JPH09246241A

JPH09246241A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH09246241A
Application number: JP4643496A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Yoshinouchi; 淳芳之内
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-03-04
Filing date: 1996-03-04
Publication date: 1997-09-19

Abstract

(57)【要約】【課題】イオン注入マスクとして用いたレジストを除
去することが容易となる半導体装置の製造方法を提供す
る。【解決手段】半導体層の選択された領域上にレジスト
層を形成する工程と、レジスト層をマスクとして半導体
層に不純物イオンを注入する工程と、レジスト層を除去
する工程とを包含する半導体装置の製造方法であって、
レジスト層の除去前に、半導体層とレジスト層との界面
に水素イオンを注入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に、レジスト層をマスクとして不純物イ
オンの注入を行う工程を含む半導体装置の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体装置を製造するためには
リソグラフィ工程が不可欠である。リソグラフィ工程で
は、基板上に形成した薄膜や半導体基板自体の選択され
た領域をマスキングするために、所望のパターンを持つ
レジスト層を形成する。例えば、フォトリソグラフィ工
程で所望のパターンを有するレジスト層を薄膜上に形成
した後、エッチング工程でレジスト層に覆われた部分を
残してそれ以外の部分を除去すれば、薄膜をレジスト層
のパターンに対応したパターンに加工することができ
る。レジスト層は、このようなエッチングマスクとして
だけではなく、イオン注入のマスクとしても用いられ
る。すなわち、半導体装置の製造プロセスにおいては、
半導体層や半導体基板に対して、導電性を決める不純物
イオンを注入する際に、不純物イオンを選択された領域
にのみに注入し、それ以外の領域には注入しないように
することが必要な場合がある。このような場合には、不
純物イオンを注入したくない領域をレジスト層で覆う必
要がある。レジスト層は、不純物イオンの注入工程が終
了した後、酸素プラズマアッシング等のレジスト除去工
程によって除去される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、イオン
注入のマスクとしてレジスト層が用いられるとき、不純
物イオンはレジスト層にも注入されるため、レジスト層
の表面は変質し、レジスト除去工程によって除去されに
くくなる。また、不純物イオンの注入は基板の温度を上
昇させるため、レジスト層も加熱されることになり、こ
のことが一層、レジスト層の除去を困難にする。特に、
イオン注入工程のスループットを高めるために注入イオ
ン電流密度を高めると、基板の温度上昇は顕著になり、
レジスト層が下地の薄膜や基板に焼き付いて剥がれにく
くなるという問題がある。

【０００４】特開平７−１０６５８７号公報に開示され
ている装置では、質量分析器により不純物イオンが分離
がなされないため、必要な不純物イオンに加えて不要な
イオンも基板に照射される。このため、基板の温度上昇
がより一層顕著となり、レジスト層の焼き付けの問題が
深刻となる。

【０００５】このような焼き付けを起こしたレジスト層
は、通常のレジスト除去工程では完全に剥離されず、一
部が「残さ」として残ってしまう。特開平７−１０６５
８７号公報には、イオンビーム中から水素イオンを除去
することによって、レジスト層の焼き付けを防止しよう
とする技術が開示されている。

【０００６】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、イオン注入
マスクとして用いたレジストを除去することが容易とな
る半導体装置の製造方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、半導体層の選択された領域上にレジスト層を
形成する工程と、該レジスト層をマスクとして該半導体
層に不純物イオンを注入する工程と、該レジスト層を除
去する工程とを包含する半導体装置の製造方法であっ
て、該レジスト層の除去前に、該半導体層と該レジスト
層との界面に水素イオンを注入し、それによって上記目
的を達成する。

【０００８】前記水素イオンの注入は、前記界面におけ
る該水素イオンの濃度が１×１０¹⁷から１×１０²¹個／
ｃｍ³の範囲内になるように行うことが好ましい。

【０００９】前記水素イオンの注入は、前記不純物イオ
ンの注入と同時に行うことが好ましい。

【００１０】前記レジスト層を除去する工程は、酸素プ
ラズマアッシング処理によって該レジストを灰化する工
程を含んでいることが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説
明する。

【００１２】本発明による半導体装置の製造方法は、半
導体層の選択された領域上にレジスト層を形成する工程
と、レジスト層をマスクとして半導体層に不純物イオン
を注入する工程と、レジスト層を除去する工程とを備え
ている。本発明に特徴的なことは、レジスト層の除去前
に、半導体層とレジスト層との界面に水素イオンを注入
する点にある。水素イオンの注入は、レジスト層の除去
前であれば、半導体の導電性を決める不純物イオンの注
入と同時に行ってもよいし、または、そのような不純物
イオンの注入前もしくは不純物イオンの注入後に行って
も良い。

