JPH03227515A - イオン注入方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、Ｍ　ｅ　Ｖなどの高エネルギーのイオン（１
） （２） において、注入不純物分布の横波がりを減少し、注入窓
幅の狭い注入層を形成するための、イオン注入遮蔽膜マ
スクを提供する、イオン注入方法に関するものである。

従来の技術 半導体基板への高エネルギーイオン注入は、高温長時間
の熱処理を行なわなくても深い不純物層が形成できるこ
とおよびレトログレードウェル（逆濃度勾配を持つウェ
ル）など特殊な不純物濃度分布が得られるなどの長所が
有り、半導体装置の形成に広く用いられるようになった
。このイオン注入においては、基板上にイオン注入の遮
蔽マスクとなる薄膜を選択的に設け、全面に不純物イオ
ンを注入し、不純物を選択的に基板に注入するのが一般
的な方法である。しかしながらＭｅＶ程度の高エネルギ
ー注入を行なう場合には、遮蔽マスクとして、ストツピ
ングパワー（イオン阻止能力）を大きくするため膜厚の
厚い膜を必要とする。

例えば、燐イオン（ＰつＩＭｅＶの加速エネルギーで、
Ｓｉ基板に注入を行なう場合を例に、第２図ａ　−Ｃに
より説明する。第２図ａに示すようにＳｉ基板１の表面
に厚さ約０．５μｍのＳｉＯ２膜２を形成し、さらにフ
ォトレジスト膜３を厚さ約３．５μｍに形成し、通常の
フォトリソグラフィー法によりフォトレジストのバター
ニングを行ない、イオン注入窓を形成する。この基板に
第２図２図すに示す様にＰ“をＩＭｅＶで注入すると、
イオン注入の遮蔽マスク（フォトレジスト膜３）の有す
る部分には、フォトレジスト膜３中の深さ約３．１μｍ
まで不純物が達する。一方フオドレジスト膜３の無い注
入窓の部分にはＳｉＯ□膜２を通してＳｉ基板１の５Ｉ
Ｏ２とＳｉ界面より約０．６５μｍに濃度ピークを持つ
注入層が形成される。

ここでフォトレジスト中へのＰ＋イオンの達する深さ（
ｄｐ）は、Ｐ＋のフォトレジストに対する平均飛程（Ｐ
ｐ）とその標準偏差（△Ｒｐ）よりｄｐＲｐ＋２△Ｒｐ
として求めた。またＰ＋のＳｉ基板中の深さは、平均飛
程を約１．１５μｍとして求めた。このイオン注入の後
、フォトレジスト膜３を除去し、アニールを行なうこと
で、第２図Ｃに示す不純物層が形成される。

発明が解決しようとする課題 従来例に示すような高エネルギーでイオン注入を行なう
際、その遮蔽マスクにフォトレジストを用いた場合、遮
蔽効果を保つため膜厚は３，５μｍ程度と通常の厚さ約
１μｍに対し３．５倍程度と非常に厚く形成する必要が
ある。この厚いフォトレジストを用いて微細なパターン
を形成することは困難であり、通常のフォトリソグラフ
ィー法（ｇ線の波長を用いレンズの開口率（ＮＡ）が０
．４のスデッパーを用いる）で、解像度１．０μｍと通
常の１μｍ膜厚のレジストを用いた場合の解像度０．８
μｍに比較して大幅に低下する。このような広い窓幅を
遮蔽マスクとしてイオン注入を行なうと基板に形成され
る注入層の幅は非常に大きくなる。また多層レジスト法
などを用いた場合、解像度は良好な値が得られるが、工
程が複雑となり、製造コストが増大する。フォトレジス
トの代りに金属膜などを用いた場合、微細パターンのエ
ツチングが困難でかつ工程が複雑となる。

課題を解決するための手段 本発明はこのような問題を解決するもので、基板に選択
的にイオン注入を行なうに際し、半導体基盤上に第１の
イオン注入遮蔽マスク材料をフォトエツチング法等によ
って選択的に形成した後、第２のイオン注入遮蔽マスク
材料を全面に回転塗布（スピンオン）法により形成する
ことにより、第１の遮蔽マスクに開孔されたイオン注入
窓内に、第２の遮蔽マスク材料が窓の側壁部に充填され
て、窓幅が狭く形成された遮蔽マスクを用い、イオン注
入を行なうことによって、半導体基盤内に幅の狭い注入
層を形成するものである。

作用 本発明により、イオン注入の遮蔽マスクは、第１の遮蔽
マスクで形成された注入窓の内側に、全面に回転塗布さ
れた第２の遮蔽膜が入り込み、側壁部に付着し、開孔窓
寸法が小さくなると同時に、底面角部に厚く付着し、窓
の下方の寸法が小さくなる形状を有する遮蔽膜を形成す
ることができ、この遮蔽マスクを使用してイオン注入を
行なえば、基板に形成される注入層の横波がりが抑制さ
れる。したがってバターニングの解像度で制限された第
１の遮蔽マスクの開孔寸法より微細な注入窓を形成する
ことが可能となる。

