JPH02503239A - アモルファス／単結晶構造を有するモノリシックチャンネルマスク - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 アモルファス／単結晶構造を有する モノリシックチャンネルマスク 本発明は集積電気回路の処理に関するものであり、特にリソグラフィ技術による 集積回路の処理およびリソグラフィにおいて使用されるマスクの製造に関するも のである。

集積回路は様々な電気活性材料の多重層を有する電気装置であり、個々の装置を 多数の隣接する層に形成するように処理される。集積回路はりソグラフィ技術を 使用して処理されることがあるが、そこでは半導体材料の層が表面上に付着され 、パターンが表面のフラッド照射を使用する適切な技術によって付着された層へ 加えられ、加えられたパターンによって定められる層の部分はエツチングによっ て除去され、半導体材料のもう一方の層が付着される。外部コンタクトの形成の ような他の過程が付着、パターン化およびエツチングによって繰返される。集積 回路の賢明な設計および製造技術への慎重な留意によって、大規模な複雑な回路 がこのアプローチによって非常に小さい領域で製造される。

集積回路技術の分野における継続的な傾向は装置のサイズの縮小およびチップ上 の単一集積回路へのより密度の高いパッケージである。装置は現在マイクロメー タ以下のサイズを有する個々の素子によって構成される。このようなより小さい 装置の利点は速度の増加、費用の減少、およびチップ上のより良い性能である。

集積回路装置のサイズを従来制限していた１つの重要な障害は半導体材料の付着 層の表面上のパターンを定めるため使用されたフォトリソグラフィ処理である。

可視領域または可視領域に近接する領域における照射波長を使用するりソグラフ ィが使用されるとき、長い波長放射の回折波効果は画像を青色にする傾向にあり 、リソグラフィの分解能を減少させる。

集積回路の大量製造のためリソグラフィを使用して構成される最小部分は約０． ７５マイクロメータである。

可視領域および可視領域に近接する領域における放射線の使用から発生する問題 はイオンビームおよびＸ線リソグラフィ技術の使用によって解決され、使用され た照射放射線は光よりかなり短い波長を有する。適切なレジスト、露光およびエ ツチング技術が利用され、イオンビーム、電子ビーム、およびＸ線リソグラフィ が０．１乃至０．５マイクロメータの特徴を有する装置を具備する集積回路の製 造のため開示された。

イオンビームおよびＸ線リソグラフィ技術において、マスクは照射される半導体 上の位置に対応する領域において照射放射線を通し、照射されないものと対応す る領域における照射放射線を通さない。このマスクはパターン化されエツチング される半導体材料上に置かれ、照射放射線はマスク上の露出パターンを経て半導 体の表面上のレジスト層を照射する。

レジスト材料はそれから現像され、パターンはエツチングによって半導体へ転写 される。このマスクは別の回路をパターン化するように再利用され、それはパタ ーン化されるウエノ＼から分離した構造である。

光フォトリソグラフィのためのマスクにおいて使用される材料は通常の光吸収材 料であり、それはイオンビームまたはＸ線をマスキングするのに不十分である。

イオンビームおよびＸ線リソグラフィにおいて使用されるマスクは、約２乃至５ マイクロメータの厚さで、それら自身は薄いマスクにおけ材料からできている。

１つの共通アプローチにおいて、イオンビームリソグラフィのためのマスクは、 イオンビームがマスクの不透明部分において遮られ吸収されるような厚さの金（ またはタングステン）パターンを使用する。金のパターンは薄いシリコン薄膜上 に支持され、そのためマスクの分離された吸収領域が可能である。シリコン薄膜 は最少吸収および散乱量によって入射イオンビームまたはＸ線を伝達するのに十 分薄い。マスクを製造するのに使用される方法は複雑で、２０以上の処理過程で あり、旨く構成されたマスクの生産を制限する。

全吸収体マスクは使用における制限を有する。このマスクは２つの異なる材料、 互いに接着された金とシリコンを使用するので、このマスクは材料の異なる熱膨 張パラメータのためサーモスタット素子のようなパイメタリックストリップに非 常によく似た作用をする。このマスクは製造後高い内部熱圧力を本質的に示し、 更に内部熱応力がイオンビームまたはＸ線リソグラフィにおいてそれを使用する 間の反復される加熱および冷却において発生する。このマスクは使用中繰返し放 射線にさらされ、吸収された放射線はマスクを加熱する。

マスクの加熱は異なる熱膨張係数のためそれを曲げ、更にマスクを歪曲しその上 のパターンを歪める。歪曲および歪みの各成分はマスクを使用して達成されるパ ターン分解能およびパターンの合致性能を低下せしめ、それによってマスクを使 更に最近、積層された全シリコンマスクが供給され、パターン窓および吸収材料 はシリコンまたはシリコンベースの材料である。様々な層の熱膨張係数は従来の 金・シリコンより互いに値が近く、製造および使用において経験される歪みの量 が減少する。これらのシリコンマスクによって得られる結果は十分従来のマスク によるものより良い。しかしながら、小さいマスク歪みが観察され、不明瞭の程 度、ライン幅分解能の欠如、および完成されたマスクによって放射されたウェハ における上塗りの不正確さの程度が残るという結果を伴う。