【００１３】以下に、図面を参照しながら本発明の実施
例を説明する。

【００１４】まず、図１（ａ）に示すように、本実施例
では、半導体層２０として微結晶シリコン層（厚さ：３
０〜１５０ｎｍ）を絶縁性表面を有する基板１の上面に
堆積する。絶縁性表面を有する基板１は、例えば、ガラ
ス基板や、表面が酸化された単結晶シリコン基板などで
ある。堆積する半導体層２０としては、この他に、非晶
質シリコン層、多結晶シリコン層、または単結晶シリコ
ン層を用いても良い。単結晶シリコン層は、単結晶シリ
コン基板上にエピタキシャル成長させたものだけではな
く、絶縁性基板上に形成した層であってもよい。また、
単結晶シリコン基板そのものを、本発明の「半導体層」
として用いても良い。

【００１５】なお、本発明の性質上、半導体層２０の種
類はシリコンに限定されず、シリコン・ゲルマニウム
（ＳｉＧｅ）や他の化合物半導体を用いても良い。ま
た、半導体層２０の厚さも、特に本実施例の値に限定さ
れない。

【００１６】半導体層２０として、非晶質シリコン層を
用いる場合は、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ₄とＨ₂
の混合ガスを用い、基板温度を２００〜３００℃の範囲
内に設定する。半導体層２０として、微結晶シリコン層
を用いる場合、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ₄とＨ₂
の混合ガス（ＳｉＨ₄：Ｈ₂＝１：３０〜１：１００）を
用い、基板温度を２００〜４００℃の範囲内に設定す
る。半導体層２０として、多結晶シリコン層を用いる場
合、減圧ＣＶＤ法により、基板温度４５０℃で堆積した
非晶質リシコン膜や、プラズマＣＶＤ法で堆積した非晶
質シリコン膜を窒素雰囲気中で５５０〜６６０℃で２４
時間程度アニールすることにより得られる。原料ガスと
しては、ＳｉＨ₄以外に、Ｓｉ₂Ｈ₆を用いても良い。堆
積直後から多結晶状態になるようにして多結晶シリコン
膜を形成しても良いし、非晶質シリコン膜に対してレー
ザアニールやランプアニールを施して、それによって多
結晶化してもよい。

【００１７】半導体層２０を形成した後、周知のリソグ
ラフィ技術を用いて、半導体層２０の選択された領域３
をレジスト層（厚さ：約０．７〜１．７μｍ）４でマス
キングする。レジスト層４は、ポジ型であってもネガ型
であってもよい。レジスト層４の材料としては、例え
ば、ノボラック系、ＰＭＭＡ系等のレジスト材料が用い
られる。レジスト層４は、半導体層の導電性を決める不
純物イオンを注入する工程時にマスクとして機能するも
のであり、その機能を十分に達成できる範囲内で、材料
や厚さ等の条件が公知の手法によって調整される。な
お、本発明で用いるレジスト層の種類は、上記レジスト
材料に限定されない。加熱によって基板から剥離されに
くくなるような種々のレジストに対して、本発明は顕著
な効果を発揮することができる。

【００１８】レジスト層４を形成した後、イオン注入装
置を用いて、図１（ａ）に示すように不純物イオン６を
半導体層２０に対して注入する。レジスト層４でマスク
された領域３には不純物イオン６が注入されないよう
に、イオン注入の加速エネルギーとレジスト層４の厚さ
は適宜設定される。この結果、露出している半導体層２
０の領域２のみに、選択的に、不純物イオン６が注入さ
れる。半導体層２０としてシリコン層を用いる場合、そ
の導電性を決める不純物イオン６としては、リン
（Ｐ）、ボロン（Ｂ）、砒素（Ａｓ）、又はこれらを含
む水素化合物やフッ素化合物のイオンが用いられる。１
種類のイオンだけではなく、複数の種類の不純物イオン
を同時に、あるいは、順番に注入しても良い。

【００１９】本実施例では、１．１μｍの厚さのレジス
ト層を用い、１０〜３０ｋｅＶの加速エネルギでリンイ
オンを半導体層２０の領域２に注入した。リンイオンの
ドーズ量は任意である。

【００２０】この不純物イオン６はレジスト層４の上部
領域にも注入され、レジスト層４の表面を変質させ、硬
化させる。また、特に基板としてガラス基板等の熱伝導
性の悪い基板を用いた場合は、不純物イオン注入によっ
て半導体層２０の温度が約２００℃以上にまで上昇する
と考えられ、そのとき、レジスト層４が半導体層２０に
対して焼き付きを起こす。このようなレジスト層２０の
焼き付きは、レジスト層４の温度が高くなる程、生じや
すくなる。

