then, when the sheet resistance of the mask layer was determined by measuring the potential drop between the aluminum electrodes when a constant current of 1 μA was applied between the deposited aluminum electrodes, it was 90 GΩ / □.

〈比較例4〉
ホウ素ドープシリコン粒子含有溶液の代わりにスピンオングラス(12000−T、東京応化製)を用いたことを除いて実施例3と同様にして、シリコン基材上にパターンを有するイオン注入用マスクを形成した後で、このイオン注入用マスクのシート抵抗の測定を行った。それによれば、装置の測定限界以上の電流が測定されず、マスク層のシート抵抗は2.0×10GΩ/□以上であると見積もられた。
<Comparative example 4>
A mask for ion implantation having a pattern was formed on a silicon substrate in the same manner as in Example 3 except that spin-on glass (12000-T, manufactured by Tokyo Ohka) was used instead of the boron-doped silicon particle-containing solution. Later, the sheet resistance of the ion implantation mask was measured. According to this, a current exceeding the measurement limit of the apparatus was not measured, and the sheet resistance of the mask layer was estimated to be 2.0 × 10 8 GΩ / □ or more.

1 SiCエピタキシャル膜
2 SiC基材
3 SiO
4 感光性レジスト
6 イオン注入領域
7 ドーパントイオンのビーム
11 感光性樹脂組成物膜
12 マスクパターン開口部
13 マスク層パターン
21 Alイオン注入時にイオン注入用マスク層の開口部であった領域のAl濃度分布
22 Alイオン注入時にイオン注入用マスク層に被覆されていた領域のAl濃度分布
1 SiC epitaxial film 2 SiC substrate 3 SiO 2 film 4 photosensitive resist 6 ion implantation region 7 dopant ions of the beam 11 the photosensitive resin composition film 12 mask pattern openings 13 mask layer pattern 21 Al ion implantation mask for ion implantation at Al concentration distribution in the region which was the opening of the layer 22 Al concentration distribution in the region covered with the mask layer for ion implantation at the time of Al ion implantation

Claims (15)

感光性樹脂、並びに導電性材料及び/又は半導体材料の粒子を含有している、感光性樹脂組成物。   A photosensitive resin composition containing a photosensitive resin and particles of a conductive material and / or a semiconductor material. 前記粒子が、金属、半金属、又はそれらの組合せの粒子である、請求項1に記載の組成物。   The composition of claim 1, wherein the particles are metal, metalloid, or a combination thereof. 前記粒子が、シリコン粒子である、請求項2に記載の組成物。   The composition according to claim 2, wherein the particles are silicon particles. 前記シリコン粒子が、13族及び15族元素のうち少なくとも一種類の元素をドーパントとして含有している、請求項3に記載の組成物。   The composition according to claim 3, wherein the silicon particles contain at least one element selected from group 13 and group 15 elements as a dopant. 前記シリコン粒子が、ホウ素又はリンをドーパントとして含有している、請求項4に記載の組成物。   The composition according to claim 4, wherein the silicon particles contain boron or phosphorus as a dopant. 前記シリコン粒子における前記ドーパントの濃度が、1018atoms/cm以上である、請求項4又は5に記載の組成物。 The composition of Claim 4 or 5 whose density | concentration of the said dopant in the said silicon particle is 10 < 18 > atoms / cm < 3 > or more. 金属不純物含有量がそれぞれの金属元素について100ppb以下である、請求項3〜6のいずれか一項に記載の組成物。   The composition according to any one of claims 3 to 6, wherein the metal impurity content is 100 ppb or less for each metal element. 前記粒子の平均粒径が1〜500nmである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の組成物。   The composition as described in any one of Claims 1-7 whose average particle diameter of the said particle | grain is 1-500 nm. 前記粒子の平均粒径が1〜100nmである、請求項8に記載の組成物。   The composition according to claim 8, wherein the average particle diameter of the particles is 1 to 100 nm. 前記感光性樹脂組成物の膜を、大気下で800℃の焼成を1時間行って、膜厚0.5μmのマスク層を得たときに、このマスク層のシート抵抗が、1012Ω/□以下である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の組成物。 When the film of the photosensitive resin composition was baked at 800 ° C. for 1 hour in the air to obtain a mask layer having a thickness of 0.5 μm, the sheet resistance of the mask layer was 10 12 Ω / □. The composition as described in any one of Claims 1-9 which is the following. シロキサン化合物を更に含有している、請求項1〜10のいずれか一項に記載の組成物。   The composition according to any one of claims 1 to 10, further comprising a siloxane compound. 請求項1〜11のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物の膜のパターンを、半導体層又は基材上に形成する工程、
前記感光性樹脂組成物の膜のパターンを焼成して、イオン注入用マスクを形成する工程、
前記イオン注入用マスクのパターン開口部を通して、前記半導体層又は基材にイオンを注入する工程、
前記イオン注入用マスクを除去する工程
を含む、半導体デバイスの製造方法。
A step of forming a film pattern of the photosensitive resin composition according to any one of claims 1 to 11 on a semiconductor layer or a substrate,
Baking the pattern of the film of the photosensitive resin composition to form a mask for ion implantation;
A step of implanting ions into the semiconductor layer or substrate through a pattern opening of the ion implantation mask;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of removing the ion implantation mask.
前記感光性樹脂組成物の膜のパターンを半導体層又は基材上に形成する工程が、請求項1〜11のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物の膜を半導体基材上に形成し、そして前記感光性樹脂組成物の膜にパターニング露光及び現像することを含む、請求項12に記載の方法。   The process of forming the pattern of the film of the said photosensitive resin composition on a semiconductor layer or a base material forms the film | membrane of the photosensitive resin composition as described in any one of Claims 1-11 on a semiconductor base material. And patterning exposure and development to the film of the photosensitive resin composition. 前記半導体層又は基材が、SiC層又は基材である、請求項12又は13に記載の方法。   The method according to claim 12 or 13, wherein the semiconductor layer or substrate is a SiC layer or substrate. イオン注入工程における前記半導体層又は基材の温度が、200℃以上である、請求項12〜14のいずれか一項に記載の方法。   The method as described in any one of Claims 12-14 whose temperature of the said semiconductor layer or base material in an ion implantation process is 200 degreeC or more.
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