今論議された問題はリングラフイック技術によって製造される回路のサイズの減 少という利点を更に達成するため解決されなければならない。ある解決策は単一 チップ内に数千の装置を有し数十の個々の付着された層を必要とする複雑な集積 回路の市販の製造において必要とされる多数のマスクのため競争するのに十分経 済的で生産的である。

従って、イオンビームおよびＸ線リソグラフィマスクのための構造の改良、およ び改良されたマスクを製造し使用するための方法が必要とされる。このマスクは 製造および使用の間マスク歪みを減少し、改良された装置の素子分解を許容しな ければならない。製造方法は望ましくは数および工程の複雑性がかなり減少され 、そのため更に経済的で適切なマスクのより高い生産性を有する。本発明はこの 必要性を満たし、更に関連する利点を与える。

発明の概要 本発明はイオンビームおよびＸ線リソグラフィにおいて使用されるマスクの製造 のための方法、このようなマスクの構造、およびこのマスクの使用方法において 実施される。本発明のマスクは現在存在しているレジスト技術を使用するりソグ ラフィ技術において動作可能である。露出パターンは幅および深さ共に非常に正 確にマスク内へエツチングされる。このマスクは他の状況において個別に証明さ れた処理過程を適合することによって製造される。減少された数の処理過程はマ スクの製造において必要とされ、厳密なパターン化動作が最後にきて、そのため 満足なマスクの生産量が改善される。

このマスクはりソグラフィによって優れた装置を製造するが、それはそれらの減 少されたラップのためであり、加熱における低い内部緊張および異なる膨張圧力 のためであり、パターン一致の正確さおよびライン幅分解能を改善する。

本発明による露出パターンを中に有する薄膜チャンネリングマスクを処理するた めの過程は、結晶シリコンのウエノ１を取付け、シリコンのウェハの第１の表面 にエピタキシャルｐドープシリコン層を供給し、ドーパントイオンがシリコンよ り小さいイオンサイズを有し、ｐドープシリ３２層の上にアモルファスシリコン の層を供給し、ドープされていないシリコンウェハを経てｐドープシリ３２層へ 窓をエツチングし、この窓が少なくとも露出パターンと同じ大きさの横の広がり を有し、ｐドープシリコンを経て延在して薄膜を形成し、アモルファスシリコン の層を経て露出パターンを薄い転写領域とより厚い吸収パターンを形成するため ｐドープシリコンの層へエツチングする過程を含む。

好ましい実施例において、二酸化シリコン“エツチングストップ”層がｐドープ シリ３２層とアモルファスシリコン層との間に設けられる。窒化シリコンパター ン層もまたアモルファスシリコン層とシリコンウェハの上に加えられ、マスクの パターン化を助成する。

好ましい実施例に従うと、中に露出パターンを有する薄膜チャンネリングマスク を処理するための方法は、結晶シリコンのウェハを設け、シリコンのウェハの第 １の表面にエピタキシャルｐドープシリコンの層を供給し、このドーパントイオ ンがシリコンより小さいイオンサイズを有し、ｐドープシリコンの層の上に二酸 化シリコンの層を設け、二酸化シリコンの層の上にアモルファスシリコンの層を 設け、アモルファスシリコンの層の上に窒化シリコンの層を設け、結晶シリコン のウェハの第２の表面の上に窒化シリコンの層を設け、ドープされていないシリ コンウェハを経てｐドープされたシリコン層へ窓をエツチングし、この窓が少な くとも露出パターンと同じ大きさの横の広さを有し、ｐドープシリコンの層へシ リコンウェハの厚さを経て延在し、薄膜を形成し、アモルファスシリコンの層お よび二酸化シリコンの層を経て露出パターンを薄い転写領域および厚い吸収パタ ーンを形成するようにｐドープシリコンの層へエツチングする過程を含む。

本発明の好ましい形式のマスクは完全にシリコンおよびシリコンドープされた材 料からできている。最終マスクにおける様々な層の熱膨張係数において比較的小 さい差があるけれども、これらの差は例えばコンタクト中のシリコンおよび金で あった従来のマスクの熱膨張係数における差より十分に小さい。結果的に、この マスクの熱膨張圧力は十分に減少され、それによって製造および使用中マスクの 歪曲を減少する。歪曲の減少はマスクにおいて形成された露出パターンおよびマ スクを使用してパターン化された半導体表面上に放射されたパターンのより高い 精密度および分解能を導く。選択的ドーピングおよび特定の層の厚さの選択もま た説明されるようにマスクの歪曲を制御するため使用される。

