JPS58190029A - 投影マスク - 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】 この発明はイオン注入やイオン・ビーム・リングラフィ
等に用いられる投影マスクに関する。詳細（１） には、マスク・パターン全形成する貫通孔が設けられる
Ｐ十型にドープさネタ薄いシリコン層と、このシリコン
層と異々る型にドープされたシリコン・リブを有してシ
リコン層を貫通孔が設けられていない部分で支持する格
子と全備え、シリコン層の少なくとも格子と反対側がイ
オン吸収層により覆われており、また、少なくともイオ
ン照射にさらされる表面が？ＩＬ気的および熱的に良導
体である投影マスクに関する。

イオン注入法が半導体表面上ドープするために広く用い
られる方法として良く知らねている。シリコン・ウェフ
ァなどの半導体基板全選択的にドープするための一般的
に用いらハる方法として、基板上にある材料、例えば、
フォトレジストまたは誘電体材料の層を塗布してそして
この層に貫通孔のパターンを設け、ドープされる半導体
領域を覆わないようにしたマスクを半導体表面上に形成
する方法がある。このようなマスクの欠点として、イオ
ン注入プロセスにのみにしか使え々いことと、後でしば
しば除去し々ければならない事とである。

（２） 別のイオン注入方法では、このようなマスク全必要とぜ
ずに形成される最も小さ々ドープ領域の大きさよりも小
さ々直径を有するイオン・ビームを、半導体基板の全て
の部分をビーム径路が通過するような照射プロセスによ
り半導体基板上を移動させ、そして、コンビコータの制
御によりこの照射プロセス中に照射してはいけ々い半導
体の全ての点においてはイオン・ビームを消すようにす
る方法がある。この方法によれば大変に複雑で非常に小
さい構造要素を有するドープさねた半導体構造を十分々
正確さでもって形成することができる。

しかし々から、この方法の欠点は、大変複雑表装置を有
することであり、また、達成できるスループツ）　１４
大変高いイオン流を用いるときのみ、連続製造に対して
十分なものにすぎない。ヨーロッパ特許出願第０００１
０３８号には、イオン注入にも用いることができるシリ
コン・マスクが記載されている。このマスクは自己支持
型（ａｅｌｆ−ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ）であり、貫通孔
が設けらｎ、７ｖ薄いシリコン層と、このシリコン層よ
り弱くドープされたシリコンより形成されるフレーノ、
とを備えていて、フレームはシリコン層をマスクのに通
孔が設けられていない領域で支持する。このマスクは、
イオン注入に先き立ってドープされる半導体基板」二に
直接置かれるか、またげ、半導体基板上の２０μｍ以上
の厚みを持つスペーサー・リング上に置かれ、そしてイ
オン注入後に取り外される。このマスクはこのよう１０
反復して使用することができる。しか１７々から、経験
によれば、このマスクをしばしば使用すると薄いシリコ
ン層が部分的に機械的な安定性を失ない、この結果によ
りシリコン・マスクはその形が不可逆的に変化してしま
う。これは、非常に小さくかつ密集したドープ領域をこ
のマスクにより形成する場合にとても容認することがで
きないことである。

半導体分野における超小型化の進展にともない、リソグ
ラフィにより転写されるパターン要素は一層小さく寿っ
ているため、電子ビーム・リソグラフィはすぐにその技
術的限界に到達してしまうであろう。したがって、電子
ビームと比較して多く（３） の利点ケ有するイオン・ビームによるリソグラフィが段
々と興味を持たれてきている。例えば、イオン・ビーム
は電子ビームと異なりほとんど無視できる近接効果しか
持たない。電子ビームに対してイオン・ビームの持つ利
点は、アール・エル・セリンガー（Ｒ，Ｌ、　Ｓｅｌ　
ｉｎｇｅｒ）とビー・ニー・ザリバン（Ｐ、　Ａ、　５
ｕｌｌｉｖａｎ）により１９８０年６月２７日にエレク
トｏ＝クス（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）のページ１４２
ｆｆに発表された［サブミクロンのりソグラフイへのイ
オン注入後の利用（Ｉｏｎ　ｂｅａｍｓｐｒｏｍｉｓｅ
　　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　　ｓｙｓｔｅｍｓ　　ｆｏｒ
ｓｕｂｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ　　ｗａｆｅｒ　　ｌｉｔ
ｈｏｇｒａｐｈｙ）Ｊの記事に要約きれている０又１こ
の記事にはイオン注入と同様にイオン・リソグラフィに
於て、選択的な照射が収束された偏向可能なビームか或
はマスクの使用により行なう事ができることが記載され
ている。この記事には、単結晶シリコンまたは酸化アル
ミニウムの支持フィルム上に置かれたイオン吸収材料か
ら々るマスクが記載式れている。このことは、このマス
ク全使用すると照射のために用い（４） られるイオンは照射されるべき基板に到達する前に物質
を透過せねばならないことを意味する。西独公開公報（
Ｇｅｒｍａｎ　　Ｏｆｆｅｎｌｅｇｕｎｇｓｓｃｈｒｉ
ｆｔ）２９　２２　４１６には電子ビーム・リングラフ
ィのみならずイオン・ビーム・リソグラフィにも好んで
用いられるマスクが記載されている。西独公開公報に記
載されたマスクは、マスク材料により覆われてい々い領
域には、Ｐ＋にドープされたシリコンの単結晶から々る
格子リブの間に支持された支持フィルムに貫通孔を形成
している。この支持層の貫通孔は利点を有する。々ぜな
らば、たとえ薄いとはいえ層を通過させねば々らないイ
オンは必然的に散乱されるからである。０５μｍ以上の
通過構造が々ければ、電子を用いる場合に較べてずつと
散乱が少ないのは事実である。したがって、いわゆる「
チャネリング層」と呼ばれるものの使用はもはや受は入
れることができない。「チャネリング層」は単結晶膜で
あり、照射を最適角度で行庁えばイオンは最少の散乱で
もって通過することができる。

