JP7331370B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。

特許文献１に開示の半導体装置の製造方法は、半導体基板にイオンを注入する工程を有している。イオン注入時にマスクとして使用されたレジスト樹脂層は、イオン注入後にアッシング法によって除去される。

特開平１０－１３５１８２号公報

特許文献１のようにアッシング法によってレジスト樹脂層を除去する場合には、レジスト樹脂層に覆われていない範囲の半導体基板の表面が酸素プラズマに曝され、その範囲内の半導体基板の表面に加速された酸素イオンが注入される。このため、半導体基板の表層部にダメージが生じる。本明細書では、レジスト樹脂層をより好適に除去できる技術を提案する。

本明細書が開示する半導体装置の製造方法は、半導体基板の表面を覆う中間層を形成する工程と、前記中間層の表面を覆うレジスト樹脂層を形成する工程と、前記レジスト樹脂層を介して前記半導体基板にイオンを注入する工程と、前記中間層をウェットエッチングにより除去することによって前記半導体基板から前記レジスト樹脂層を剥離させる工程、を有する。前記レジスト樹脂層を形成する前記工程では、第１開口部を有する前記レジスト樹脂層が形成され、前記第１開口部内に前記中間層が露出する。前記イオンを注入する前記工程では、前記第１開口部内の前記中間層を貫通して前記半導体基板に前記イオンが注入される。

この製造方法では、レジスト樹脂層の第１開口部内で半導体基板にイオンが注入される。他方、半導体基板のレジスト樹脂層に覆われている範囲では、レジスト樹脂層によって半導体基板へのイオンの注入が抑止される。したがって、半導体基板の任意の範囲にイオンを注入することができる。また、この製造方法では、レジスト樹脂層を除去するときに、中間層をウェットエッチングにより除去することによって半導体基板からレジスト樹脂層を剥離させる。この工程において、半導体基板の表面はウェットエッチング用のエッチング液に曝されるが、ウェットエッチングが半導体基板に与えるダメージは極めて少ない。したがって、半導体基板の表面にダメージが生じることを抑制しながら、半導体基板からレジスト樹脂層を除去することができる。

半導体基板１２の断面図。 実施例１の製造工程中の半導体基板の断面図。 実施例１の製造工程中の半導体基板の断面図。 実施例１の製造工程中の半導体基板の断面図。 実施例１の製造工程中の半導体基板の断面図。 実施例２の製造工程中の半導体基板の断面図。 実施例２の製造工程中の半導体基板の断面図。 実施例２の製造工程中の半導体基板の断面図。 イオン注入方向の説明図。 イオン注入方向の説明図。 イオン注入方向の説明図。

実施例１の半導体装置の製造方法について説明する。実施例１の製造方法では、図１に示す半導体基板１２を用いて半導体装置を製造する。半導体基板１２は、ＳｉＣにより構成されている。加工前の半導体基板１２の全体は、ｎ型領域である。なお、実施例１の製造方法は、半導体基板１２にレジストを介してイオンを注入する工程、及び、レジストを剥離する工程に特徴を有する。したがって、以下では、これらの工程について説明する。

まず、半導体基板１２を洗浄する。次に、図２に示すように、半導体基板１２の上面１２ａ上に中間層１４を形成する。中間層１４は、上面１２ａの全域を覆っている。例えば、酸化膜や窒化膜等の溶剤で除去可能な材料を、中間層１４として用いることができる。

次に、図３に示すように、中間層１４上にレジスト樹脂層１６を形成する。より詳細には、まず、中間層１４の上面全体を覆うようにレジスト樹脂層１６を形成する。レジスト樹脂層１６は、感光性樹脂により構成されている。レジスト樹脂層１６は、ポジ型であってもネガ型であってもよい。次に、フォトリソグラフィによってレジスト樹脂層１６をパターニングすることによって、レジスト樹脂層１６に開口部３０を形成する。開口部３０を形成することで、開口部３０内に中間層１４が露出する。

次に、図４に示すように、半導体基板１２の上面１２ａに向かってアルミニウムイオンを照射する。ここでは、イオンの注入方向が半導体基板１２の上面１２ａに対して略垂直となるようにイオンを照射する。また、ここでは、高温で高いドーズ量のイオン注入を行う。開口部３０内に照射されたイオンは、中間層１４を貫通して半導体基板１２に注入される。したがって、半導体基板１２の内部であって開口部３０の下部の領域に、ｐ型領域２２が形成される。他方、レジスト樹脂層１６に向かって照射されたイオンは、レジスト樹脂層１６内に注入される。レジスト樹脂層１６内に注入されたイオンは、レジスト樹脂層１６内で停止する。このため、半導体基板１２の内部であってレジスト樹脂層１６の下部の領域には、ｐ型領域２２が形成されない。したがって、ｐ型領域２２が任意の形状に形成される。