全シリコンマスクの使用に伴ってさえ、歪曲および歪みの源は残り、このアプロ ーチはこれらの源の制御を許容する。

研磨されたシリコンウェハは根本的に内部圧力のため曲げられる。制御された厚 さのｐビー１９９３２層の付着は湾曲を減少する傾向にある圧力を加えるため使 用され、同時にｐビー１９９３２層における内部張力を発生する。ｐビー１９９ ３２層における制御されたレベルの内部応力が所望され、それはマスクが後に使 用されるとき熱負荷のため歪みに耐えるマスクにおける前置負荷を用いる。従っ て、マスクの形状の歪みはドーパントの選択、ドーピングレベル、およびｐビー １９９３２層の厚さによって制御される。

歪みのもう１つの重要な潜在源は、吸収層がマスクパターンの形でエツチング除 去されるとき吸収パターンの側部壁において発生する弛緩および不規則エツチン グである。この弛緩はパターン開口の意図された幅における変化を発生し、マス クが露出基板において使用されるときライン幅の分解能の結果として生じる損失 を伴う。本発明のアモルファスシリコン吸収層はいくつかの方法における歪みの この源を減少する。

アモルファスシリコンはイオンビーム放射のより良い吸収体であり、そのため結 晶吸収体層より薄くできる。層が薄いほど、イオンビームおよび結果として生じ る分解能損失量は少ない。ｐビー１９９３２層の使用から生じる熱歪みの制御と の結合において、アモルファスシリコン層は低い応力状態において供給され、そ のため側部壁弛緩のためのわずかな駆動力が存在する。ｐビー１９９３２層との 結合において、アモルファスシリコンはそれ故マスクの減少された歪みにおける 十分な利益を与える。

結晶シリコンよりむしろアモルファスシリコンの使用はエツチングされたパター ンの側部を垂直にエツチングし、正確なマスクパターンおよび半導体装置へ転写 されるパターンの優れたライン幅制御を生じる。結晶シリコンエツチングはやや 不規則的に結晶グラフィック平面に沿ってエツチングされ、そのためエツチング されたパターンはぎざぎざで、時に不規則で、時には急速にエツチング平面が露 出されるなら浅く傾斜している。アモルファスシリコンは結晶構造を有さす、結 果的にエツチングが、エツチングされる材料によって一部定められたバスよりむ しろ、エツチング処理によって定められたバスに従う。

記述された製造方法の期間中、パターンはアモルファスシリコン層を経てｐビー １９９３２層へと下の方へエツチングされる。二酸化シリコン層は、好ましくは アモルファスシリコン層とｐビー１９９３２層との間に設けられ、このエツチン グ過程におけるエツチングストップとして機能し、吸収層の厚さの正確な制御を 許容し、領域を伝送する。

シリコンウェハの結晶グラフィックオリエンテーション（およびイオンビームが 通過するマスクの部分を形成するｐビー１９９３２層）は伝達されたビームのチ ャンネリングを許容するように選択され、好ましくは従来のミラー指数によって 定められるように（００１）または（０１１）である。このイオンビームは最少 量の散乱で結晶格子における［００１　］または［０１１］方向に沿ってチャン ネルされる。他の方向もまたチャンネル効果を示し、使用される。

シリコンのウェハは最初は典型的に３００乃至５００マイクロメータの厚さであ る。最終マスクにおける小さい内部応力を誘発するため、好ましくはシリコンよ り小さいサイズのイオンのｐ型シリコンドーパントを有する約２乃至３マイクロ メータの厚さの層が、好ましくはエピタキシャル成長によってシリコンのウェハ の頂部表面へ加えられる。アモルファスシリコン層の付着後、窓がシリコンウェ ハの他の表面からｐビー１９９３２層へ、好ましくは窒化シリコンの窓層を付着 し、窒化シリコン層における窓の横のサイズの開口を形成することによってエツ チングされる。ドープされていないシリコンの除去は従来水酸化ナトリウム、水 酸化カリウムあるいはエチレンジアミンパイロカテコールのようなｐドープシリ コンを簡単には浸蝕しない選択的異方性アルカリエツチングによって窒化シリコ ン層において開口を経て達成される。薄膜はそれ故露出パターンのパターン化お よびエツチングが開始される前に形成され、そのため内部歪みは露出パターンが 形成される前に補償される。露出パターンの実質的歪みはそれによって、露出パ ターンがエツチングされた後で薄膜を形成するように窓エツチングの選択的アプ ローチと比較して減少される。

窒化シリコンをシリコン部分の底部表面上に付着するため使用される技術は、ア モルファスシリコン層の上で、頂部の露出した表面上に窒化シリコン層を容易に 付着させる。窒化シリコンのこの頂部層は好ましくは後続するエツチング過程に おいてアシストするため与えられるが絶対的に必要というものではない。この段 階で、このマスクは好ましくはガラス支持リング上に取付けられ、強度および取 扱いの容易さのため、シリコンウェハのそれへ整合される熱膨張率を有する。