【００２１】本発明によれば、このレジスト層４を除去
する前に、図１（ｂ）に示すように水素イオン７の注入
を行っておく。水素イオン７の注入の条件は、半導体層
２０とレジスト層４との界面５における水素イオン７の
濃度が１×１０¹⁷から１×１０²¹個／ｃｍ³の範囲内に
なるように設定する。レジスト層４の厚さが１．１μｍ
程度の場合は、例えば、注入加速エネルギーを７０ｋｅ
Ｖ程度に設定し、ドース量を１．８×１０¹²から１．８
×１０¹⁶個／ｃｍ²に設定すれば良い。

【００２２】この水素イオン７の注入によって、レジス
ト層４の奥深く、下地半導体層２０との界面５付近に水
素イオン７が十分に供給される。レジスト層４内におい
て、不純物イオン６の注入によって焼き付けを起こして
いた部分または焼き付けを起こす部分に供給された水素
は、酸素プラズマ処理によるレジスト層４の灰化・除去
を容易に行えるよう機能する。

【００２３】本発明による水素イオン注入を行わなかっ
た場合、レジスト除去工程を行った後も、図３に示すよ
うに、レジスト層４の一部が半導体層２０の表面に残
り、レジスト残さ８が形成される。これらのレジスト残
さ８を完全に除去するには、極めて長い時間をかけてレ
ジスト除去工程を行わねばならず、製造工程のスループ
ットを著しく低下させる。

【００２４】これに対して、適切な濃度の水素イオン注
入を行った場合には、図３のレジスト除去工程と同様の
条件でレジスト除去工程を行った後でも、図４に示すよ
うに、レジスト層４は完全に除去されることになる。

【００２５】水素イオン注入のレベルと、レジスト層の
除去の容易さとの関係を検討するための実験を行った。
図５は、その実験結果を示すグラフである。図５のグラ
フの縦軸は、酸素プラズマ処理によるレジスト層の除去
時間（アッシング時間）を示し、その横軸は、半導体層
とレジスト層との界面における水素イオンの濃度を示し
ている。

【００２６】図５のグラフからわかるように、半導体層
とレジスト層との界面において、水素イオンの濃度が１
×１０¹⁷から１×１０²¹個／ｃｍ³の範囲内にある場合
に、酸素プラズマ処理によるレジスト層の除去が短時間
で行えることがわかる。このことは、水素イオン注入が
レジスト層の剥離を容易にすることを意味している。レ
ジスト層の主成分である炭素がアッシング処理によって
酸化（灰化）される際に、注入水素が重要な役割を果た
していると考えられる。水素イオンの濃度が高すぎる場
合（１×１０²¹個／ｃｍ³を越える場合）にアッシング
時間が増加する理由は、水素イオン注入によるレジスト
層へのダメージ（変質や硬化など）や水素イオン注入に
よる熱的影響が無視できなくなるためと考えられる。

【００２７】なお、本実施例では、レジスト除去に酸素
プラズマアッシンクを用いた。これ以外に、オゾン処理
や紫外線照射処理を併用する方法によってレジスト層を
除去する場合でも、本発明の効果が発揮される。

【００２８】本実施例では、図２に示す装置を用いてイ
オン注入工程を行うことができる。この装置によれば、
不純物イオンと水素イオンとを同時に注入することがで
きる。しかし、このような装置を用いる場合でも、水素
イオンを半導体層とレジスト層との界面に十分に供給す
るために、通常の不純物イオン注入工程とは別に、比較
的に高い加速エネルギーで水素イオン注入を行う工程を
付加的に行ってもよい。

【００２９】図２の装置は、プラズマ生成部、イオン加
速部及びイオン処理部とを備えている。プラズマ生成部
は、ガス導入口１０１を持つブラズマチャンバ１０２
と、チャンバ１０２内にプラズマを生成し、維持するた
めの高周波電力を供給する電極１０４と、高周波電力を
電極１０４に与える高周波電源１０３と、プラズマの形
状を整え、イオン化効率を向上させる磁石１０５とを備
えている。

【００３０】イオン加速部は、プラズマ生成部からイオ
ンを引き出すための１段目イオン加速用電源１０６と、
そのイオンを加速するための２段目イオン加速用電源１
０７と、二次電子抑制用の抑制電源１０８と、これらの
電源から供給される電圧を受け取る複数の多孔性電極板
１０９と、これら複数の電極１０９を相互に絶縁する絶
縁体１１０とを備えている。イオン処理部は、基板１１
２を支持し、回転させる基板ホルダ１１１を備えてい
る。