初めｄ２、イオン・ビームおよび電子ビーム・リソグラ
フィに対しては基本的に同じマスクを使用することがで
きると考えられていた。しかし々がら、ニー・べり〕／
ガー（Ｕ、Ｂｅｈｒｉｎｇｅｒ）とアール・スベデル（
Ｒ，５ｐｅｉｄｅｌ）により、１９８１年９月２８日か
ら６０日寸でローザンヌ（Ｌａｕｓａｎｎｅ）で開かれ
たｌ′マイクロサーキットエンジニアリング（Ｍｉｃｒ
ｏｃｉｒｃｕｉｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ８１　）”の
学会での［イオン・ビーム近接プリンタの自己支持シリ
コン・マスクの放射負荷の研究（Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔ
ｉｏｎ　　ｏｆｔｈｅ　　　ｒａｄｉａｔｉｏｎ　　　
１ｏａｄｓ　　　ｏｆ　　　ａ　　　ｓｅｌｆ−ｓｕｐ
ｐｏｒｔｉｎｇ　　５ｉｌｉｃｏｎ　　ｍａｓｋ　　ｉ
ｎ　　ａｎｉｏｎ　ｂｅａｍ　ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ　ｐ
ｒｉｎｔｅｒ）Ｊという題の講演で述べられたように、
イオンの照射は可逆性のまたは不可逆性の変形をマスク
に生ずる。ベリンガーとスペデルは彼らの実験において
、５つのタイプのマスクを使用した。これらのマスクは
、シリコン・リブの格子により支持されたＰ十にドープ
された単結晶シリコンからカリ、貫通孔が設けられたフ
ィルムの基本構造を有する。第１のタイプのマスクは両
側が金により被膜されており、第２のタイプのマスクは
両側がアルミニウムにより被膜されており、第３のタイ
プのマスクはシリコン・フレームのみよりんっている。

第１のタイプのマスクはどんな重要な変化（０２μｍ以
上）も発見され々かった。第２のタイプのマスクに１゛
イオンの衝撃により徐々に歪んできた。しかしながら、
歪みは４００°Ｃ・で１５分間置く熱処理により除去で
きた。第６のタイプのマスクは比較的短い使用期間の後
で壊れた。これはベリンガーとスペデルの見Ｍ！によれ
ばマスクの熱伝導度が小さいだめである。彼らの実験の
結果によれば、第１のタイプのマスクがイオン・ビーム
・リソグラフィに適すると指（薗されるが、この出願の
発明者等は金で被膜されたイオン・ビーム・マスクが用
いられると、被照射基板は金で汚染されることを発見し
た。このことは、特に半導体月相内において金が強い影
響を持つため、容認でき々いことである。

（７） したがって、この発明の目的は、使用の際に安定した形
状を有し、被照射基板に雷太な汚染を与えず、商業的な
製造条件で複製することができるイオン注入およびイオ
ン・ビーム・リソグラフィのための投影マスクを提供す
ることである。

このようなマスクは明らかに従来技術から作製すること
ができるものではない。さらに、経験によれば、この発
明のいくつかの特徴を同時にマスクに持たせるのは困難
であった。イオン照射にさらされるマスクの側に、機械
的強度を有し同様にイオン吸収を行う材料（このよう々
材料としてはタンタルが知られている）を金のよう々高
いイオン吸収特性を持つがイオンに対する抵抗力が十分
でない材料の代りに用いると、容認できないマスクの変
形が生ずることが知られている。このマスクの変形は、
タンタル層の固有の張力のためにメンタルの被着の際に
生ずる張力によるものか、あるいは、タンタルへのイオ
ン照射によりマスクが熱されることにより生ずる張力に
よるものかのどちらかである。このため、イオン吸収層
と機械的（８） 抵抗層寸たはイオン抵抗層との機械的張力を受容できる
レベルに維持するため、各層の厚さを単にマスク全体の
埋さによりイオンの吸収が完全に行なえるのに十分なよ
うにする試みが行々噌っれた。