マスクのパターンは任意の動作可能な技術によって窒化シリコンの上部表面へ転 写され、電子ビームリングラフィが好ましい。電子ビームレジスト層が上部露出 表面へ設けられ、パターンはプログラムされた電子ビームによってレジスト層上 に書込まれる。電子ビームレジストが露光され、アモルファスシリコン層（およ びそこに存在する二酸化シリコン層）が下のｐビー１９９３２層まで除去され、 レジスト層の一部はマスク露出パターンを形成するため、マグネトロン補助反応 性イオンエツチングによって除去される。二酸化シリコン層は、反応性イオンエ ツチングの深さを限定するエツチングストップである。二酸化シリコン層は次に バッファされたフッ酸溶液によって除去され、窒化シリコンを除去する。

マスクを使用する後のりソグラフィ方法の期間中、薄膜の薄い領域は半導体上の レジスト層へ伝達されるように意図されたイオンまたはＸ線ビームの部分を伝達 し、一方ｐドープシリコン薄膜およびアモルファスシリコン層の厚い組合わせ領 域はマスクされるビームの部分を吸収する。選択的に、ニッケル・クロム合金の ような非常に薄い放射性の層がマスクの上部表面へ加えられ、使用するときマス クから熱を放射する。

本発明の原理は前記の実施例よりも広く適用され、マスク材料としてのシリコン の使用に基づいている。チャンネリングを示し、アモルアアスおよびドープ形態 で与えられるその他の結晶マスク材料がシリコンの代わりに使用される。このよ うな材料は例えばシリコンカーバイド、サファイア、およびベリル（緑柱石）を 含む。もう別のマスク材料から形成されたマスクにおいて、結晶形状のマスク材 料がシリコン結晶の代わりに使用され、ドープ形状のマスク材料がドープシリコ ンの代わりに使用され、アモルファス形状のマスク材料がアモルファスシリコン の代わりに使用される。マスク材料のドープ層が、ドープマスク材料の層が緊張 しているようなサイズのイオンによってドープされるということは重要であり、 それは通常比較的小さいイオンがマスク材料をドープするため使用されることを 意味する。

従って、本発明に従うと、中に露出パターンを有する薄膜チャンネリングマスク を供給するための方法は、結晶マスク材料のウェハを供給し、マスク材料のウェ ハの１表面にドープマスク材料の層を供給し、そのドーパントイオンがドープマ スク材料の層が緊張しているようなサイズのイオンを有し、ドープマスク材料の 上にアモルファスマスク材料を供給し、ドープマスク材料の層ヘドーブされてい ないまずく材料ウェハを経て窓をエッチグし、この窓が露出パターンと少なくと も同じ横の広がりを有し、マスク材料ウェハの厚さを経てドープマスク材料の層 へ延在し、アモルファスマスク材料の層を経てドープマスク材料の層へ照射パタ ーンをエツチングする過程を含む。

この方法によって生成されたマスクは独特であり、イオンビームおよびＸ線リッ ツグラフィにおいて使用されるとき高分解能で低い歪みで完全なそれらの結合を 有する他の既知のマスクはない。

本発明はまたここに説明さけるマスクの実施例を使用する、半導体装置のパター ン化のための方法へ拡張される。集積回路製造におけるマスクイオンビームリソ グラフィ中基板へパターンを加えるための方法はアモルファスシリコン層を含み それを経て部分的に露出パターンを有するモノリシックｐドープシリコン単結晶 マスクを供給し、このマスクがその上に付着される金属吸収層を有さず、基板を 放射線へシリコンマスクの露出パターンを通してさらす過程を含む。このマスク は基板を前述の技術によって処理される。露出基板中に結果として生じる露出パ ターンは先に説明された優れたライン幅制御を有する。より広い形態で、任意の 適切なマスク利用が先に説明されたようにシリコンの代わりに使用されても良い 。

本発明が集積回路の製造のためのイオンビームおよびｘｔｉｌリソグラフィ方法 における使用のためのマスクの製造技術における十分な利点を与えるということ が認められるであろう。

このマスクはいくつかの製造過程を必要とし、製造においてより高い生産性を有 し、それらの費用を減少する。このマスクはまた製造中に生じる内部弛緩応力を 低くすることにより、特にリソグラフィ方法において照射中ビームによって繰返 し加熱されるとき歪曲し歪ませる傾向をかなり減少させるための改良された性能 を有する。本発明の他の特徴および利点は添付図面と関連して得られる以下の詳 細な説明から更に明らかとなり、それは本発明の原理を例示によって示すもので ある。

図面の簡単な説明 第１図はマスクされたイオンビームリソグラフィを使用して基板をパターン化す るための装置の側面図である。

第２図はマスク構造の側面図である。

第３Ａ図乃至第３Ｄ図はチャンネリングマスクを生成するための方法の概略的流 れ図であり、方法の異なる過程での本発明のマスクの構造を示す。

好ましい実施例の詳細な説明 本発明は第１図において示されるように、半導体ターゲラ）１２をパターン化す るための装置ｌＯと結合して使用される。

装置１０はフラッド放射源を含み、ここではイオンビーム源１４として示されて いる。源１４は選択されたエネルギおよび量の率のイオンのビーム１Ｂを発生し 、それはターゲット１２へ注入される。注入されたイオンのパターンを生成する ため、ビーム１Ｂは源１４とターゲット１２との間に付着されたマスク１８を通 過する。マスク１８はビーム１６の一部のみ、選択された幾何学パターンでその 中の通路を通過し、ビーム１６中の残りのイオンはブロックされるように構成さ れている。