【００３１】以下、この装置を用いて行うイオン注入を
詳細に説明する。

【００３２】まず、ガス導入口１０１から水素で希釈さ
れた原料ガス（例えば、ＰＨ₃またはＢ₂Ｈ₆）をプラズ
マチャンバ１０２内に導入し、高周波電極１０４に高周
波電力を印加する。こうして、プラズマチャンバ１０２
内の水素及び原料ガスを励起／イオン化し、プラズマを
形成する。加速電極板１０９で加速した後、基板１１２
にイオンを注入する。

【００３３】この装置によれば、プラズマ中で形成され
たイオンは、質量分析器による質量分離を経ず、加速電
極板１０９間に形成された電界で加速される。

【００３４】本実施例では、水素で希釈された５％ＰＨ
₃ガス（流量：３０ｓｃｃｍ、圧力：０．１Ｐａ）を用
い、高周波パワーとして１００〜２００Ｗの電力を投入
してプラズマを形成した。イオン注入条件は、イオン電
流密度を５〜２０μＡ／ｃｍ²とし、リンイオンを含む
全イオン注入量が２×１０¹⁴から５×１０¹⁶個／ｃｍ²
となるようにした。また、加速電圧は、１０〜３０ｋｅ
Ｖとした。

【００３５】上記注入条件によれば、リンイオンだけで
はなく、水素イオンも、図１（ａ）に示す半導体層２０
及びレジスト層４に注入される。しかし、レジスト層４
の厚さに比較して加速エネルギーが低いため、水素イオ
ンはレジスト層４と半導体層２０との界面にはほとんど
到達しない。本実施例では、このため、リンイオンの注
入工程の後、上記装置内で水素プラズマを形成し、水素
イオンの注入工程を特別に行う。

【００３６】水素イオン注入は以下のように行う。

【００３７】ガス導入口１０１からプラズマチャンバ１
０２内に水素ガス（Ｈ₂流量：３０ｓｃｃｍ、圧力：
０．１Ｐａ）を供給し、高周波電極１０４に高周波電力
（パワー：１００〜２００Ｗ）を印加する。こうして、
プラズマチャンバ１０２内の水素を励起／イオン化し、
水素プラズマを形成する。加速電極板１０９で加速した
後、図１（ｂ）のレジスト層４に水素イオン７を注入す
る。加速エネルギーは、約７０ｋｅＶとした。この加速
エネルギーは、もちろん、レジスト層４の厚さに応じて
決定される。

【００３８】このような水素処理を行った結果、図５に
示されるように、３６０秒以下の酸素プラズマアッシン
グ時間でレジスト層４をきれいに剥離／除去することが
できる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、イオン注入マスクとし
て用いたレジストを除去することが容易となる。これに
より、製造工程のスループットが向上し、また、レジス
トの残さによる製造歩留まりの低下を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、半導体層へ不純物イオンを注入する
工程を示す工程断面図であり、（ｂ）は、本発明による
製造方法において、半導体層とレジスト層の界面付近に
水素イオンを注入する工程を示す工程断面図である。

【図２】本発明の実施例に用いるイオン注入装置を示す
断面図である。

【図３】半導体層とレジスト層の界面付近に水素イオン
を注入しない場合の、レジスト除去工程後の半導体層を
示す工程断面図である。

【図４】半導体層とレジスト層の界面付近に水素イオン
を注入した場合の、レジスト除去工程後の半導体層を示
す工程断面図である。

【図５】酸素プラズマ処理によるレジスト層の除去時間
（アッシング時間）と、半導体層とレジスト層との界面
における水素イオンの濃度との関係を示すグラフ。

【符号の説明】

１基板２不純物イオンが注入される領域３不純物イオンが注入されない領域４レジスト層５半導体層とレジスト層との界面６不純物イオン７水素イオン８レジストの残さ２０半導体層１０１ガス導入口１０２プラズマチャンバ１０３高周波電源１０４高周波電極１０５磁石１０６１段目のイオン加速用電源１０７２段目のイオン加速用電源１０８２次電子抑制用の抑制電源１０９多孔状の電極板１１０基板ホルダ１１１基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体層の選択された領域上にレジスト
層を形成する工程と、該レジスト層をマスクとして該半
導体層に不純物イオンを注入する工程と、該レジスト層
を除去する工程とを包含する半導体装置の製造方法であ
って、該レジスト層の除去前に、該半導体層と該レジスト層と
の界面に水素イオンを注入する半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記水素イオンの注入は、前記界面にお
ける該水素イオンの濃度が１×１０¹⁷から１×１０²¹個
／ｃｍ³の範囲内になるように行う請求項１に記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項３】前記水素イオンの注入は、前記不純物イ
オンの注入と同時に行う請求項１に記載の半導体装置の
製造方法。
【請求項４】前記レジスト層を除去する工程は、酸素
プラズマアッシング処理によって該レジストを灰化する
工程を含んでいる請求項１から３の何れかに記載の半導
体装置の製造方法。