なお、レジスト樹脂層１６にアルミニウムイオンが注入されることで、レジスト樹脂層１６の表層部に硬化層１６ａが形成される。

次に、図５に示すように、開口部３０内にエッチング液を導入することによって、中間層１４をウェットエッチングする。ここでは、ウェットエッチングによって中間層１４全体を除去する。中間層１４全体が除去されると、レジスト樹脂層１６が半導体基板１２から剥離する。また、中間層１４をウェットエッチングするときに、半導体基板１２の上面１２ａがエッチング液に曝される。しかしながら、エッチング液が上面１２ａに接触しても、上面１２ａに生じるダメージは極めて小さい。したがって、上面１２ａにダメージが生じることを抑制しながら、レジスト樹脂層１６を半導体基板１２から剥離することができる。したがって、実施例１の製造方法によれば、より信頼性が高い半導体装置を製造することができる。

なお、同様の半導体装置を製造するために、レジスト樹脂層１６を半導体基板１２の上面１２ａ上に直接形成し、イオン注入によってｐ型領域２２を形成し、その後にレジスト樹脂層１６を除去することも考えられる。この場合、レジスト樹脂層１６の除去方法として、アッシング法、酸素イオンを用いた低温イオン衝撃、ＣＦ_４を用いたドライエッチング等が考えられる。しかしながら、アッシング法では、半導体基板１２の上面１２ａが酸素プラズマに曝されるので、上面１２ａにダメージが生じる。さらに、アッシング法では、イオン注入によって硬化したレジスト樹脂層１６の硬化層１６ａを適切に除去することができない。また、酸素イオンを用いた低温イオン衝撃では、レジスト樹脂層１６を除去できるものの、半導体基板１２の上面１２ａに多量の結晶欠陥が生成される。また、ＣＦ_４を用いたドライエッチングでは、レジスト樹脂層１６を除去できるものの、半導体基板１２の上面１２ａもエッチングされる。このように、これらの何れの方法でも、半導体基板１２の上面１２ａにダメージが生じる。これに対し、実施例１の製造方法によれば、半導体基板１２の上面１２ａにダメージが生じることを抑制しながら、レジスト樹脂層１６を除去することができる。

実施例２の製造方法では、実施例１の製造方法と同様に、図２に示す状態まで加工を行う。次に、図６に示すように、レジスト樹脂層１６を形成する。すなわち、まず、中間層１４の上面全体を覆うようにレジスト樹脂層１６を形成する。次に、フォトリソグラフィによってレジスト樹脂層１６をパターニングすることによって、レジスト樹脂層１６に第１開口部３１と第２開口部３２を形成する。第１開口部３１の幅は、第２開口部３２の幅よりも広い。第１開口部３１は、ｐ型領域２２を形成する領域の上部に形成する。第２開口部３２は、ｐ型領域２２を形成しない領域の上部（すなわち、レジスト樹脂層１６によって半導体基板１２へのイオンの注入を阻止する範囲）に形成する。第２開口部３２は、ｐ型領域２２を形成しない領域の上部に複数個形成される。第１開口部３１と第２開口部３２の内部では、中間層１４が露出している。

次に、図７に示すように、イオン注入方向を半導体基板１２の上面１２ａに対して傾斜させた状態で、上面１２ａに向かってアルミニウムイオンを照射する。イオン注入方向を適切な角度に傾斜させると、幅が狭い第２開口部３２内ではイオンが中間層１４まで到達できない。このため、第２開口部３２が設けられた範囲内のレジスト樹脂層１６の下部の領域には、ｐ型領域２２が形成されない。他方、幅が広い第１開口部３１内では、イオンが中間層１４に到達する。第１開口部３１内で、イオンは、中間層１４を貫通して半導体基板１２に注入される。したがって、第１開口部３１の下部の領域に、ｐ型領域２２が形成される。したがって、ｐ型領域２２が任意の形状に形成される。

次に、図８に示すように、第１開口部３１及び第２開口部３２内にエッチング液を導入することによって、中間層１４をウェットエッチングする。ここでは、ウェットエッチングによって中間層１４全体を除去する。中間層１４全体が除去されると、レジスト樹脂層１６が半導体基板１２から剥離する。この方法によれば、半導体基板１２の上面１２ａにダメージが生じることを抑制しながら、レジスト樹脂層１６を半導体基板１２から剥離することができる。

以上に説明したように、実施例２の製造方法では、レジスト樹脂層１６に第２開口部３２が設けられている。第２開口部３２を設けても、イオン注入方向を適切な角度に傾斜させることで、第２開口部３２が設けられた範囲内のレジスト樹脂層１６によってイオンを遮蔽することができる。また、第２開口部３２を設けることで、中間層１４をウェットエッチングするときに、第１開口部３１内からだけでなく第２開口部３２内からも中間層１４をウェットエッチングすることができる。このため、短時間で中間層１４を除去することができる。このため、レジスト樹脂層１６に第２開口部３２を設けると、レジスト樹脂層１６によってイオンを遮蔽すべき範囲が広い場合でも、レジスト樹脂層１６の下部の中間層１４を短時間で除去できる。