マスク１８はビームｌＢの所望される部分を通過させ、ビーム１６の残りの部分 をブロックする。ターゲット１２の表面上に非常に高い分解特性を達成するため 、通過するビーム１６の部分のライン幅は非常に小さく、０．５マイクロメータ 以下である。

結果的に、マスクエ８はこの狭いビームＩ６のための通路を有することができな ければならない。ビーム１６中のイオンがマスク１８を経る通路との相互作用に よって散乱され、この通路はこのような散乱を最少にし、ビームのシャープさお よび分解能を最少にするように構成されなければならない。

マスク２０を形成するための１アプローチにおいて、第２図に示されるように、 吸収層２２はシリコン結晶基板２４上に設けられる。吸収層２２は金、タングス テン、またはシリコンのよな吸収材料である。このようなマスクを製造するため のこのアプローチの簡単な説明が背景で与えられており、そのため重要な差が後 に強調される。このマスクはシシリコンの層、好ましくは（００１）方向の層で スタートする。二酸化シリコンの層が頂部および底部表面上に生成され、頂部層 はエツチングされる。ホウ素が頂部表面内へ放散され、頂部表面上にケイ酸化ホ ウ素ガラスの層を形成する。ガラス層は頂部表面から高いホウ素濃度の領域へエ ツチングされる。

レジスト層は二酸化シリコン層上のマスクの底部表面へ加えられる。窓はレジス ト層を使用して二酸化シリコン層においてエツチングされる。５００オングスト ロームのクロム層および７０００オングストロームの金の層が、全吸収層を形成 する場合ホウ素層の頂部に付着される。レジスト層が施され、それから露出パタ ーンが金中に形成される。パターンによって露出された金はイオンビーム掘削に よって除去され、２００オングストロームのクロム層が加えられる。金における パターン露光のこの厳密で費用のかかる過程は中間過程であり、更に処理過程が 続く。後の処理過程が失敗すると、パターン形成過程が無駄におわる。

次に、シリコン薄膜は先に形成された窓を経て後部側からエツチングによってホ ウ素ドープ層へ薄（される。クロムおよび二酸化シリコンが化学エツチングによ って除去され、このマスクは処理を完成するため支持体に取付けられる。

この方法の実施は２２の異なる処理過程を必要とする。厳密なパターン形成はパ ターン形成過程において発生する経費は継続する過程における失敗に失われ、応 力緩和によって続く過程中にパターンの歪みの可能性を増加する。マスクは欠陥 および構造への応力を有する。金およびシリコンの二重材料構造のため、異なる 熱膨張係数は、使用中繰返し加熱され冷却されるときマスクを歪曲し歪ませる。

第２図に示された簡単な構造において、層２２と基板２４との間の熱膨張不整合 は示されるようにマスク２０の歪曲を発生する。マスク２０の歪曲はターゲット 上のパターンの大きな予測できない歪みを引起こす。

吸収層２２はまたホウ素ドープされたシリコンからできている。ドープシリコン の層２２は基板２４上に付着され、窒化シリコンの層は層２２の上および基板２ ４の後部側部上に付着される。

窓は後側部の窒化シリコンを経てエツチングされ、基板２４へ転写され、ホウ素 ドープ層２２で止まる。パターンはそれから所望される形でホウ素ドープ層２２ においてエツチングされ、ホウ素ドープ層の残りの厚さが薄膜として機能するの に十分であると判断される点でエツチングをストップする。このアプローチに伴 うパターン側部壁弛緩とマスク熱歪みの両方を同時に制御することは困難である 。

対照的に、本発明のアプローチは全会シリコンマスクアプローチより少ない処理 過程を有し、パターン動作は処理の最後である。歪曲およびその他の歪みの源は 材料および弛緩の制御によって最終マスクにおいて減少される。内蔵されたエツ チングストップ層はマスクを処理するため必要とされる判断量を減少することに よって製造性を改善する。本発明の好ましい実施例は次に好ましいシリコンマス ク材料との関連において説明されるが、ここで論議されたものの他のマスク材料 が使用されても良い。

マスク３０生成のための本発明の好ましい実施例において、約３００マイクロメ ータの厚さのシリコン単結晶ウェハが準備される。シリコンウェハ３２は結晶グ ラフィック通過の厚さの方向に沿ってイオンビームのチャンネリングを許容する 。

（００１）および（０１１）の結晶グラフィック方向および対応する［００１　 ］および［０１１］方向はこのチャンネリング特性を有し、それ故好ましい。要 求と合う他の方向づけおよび方向もまた動作可能である。シリコンウェハ３２の 厚さは厳密ではなく、それはイオンビームパターン中に存在するウェハ３２の全 部が除去されるからである。直径約２インチで３００マイクロメータの厚さのシ リコン単結晶スライスが容易に入手でき取扱いできるので一般に使用される。

