JPH0675190B2 - 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

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 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。集積回路はリ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ッチ
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ッ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
用するリソグラフィが使用されるとき、長い波長放射の
回析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、露光およびエッ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
化されエッ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、パターンはエッチングによって半導体へ転写され
る。このマスクは別回路をパターン化するこように再利
用され、それはパターン化されるウェハから分離した構
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る選択された領域の放射線を通すあ
るいは放射線を吸収する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。シリコン薄膜は最小吸収お
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。

金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脹パラ
メータのためサーモスタット素子のようなバイメタリッ
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脹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
よってマスクを使用する小さい精密な装置を製造するこ
との可能性を損う。

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。様々な層の熱膨脹係数は従来の金・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ソグラフィ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
は数および行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
を使用するリ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
へエッチングされる。このマスクは他の状況において個
別に証明された数の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
クはリソグラフィによって優れた装置を製造するが、こ
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脹圧力のためであり、
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
ェハを取付け、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
シリコン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
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の横の広がりを有し、ｐドープシリ
コン層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
ッ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“エッチング
ストップ”層がｐドープシリコン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ッチングする
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脹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脹係数にお
ける差より十分に小さい。結果的に、このマスクの熱膨
脹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ドープシリコン層
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ドープシリコン層における内部張力を
発生する。ｐドープシリコン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ドープシリコン層
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
ーンの形でエッ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ッチングであ
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ド
ープシリコン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ドープシリコン層との結合におい
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
エッチングされたパターンの側部を垂直にエッチング
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
ンエッチングはやや不規則的に結晶グラフィック平面に
沿ってエッチングされ、そのためエッチングされたパタ
ーンはぎざぎざで、時に不規則で、時には急速にエッチ
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ず、結果的にエッチング
が、エッチングされる材料によって一部定められたパス
よりむしろ、エッチング処理によって定められたパスに
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ドープシリコン層へと下の方へエッ
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ドープシリコン層との間に設けら
れ、このエッチング過程におけるエッチングストップと
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ドープシリコン層）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（01
1）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ドープシリコン層へ、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ッチ
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チン
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ッチングに
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ッチン
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、露出パターンがエッチング
された後で薄膜を形成するように窓エッチングの選択的
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
れる。窒化シリコンのこの頂部層は好ましくは後続する
エッ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
へ整合される熱膨脹率を有する。

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、電子ビームリソグラフ
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ドープシリコン層まで
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ッチング
によって除去される。二酸化シリコン層は、反応性イオ
ンエッチングの深さを限定するエッ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リ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、アモルファ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へドー
プされていないます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ッチングする過
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線リソ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ｘ
線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
ット12をパターン化するための装置10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16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16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16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18はこの狭いビーム
16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
リコンのような吸収材料である。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、頂部層はエッチングされる。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ッチングされる。

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
層においてエッチングされる。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、金吸
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
らエッチングによってホウ素ドープ層へ薄くされる。ク
ロムおよび二酸化シリコンが化学エッチングによって除
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、異なる熱膨脹係数
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との間の熱膨脹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24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ッチン
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においてエッチングされ、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
でエッ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金・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。内蔵されたエッ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４×10₂₀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38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ッチン
グ除去のためのエッ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は化学蒸着（CVD）リアクタ内に配置され、100
0℃へ加熱される。約105標準立法セッチメートル／分
（sccm）の水素中の2700ppmのジボラン、60sccm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1000オングスト
ローム／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（SiO₂）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。10sccnのシランと5sccmのヘリ
ウムの混合気体は、約1/2Torrの全気圧を伴ってウェハ3
2上を通過し（層38および40は既にその上に付着されて
いる）、約100ワッ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
ロメータ／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46はウェ
ハ32の反対側（後部側部）上に設けられ、それは層38が
付着されており、底部表面36と呼ばれる。層44および46
は化学蒸着によって付着される。ウェハ32（層38,40,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。100sccmのディクロロシラ
ンと100sccm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。開口パターンは窓
52として窒化シリコン層46へ４フッ化炭素ガス中におけ
る反応性イオンエッチングによって転写される。窓52は
それからりウェハ32の一部を除去することによって層46
中の開口を経てウェハ32へ転写され、250ミリリットル
のエチレンジアミン、80グラムのピロカテコール、60ミ
リリットルの水、および1.5グラムのピラジンから形成
される溶液は第3B図に示される構造を生じる。エッチン
グがこの層38に達するときエッ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はエッチング
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
選択されたエッ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56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56は従来の方法を使用して現像され
る。上部レジスト層56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フッ化炭素ガス中にお
いて反応性イオンエッ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ッ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はエッチ
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ッチング
において観察される。また、第3c図に示されるように、
エッ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56、及び窒化シリコン層
44および46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200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脹
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16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ドープシリコン層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16のイオンをターゲット12へ通すの
に十分薄い。選択された厚さはリ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100KEV
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ドープシリコン層38の下の部分の厚さに加わり、225K
EV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45KEV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ドープシリコン層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180KEV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
ス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ッチ
ング除去によって形成され、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ッチン
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。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、 シリコン結晶のウェハを供給し、 シリコンのウェハの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. 【請求項２】シリコンのウェハが結晶グラフィック方向
   （001）を有する請求項、記載の方法。
3. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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ェハ
   の上に窒化シリコンウェハの層を形成し、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または４記載の方法。
6. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項９】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５記載の方法。
10. 【請求項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、 結晶マスクのウェハを供給し、 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ェ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ェ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。
11. 【請求項１１】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10記載の方法。
12. 【請求項１２】請求項1,5または10のいずれかに記載さ
    れた方法によって処理されるマスク。
13. 【請求項１３】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。