次に、第２開口部３２が設けられている範囲のレジスト樹脂層１６によってイオンを遮蔽するために適した条件について説明する。

図９は、実施例２のイオン注入工程を示している。図９の幅Ａは第２開口部３２の間の間隔を示しており、図９の幅Ｂは第２開口部３２の幅を示しており、図９の厚みＣはレジスト樹脂層１６の厚みを示している。矢印１００は、イオン注入方向を示している。イオン注入方向１００は、傾斜角度Ｅ（°）だけ半導体基板１２の上面１２ａに対して傾斜している。なお、傾斜角度Ｅは、上面１２ａに立てた垂線とイオン注入方向１００の間の角度を意味する。なお、本実施例では、各第２開口部３２の側面は、上面１２ａに対して略垂直である。また、図９では、傾斜角度Ｅとして、イオンが第２開口部３２内の中間層１４に直接到達することが可能な最大角度Ｅ１を示している。傾斜角度Ｅが図９に示す最大角度Ｅ１よりも小さければ、イオンは第２開口部３２内の中間層１４に直接到達することができ、レジスト樹脂層１６によってイオンを遮蔽することができない。すなわち、イオンを第２開口部３２内の中間層１４に直接到達させないためには、Ｅ＞Ｅ１である必要がある。最大角度Ｅ１は、Ｃ＝Ｂ・ｔａｎ（９０－Ｅ）の関係を満たす。したがって、Ｅ＞Ｅ１であるために、傾斜角度Ｅは、下記数式１を満たす必要がある。
Ｃ＞Ｂ・ｔａｎ（９０－Ｅ１） （数式１）
すなわち、上記数式１が満たされれば、イオンが中間層１４に直接到達することを防止することができる。

また、図１０のイオン注入方向１０２に示すように、レジスト樹脂層１６を上面から側面まで貫通して中間層１４に到達するイオンが生じる場合がある。このようなイオンの半導体基板１２への注入も防止することがより好ましい。図１０のようなイオンの注入を防止する場合には、下記数式２の関係が満たされる必要がある。
（Ｃ／ｓｉｎ（９０－Ｅ））－（Ｂ／ｃｏｓ（９０－Ｅ））＞Ｄ （数式２）
この関係について、以下に説明する。

図１０においてイオン注入方向１０２に沿って照射されたイオンは、レジスト樹脂層１６の上面からレジスト樹脂層１６内に進入する。レジスト樹脂層１６内に進入したイオンは、レジスト樹脂層１６内で減速しながらイオン注入方向１０２に沿って移動する。レジスト樹脂層１６内でイオンが移動可能な距離を、以下では、飛程距離Ｄという。飛程距離Ｄが、図１０の距離Ｘ１（すなわち、イオン注入方向１０２に沿って計測したときのレジスト樹脂層１６の上面からレジスト樹脂層１６の側面までの距離）より長ければ、イオンはレジスト樹脂層１６を貫通して中間層１４に到達する。飛程距離Ｄが距離Ｘ１より短ければ、イオンは、レジスト樹脂層１６を貫通できず、中間層１４に到達しない。したがって、図１０のようなイオンの注入を防止するためには、Ｘ１＞Ｄの関係が満たされる必要がある。ここで、図１０の距離Ｘは、イオン注入方向１０２に沿って計測したときのレジスト樹脂層１６の上面から中間層１４の上面までの距離である。また、図１０の距離Ｘ２は、イオン注入方向１０２に沿って計測したときのレジスト樹脂層１６の側面から中間層１４の上面までの距離である。図１０から明らかなように、距離Ｘ、Ｘ１、Ｘ２は、下記数式３の関係を満たす。
Ｘ１＝Ｘ－Ｘ２ （数式３）
また、距離Ｘは、下記数式４の関係を満たす。
Ｘ＝Ｃ／ｓｉｎ（９０－Ｅ） （数式４）
さらに、距離Ｘ２は、下記数式５の関係を満たす。
Ｘ２＝Ｂ／ｃｏｓ（９０－Ｅ） （数式５）
数式３、４、５から、下記数式６が得られる。
Ｘ１＝（Ｃ／ｓｉｎ（９０－Ｅ））－（Ｂ／ｃｏｓ（９０－Ｅ）） （数式６）
したがって、Ｘ１＞Ｄである場合、上記数式２が満たされる。すなわち、上記数式２が満たされれば、図１０のようなイオンの注入を防止することができる。