シリコンウェハ３２は厚さよりかなり大きい横の広がりの研磨された板状のスラ イスとして供給される。シリコンウェハ３２は頂部表面３４および底部表面３６ を有するものとして記載され、これらの用語は第３図において示される製造過程 のための基準の構造を与えるため使用される。

ｐドープシリコンの層３８はエピタキシャル生成のような適切な技術によってシ リコンウェハ３２の頂部表面３４上に形成される。ドーパントの濃度は約１ない し４Ｘ１０２ｏイオン／立方センチメートルであることが好ましい。ｐドープ層 ３８は４つの重要な機能を有する。第１は、それが実際のマスク材料を形成し、 それ故最少歪みを伴う適切な吸収およびチャンネリング特性を有していなければ ならないということである。第２は、より小さいドーパントイオンの存在が層３ ８において緊張力を含み、リゾグラフィ処理においてイオンビームによる加熱中 完成されたマスクにおけるパターンを保持するのに有利である。第３は、ドープ 層３８が処理において使用されるエツチング除去のためのエツチングストップと して機能することである。第４は層３８がマスク３０の支持部分における構造機 能を有し、この目的のために十分な強度を有することである。

ｐドープシリコンの層３８は付着されるとき約０．５マイクロメータの厚さであ る。この厚さは通過する領域にイオンビームを通すのに十分小さいが、最少歪み を伴うマスク３０の残りの構造を支持するのには十分強い。

シリコンのためのドーパントはｐ型ドーパントであり、シリコンにおけるそのイ オンサイズはシリコン自身より小さく、そのため付着された層は緊張圧縮応力を 有する。ホウ素が好ましいが、それはその小さいサイズおよび確立されたドーピ ング技術のためである。アルミニウムのような他のｐ型ドーパントもまた動作可 能と考えられる。

好ましい実施例において、ホウ素ドープシリコン３８は、１０００℃でジボラン およびシランの混合物のプラズマ補助化学蒸着によってウェハ３２の頂部表面上 に付着される。ウェハ３２は化学蒸＠（ＣＶＤ）リアクタ内に配置され、１００ ０℃へ加熱される。約１０５標準立方セツチメートル／分（ｓｅｅｍ）の水素中 の２７００　ｐｐｍのジボランｓ　６０ｓｅｃ■のシラン、および６０リットル ／分の水素キャリアガスを含むガス流がウェハ上を通る。

ホウ素ドープシリコンは３マイクロメータの層を形成するため３０分間約１ｏｏ ｏオングストロ一ム／分の速度で層３８としてウェハ上に付着される。

二酸化シリコン（Ｓ　ｉ　０２　）　４０の層はそれからドープ層３８上に設け られる。層４０は約９００℃温度で層３８の最上部分を酸化することによって形 成される。二酸化シリコン層４０は約１００ないし１５０オングストローム厚さ が好ましい。

アモルファスシリコン４２の層はそれから層４０上に設けられる。アモルファス シリコン層４２はプラズマ補助化学蒸着によって形成される。１０ｓｅｃｌのシ ランと５　ｓｅｃ＋ｓのヘリウムの混合気体は、約１／２Ｔｏｒｒの全気圧を伴 ってウニ層３２上を通過しく層３８および４０は既にその上に付着されている） 、約１００ワツトの高周波プラズマ中に約２５０℃の温度で維持される。

アモルファスシリコンは約０．５マイクロメ一タ／時の速度で付着され、そのた め約２マイクロメータの好ましい厚さが４時間の付着で達成される。

窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）の上部層４４がアモルファスシリコン層４２上に設 けられ、窒化シリコンの底部層４Ｂはウェハ８２の反対側（後部側部）上に設置 りられ、それは層３Ｂが付着されており、底部表面３Ｂと呼ばれる。層４４およ び４Ｂは化学蒸着によって付着される。ウェハ８２（層Ｈ，４Ｇ、および４２が 既に付着されている）は化学蒸着付着装置内へ置かれ、７９０℃へ加熱される。

ｔｏｏ　５ｃｃａのディクロロシランと１００ｓｅｃ■のアンモニアの混合物は ２００ミリトルの圧力で流される。窒化シリコン層は約２５オングストローム／ 分の速度で生成され、５００オングストロームの厚さに達するため約２０分必要 である。

付着構造の底部は次にＡＺ１３５０Ｊのような正のフォトレジスト材料のレジス ト層５０によって被覆され、光学的にパターン化される。レジスト層５０は従来 の方法を使用して現像される。底部レジスト層５０において現像されたパターン はレジスト層５０を経る開口を供給し、最終マスクパターンより大きい横の面積 を有する。開ロバターンは窓５２として窒化シリコン層４Ｂへ４７フ化炭素ガス 中における反応性イオンエツチングによって転写される。窓５２はそれからウェ ハ３２の一部を除去することによって層４Ｂ中の開口を経てウェハ３２へ転写さ れ、２５０ミリリツトルのエチレンジアミン、８０グラムのピロカテコール、６ ０ミリリツトルの水、および１．５グラムのピラジンから形成される溶液は第３ Ｂ図に示される構造を生じる。エツチングがこの層３８に達するときエツチング の速度は非常に減速されるので、ホウ素ドープシリコン層３８はエツチングスト ップとして機能する。