実施例 本発明によるイオン注入方法の実施例を第１図により説
明する。超ＬＳＩの製造、例えばマスクＲＯＭのトラン
ジスタのチャンネル領域に不純物を選択的にイオン注入
し、トランジスタのしきい値を変えて、マスクＲＯＭの
プログラミングを行なう場合を示す。第１図ａに示すよ
うにＰ型Ｓｉ基板ｌにＭＯＳ）ランジスタ素子が作り込
まれ、絶縁膜として５ｉＯｚ膜２を約０．５μｍの厚さ
堆積する。その上に選択的にイオン注入する第一の遮蔽
マスクとして約３，５μｍの厚さのフォトレジスト３を
塗布し、通常のフォトリソグラフィによる方法でパター
ンニングを行ないイオン注入を行ない、トランジスタの
チャンネル部分のみを開孔する。次に第１図すに示すよ
うにシラノール系のスピン・オン・グラス（ＳＯＧ）膜
を回転塗布法により塗布し第二のイオン注入遮蔽マスク
４を形成する。このＳＯＧ膜は、平坦部で厚さ約０゜３
μｍに塗布し、約８０℃の温度でＳＯＧを溶かしている
有機剤材を乾燥させ、１５０℃〜２００℃で加熱して形
成する。この際、フォトレジスト３により形成された開
孔窓の角部には、ＳＯＧ膜４が厚く形成され、かつ開孔
窓の側面部にＳＯＧ膜が付着して、狭いイオン注入窓が
形成される。

この後、第１図Ｃ４こ示すようにＰ＋をＩＭｅＶの加速
エネルギー注入量５Ｘ１０１”個／ｄ注入することによ
って、必要なトランジスタのチャンネル部のみＰを注入
することができる。イオン注入後、ＳＯＧ膜４．フォト
レジスト膜３を除去し、約９００℃でアニールすること
によって注入されたＰを活性化させ、Ｓｉ基板１中にＰ
注入層５を形成し、トランジスタのしきい値を制御し、
ＲＯＭのプログラミングができる。この場合Ｐの注入さ
れる深さはＳＯＧ膜４の厚さ約０．３μｍ程度浅く、約
０．３５μｍとなるが、注入窓幅は、フォトレジスト３
の最小窓幅通常のｇ線の波長でレンズ開口度ＮＡ０．４
を用いた場合の約１μｍに対してＳＯＧの側面への付着
厚さ（両側で約０．２μｍ）減少した０、８μｍ程度の
狭い窓幅が得られる。

なお本実施例では第一の遮蔽マスクとしてフォトレジス
トを用いたが、電子線・Ｘ線用のレジストまたは５ｉ０
２膜・ＳｉＮ膜などでも良い。また第二の遮蔽マスクと
してシラノール系５ＯＧＩＩＩＥを用いたが、フォトレ
ジストなどを回転塗布法で形成しても良い。

発明の効果 厚いフォトレジスト膜３を微細な寸法にバターニングす
ることは高価な解像度の良いリソグラフィー技術を使用
しないと達成は困難であるが、本発明の方法では、通常
の安価なリソグラフィーで開孔したフォトレジスト膜の
側面に、第二の遮蔽マスクとしてＳＯＧ膜を塗布し、付
着させることにより容易に微細な寸法の窓を形成するこ
とができ、これにより、Ｓｉ基板に微細な注入層を形成
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ　−ｃは本発明の一実施例によりＰイオンをＳ
ｉ基板に注入する場合の遮蔽マスクの構造を説明するた
めの図、第２図ａ−Ｃは、従来の方法によりイオン注入
を行なう場合の遮蔽マスクの構造を説明するための図で
ある。 １・・・・・・Ｓｉ基板、２・・・・・・５ｉ０２膜、
３・・・・・・フォトレジスト膜、４・・・・・・ＳＯ
Ｇ膜、５・・・・・・Ｐ注入層。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板に選択的にイオン注入を行なうに際し
   、第一のイオン注入遮蔽膜を上記半導体基板上に選択的
   に形成した後に、第二の遮蔽膜を上記半導体基板全面に
   回転塗布法により形成して成るイオン注入遮蔽膜を用い
   ることを特徴とするイオン注入方法。
2. （２）第二のイオン注入遮蔽膜がシラノール系材料より
   成る塗布膜で形成されることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のイオン注入方法。
3. （３）第一のイオン注入遮蔽膜が光・電子線・Ｘ線のい
   ずれかに対して感光性を有するレジストであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオン注入方法。