また、図１１のイオン注入方向１０４に示すように、レジスト樹脂層１６を側面からその反対側の側面まで貫通して中間層１４に到達するイオンが生じる場合がある。このようなイオンの半導体基板１２への注入も防止することがより好ましい。図１１のようなイオンの注入を防止する場合には、下記数式７の関係が満たされる必要がある。
Ａ／ｃｏｓ（９０－Ｅ）＞Ｄ （数式７）
この関係について、以下に説明する。

図１１においてイオン注入方向１０４に沿って照射されたイオンは、レジスト樹脂層１６の側面からレジスト樹脂層１６内に進入する。レジスト樹脂層１６内に進入したイオンは、レジスト樹脂層１６内で減速しながらイオン注入方向１０４に沿って移動する。飛程距離Ｄが、図１１の距離Ｙ（すなわち、イオン注入方向１０４に沿って計測したときのレジスト樹脂層１６の側面からレジスト樹脂層１６の反対側の側面までの距離）より長ければ、イオンはレジスト樹脂層１６を貫通して中間層１４に到達する。飛程距離Ｄが距離Ｙより短ければ、イオンは、レジスト樹脂層１６を貫通できず、中間層１４に到達しない。したがって、図１１のようなイオンの注入を防止する場合には、Ｙ＞Ｄの関係が満たされる必要がある。距離Ｙは、下記数式８の関係を満たす。
Ｙ＝Ａ／ｃｏｓ（９０－Ｅ） （数式８）
したがって、Ｙ＞Ｄである場合、上記数式７が満たされる。すなわち、上記数式７が満たされれば、図１１のようなイオンの注入を防止することができる。

以上に説明したように、第２開口部３２を、上記数式１を満たすように形成することができる。上記数式１が満たされることで、図９のようにイオンが中間層１４に直接到達すること防止することができる。また、第２開口部３２を、上記数式２を満たすように形成することができる。上記数式２が満たされることで、図１０のようにイオンがレジスト樹脂層１６を貫通して中間層１４に到達することを防止することができる。また、第２開口部３２を、上記数式７を満たすように形成することができる。上記数式７が満たされることで、図１１のようにイオンがレジスト樹脂層１６を貫通して中間層１４に到達することができる。

なお、上述した実施例１、２では、半導体基板１２がＳｉＣにより構成されていたが、半導体基板１２がシリコン等の他の材料により構成されていてもよい。また、上述した実施例１、２では、アルミニウムイオンを半導体基板１２に注入したが、他の種類のイオンを半導体基板１２に注入してもよい。

本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。

本明細書が開示する一例の製造方法では、レジスト樹脂層が、第１開口部よりも幅が狭い第２開口部を有していてもよい。第２開口部内に中間層が露出していてもよい。イオンを注入する工程では、イオンが第２開口部内の中間層に直接当たらない角度にイオンの注入方向を半導体基板の表面に対して傾斜させてイオンを注入してもよい。中間層を除去する工程では、第２開口部内にエッチング液を導入して中間層をウェットエッチングしてもよい。

この構成によれば、第２開口部内から中間層をウェットエッチングできるので、中間層をより短時間で除去することができる。また、第２開口部が存在する範囲では、中間層にイオンが直接当たらないので、半導体基板へのイオンの注入を抑止することができる。

以上、実施形態について詳細に説明したが、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さまざまに変形、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、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項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１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

１２ ：半導体基板
１４ ：中間層
１６ ：レジスト
１６ａ ：硬化層
２２ ：ｐ型領域
３０ ：開口部

Claims (1)

1. 半導体装置の製造方法であって、
   半導体基板の表面を覆う中間層を形成する工程と、
   前記中間層の表面を覆うレジスト樹脂層であって、第１開口部と前記第１開口部よりも幅が狭い第２開口部を有し、前記第１開口部内と前記第２開口部内に前記中間層が露出しているレジスト樹脂層を形成する工程と、
   前記レジスト樹脂層を介して前記半導体基板にイオンを注入する工程であって、前記第１開口部内の前記中間層を貫通して前記半導体基板に前記イオンが注入される工程と、
   前記中間層をウェットエッチングにより除去することによって前記半導体基板から前記レジスト樹脂層を剥離させる工程、
   を有し、
   前記イオンを注入する前記工程では、前記イオンが前記第２開口部内の前記中間層に直接当たらない角度に前記イオンの注入方向を前記半導体基板の前記表面に対して傾斜させて前記イオンを注入し、
   前記中間層を除去する前記工程では、前記第２開口部内にエッチング液を導入して前記中間層をウェットエッチングし、
   前記レジスト樹脂層を形成してから前記レジスト樹脂層を剥離するまでの間に、前記第２開口部を介して前記半導体基板にイオンが注入される工程が存在しない、
   製造方法。

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