マスクパターンはそれから高分解能リソグラフィおよび選択されたエツチングに よって供給される。付着さ、れた構造の上部表面４４はレジスト材料の層５Ｂに よって被覆され、光または電子ビームによって光学的にパターン化される。レジ スト層５Ｂは従来の方法を使用して現像される。上部レジスト層５Ｂ中のパター ン５８はターゲット１２中に注入されたイオンの形で複写されるマスクの最終パ ターンの形である。パターン５８は４フツ化炭素ガス中において反応性イオンエ ツチングによって窒化シリコン層４４へ転写される。パターン５８は塩素および ４塩化の大気圧でマグネトロンイオンエツチングによってアモルファスシリコン 層４２へ転写され、二酸化シリコン層４０はエツチングストップとして機能する 。層４２中のパターンの側部は急勾配で垂直であることが観察され、特にこの観 点において、側部はシリコン結晶の反応性イオンエツチングにおいて観察される 。また、第３Ｃ図に示されるように、エツチングが進行するとき層４２の側部壁 弛緩または歪みはわずかであり、層４２のこのような弛緩を引起こす応力は非常 に小さい。

最終的に、レジスト層５０および５Ｂ、及び窒化シリコン層４４および４Ｂは構 造をバッファされた親水性の酸性溶液内へ浸漬することによって除去される。先 の処理過程中、窒化シリコン層の厚さは約２００オングストロームへ減少され、 これらの層がマスクの実施に悪影響を与えずに適切に残される。このような薄い 層は僅かな強度しかもたないので、熱応力の発生を経て使用中マスクの実施に少 しも悪影響を及ぼさない。ニッケルとクロムの合金のような熱放射性材料の薄い 層がマスクの頂部表面へ加えられ、マスクが加熱されるとき、イオンビームまた はＸ線リソグラフィ中その熱放射を増加する。このような層は非常に薄く、約２ ００オングストロームであり、また強度は非常に小さい。従って、窒化シリコン または放射性材料の非常に薄い層の存在は実質的に単一材料のモノリシックマス クの概念であり、それはこのような層が熱膨張係数の差によって引起こされる十 分な応力を発生するのに十分な強度を有していないからである。

完成したマスク３０が第３Ｄ図に示されている。このマスクは第１図の装置１０ のような装置においてマスク１８として使用され、ターゲット１２をフラッドイ オンビーム照射によってパターン化する。ターゲット１２中のパターンは高分解 能ライン幅を有するが、その理由の一部はマスクの低い歪みのためである。この 方法は熱応力のための歪曲を減少し、パターン５８中にシャープな縁部を維持す ることによって達成される。

２マイクロメータの厚さのアモルファスシリコンの層がターゲット１２へ伝達さ れないイオンビームｌＢの部分をストップするため選択される。０．５マイクロ メータの厚さのｐドープシリコに層３８がマスクの使用中熱歪みに耐えるのに十 分な強度と正確な大きさを有するように選択される。層３８はビーム１Ｂのイオ ンをターゲット１２へ通すのに十分薄い。選択された厚さはりソグラフィにおい て使用されるイオンビームのエネルギに依存する。約１００ＫＥＹのエネルギの イオンビームが各々１．０マイクロメータの厚さのアモルファスシリコンのため 損われる。アモルファスシリコン層４２の厚さ、即ち約２マイクロメータが、ｐ ドープ９９３２層３８の下の部分の厚さに加わり、２２５ＫＥＶイオンビームの ほとんど全てを吸収するのに十分である。他方で、約４５Ｋ　Ｅ　Ｙのビームエ ネルギが露出パターンの薄くされた領域における０、５マイクロメータの厚さの ｐドープ９９３２層３８において損われ、そのため実質的にイオンビームの全て がこの部分を経て約１８０ＫＥＹの僅かに減少されたエネルギでチャンネルする ことによって伝達される。

明らかに、照射パターンを受けるマスク領域は実質的にモノリシックであり、シ リコンおよびｐドープシリコンから形成される。アモルファスシリコン吸収層は 、ｐドープシリコン層が付着された後で加えられ、アモルファイシリコン層にお いて低レベルの圧力を生じる。薄膜はパターン化の前にシリコンウェハの下の部 分からエツチング除去によって形成されミそのためシリコンウェハおよび薄膜層 中の圧力が照射パターンが薄膜内へエツチングされる前に減少される。このアプ ローチはマスクおよび照射パターンがリソグラフィ中に歪んだ画像を生成すると い、う傾向を減少する。本発明のマスクはまた、減少された処理過程数および処 理の終わりにパターン歪みを配置することのため、従来の金／シリコンマスクに よるより十分高いマスク製造量を有する。

本発明の特定の実施例が説明のため詳細に説明されたけれども、様々な修正が本 発明の技術的範囲から外れることなくなされても良い。従って、本発明は添付さ れた請求の範囲によってのみ制限されるものである。

国際調査報告 一一一−１＾−””””’　　　ＰＣＴｔυｓ　８１３１０２９６１

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. （１）露出パターンを有する薄膜チャンネルマスクを処理するための方法におい て、 シリコン結晶のウエハを供給し、 シリコンのウエハの１表面にエピタキシャルｐドープシリコンの層を設け、ドー ピングイオンがシリコンより小さいイオンサイズを有し、 ｐドープシリコン層の上にアモルファスシリコン層を形成し、 ドープされていないシリコンウエハを経てｐドープシリコン層へ窓をエッチング し、この窓が少なくとも露出パターンと同じ大きさを有し、ｐドープシリコンの 層へシリコンウェハの厚さを経て延在し、薄膜を形成し、アモルファスシリコン の層を経てｐドープシリコンの層へ露出パターンをエッチングして薄い伝達領域 および厚い吸収パターンを形成する過程を含む方法。
2. （２）シリコンのウエハが結晶グラフィック方向（００１）を有する請求項１記 載の方法。
3. （３）ｐドープシリコンの層がホウ素イオンによってドープされる請求項１記載 の方法。
4. （４）ｐドープシリコンの層の上に二酸化シリコンの層を形成し、 前記過程の後にエピタキシャルｐドープシリコンの層を形成し、前記過程の前に アモルファスシリコンの層を形成する付加的過程を含む請求項１記載の方法。
5. （５）アモルファスシリコン層の上に窒化シリコンの層を形成し、 ｐドープシリコンの層の反対側のシリコン結晶のウエハの上に窒化シリコンヴェ ハの層を形成し、前記過程の後にアモルファスシリコンの層を形成する付加的過 程を含む請求項１記載の方法。
6. （６）アモルファスシリコンの厚さが約２マイクロメータである請求項１記載の 方法。
7. （７）２酸化シリコンの層の厚さが約２００オングストロームより小さい請求項 ４記載の方法。
8. （８）窒化シリコンの各層の厚さが約５００オングストロームである請求項５記 載の方法。
9. （９）請求項１の方法によって処理されるマスク。
10. （１０）露出パターンを有する薄膜チャンネルマスクを処理するための方法にお いて、 シリコン結晶のウエハを供給し、 シリコンのウエハの第１の表面にエピタキシャルｐドープシリコンの層を形成し 、ドーパントイオンがシリコンより小さいイオンサイズを有し、 ｐドープシリコン層の上に二酸化シリコン層を形成し、二酸化シリコンの層の上 にアモルファスシリコンの層を形成し、 アモルファスシリコンの層の上に窒化シリコンの層を形成し、 シリコン結晶のウエハの第２の表面の上に窒化シリコンの層を形成し、 ドープされていないシリコンウェハを経てｐドープシリコン層へ窓をエッチング し、この窓が少なくとも形成パターンと同じ大きさを有Ｌ、ｐドープシリコンの 層へシリコンウェハの厚さを経て延在し、薄膜を形成し、アモルファスシリコン の層および二酸化シリコンの層を経てｐドープシリコンの層へ形成パターンをエ ッチングして薄い伝達領域および厚い吸収パターンを形成する過程を含む方法。
11. （１１）露出パターンをエッチングする前記過程がアモルファスシリコンの層の 反応性イオンエッチング、および二酸化シリコンの化学エッチングによって完成 される請求項１０記載の方法。
12. （１２）請求項１０の方法によって供給されるマスク。
13. （１３）露出パターンを有する薄膜チャンネルマスクを処理するための方法にお いて、 結晶マスクのウエハを供給し、 マスク材料のウエハの１表面にドープされたマスク材料の層を形成し、ドーピン グイオンがドーピングマスク材料が緊張しているようなイオンサイズを有し、ド ープマスク材料層の上にアモルファスマスク材料の層を形成し、 ドープされていないマスク材料ウエハを経てドープマスク材料層へ窓をエッチン グし、この窓が少なくとも露出パターンと同じ大きさの横の広がりを有し、ドー プマスク材料の層へマスク材料ウエハの厚さを経て延在し、アモルファスマスク 材料の層を経てドープマスク材料層へ露出パターンをエッチングする過程を含む 方法。
14. （１４）マスク材料がシリコン、二酸化シリコン、サファイア、およびベリル（ 緑柱石）からなる群から選択される請求項１３記載の方法。
15. （１５）請求項１３の方法によって処理されるマスク。
16. （１６）集積回路製造におけるマスクされたイオンビームリソグラフィ中パター ンを基板へ供給するための方法において、アモルファスシリコン層を含み、それ を経て部分的に露出パターンを有するモノリシックｐドープシリコン単結晶マス クを供給し、このマスクがその上に付着された金属吸収層を有さず、 シリコンマスクの露出パターンを経て放射線へ基板をさらす過程を含む方法。
17. （１７）請求項１６の方法によって処理される集積回路。