しかしながら、先のベリンガーとスビデルの意見と違っ
て、イオン衝撃効果に対して薄いＰ型にドープされたシ
リコン層を保護するためには十分な熱の散逸を確保する
だけでは不十分であり、Ｐ−１型にドープされたシリコ
ン層はイオンの照射にきらされると、その安定を夫々う
ということが明らかになった。イオン照射にさらされる
被膜を２つの層にして用いることにより、す々わち、モ
リブデンのような機械的な張力を生じやすい機械的抵抗
月料の薄い層を、金のような高い機械的抵抗を持た々い
がイオンを吸収する材料から形成されたシリコンに隣接
する下の層の上に塗布して用いることにより、機械的な
張力を防ぐとともに同時にマスクをイオンに対して抵抗
性を持たせてイオンがシリコン内部に侵入しないように
することが試みられた。しかしながら、このよう々材料
の組合せでも、バイメタル効果の発生のため機械的張力
の問題が生ずることがわかった。

この問題に対ｌ−での解決は、機械的抵抗を有するとと
もにイオン吸収を行う牟−の層の使用による前述の利点
、すたは、動作中の機械的張力の欠点を除いた２層タイ
プの使用による前述の利点を考慮することにより見つけ
られた。この問題は、照射される基板の表向に対面する
側に機械的張力を発生する被膜を設け、そして、この被
膜の厚さおよび組成をイオン・ビームにさらされるマス
クの側の被膜と互いの機械的張力が打ち消し合うように
選ぶことにより解決される。マスクの基板に対面する側
の被膜の付加的な機能としては、マスクに発生する熱を
さらに一層に散逸することである。

マスクの下側に付加的な被膜を設けることは明白な利点
を有するけれども、マスクの製造を複雑にするという影
響が残る。このため、この付加的々被膜なしで行々える
解決を見つけ出すための努力がなされた。ついに、本発
明に開示されるようなマスクの実施例が見出された。す
々わち、イオン照射に対面する側のシリコン層」−に金
の層を塗布し、そして金の層上に薄い炭素の層を塗布す
る。

炭素はイオン・ビームに対して高い抵抗を有しく犬よそ
金の５０倍のイオンに対する４）（抗を有する）、イオ
ンの照射が事実」二の減衰な（−で通過することのでき
る比較的薄い炭素層は、金の離脱を確実に防止すること
が判明１７た。さらに、炭素は熱的にも電気的にも良導
体である。金は非常によいイオン吸収体として知られて
いる。炭素／金被膜の上述１ソ、外の重要な利点と１７
で０１マスクを使用してもこの被膜に機械的張力を発生
しないことである。

金は、もし１１！ｍより薄ければどんなにしても炭素と
同様に機械的張力を発生しない。しかし々がら、金と例
えばモリブデンの組合せは、」二連のバイメタル効果に
より機械的な張力を発生する。このバイメタル効果は金
と炭素の組合せが用いられる時は生じ々い。

以下、この発明を図示の実施例に基いて説明する。

第１Ａ図々いし第１Ｅ図は、それぞれこの発明の実強例
のマスクを示す概略断面図である。

第１Ａ図は、この発明の一実施例によるマスクを示す概
略断面図である。マスクのシリコン・フレームは、その
両側をイオン・ビームに対して高い機械的抵抗を有する
とともに高い吸収特性を有する桐料の層で覆われている
。第１Ａ図には、薄い表面層１を持つシリコン・ウェフ
ァの断面が示されている。層１はＰ＋ドーピングにより
他のＰまたはＮドープ部（基板２）と異なっている。層
１は貫通孔または窓６を有し、それぞれの貫通孔または
窓３は、それらの壁が層１の表面に対して実質的に垂直
であってマスク・パターンの輪郭を実際に形成している
。おけ（ｔｕｂ）型の凹部４が基板２の層１の反対側の
表面（第１Ａ図には示してい力い）から基板２内に延在
して貫通孔３が四部４に開口している。シリコン・ウェ
ファは多くの凹部４を有し、これらの四部４は基板２に
設けられたリブ形状の格子により互いに分離されている
。

それぞれの凹部４は、好捷しくは、分割されたマスクセ
クタに、このマスクセクタに対応する全ての孔がこの四
部４に開口するような態様で対応している。このように
分割されたマスクセクタは例えば半導体ウェファ上のチ
ップに対応したマスク領域であり、このためこの場合で
は四部４の横方向の大きさはチップサイズになっている
。今日、６　Ｘ　６　ｍｍのチップサイズが普通使用さ
れている。

もし、マスクに使用されるシリコン基板が（１００）方
向の牟結晶シリコン・ウェファであると、凹部４の壁は
大よそ５４度傾斜している。もし、シリコン・ウェファ
が商業的に手にはいるものであるならば、典型的な厚さ
は大よそ４００μｍである。マスク構造におけるシリコ
ン基板２の厚さはしかしながらマスク製造に用いられる
シリコン・ウェファの厚さよりも小さくすることができ
る。

−例をあげると、これは、個々の凹部４に対応するマス
クセクタの離間間隔を、４００μｍの厚さの基板中に前
述の５４°の角度で形成される２つの隣接した四部４の
壁の最下端での間隔よりも小さくする場合である。好１
しくはホウ素によりド−ブされたＰ十型の表面層１は、
約１μｍ々いし約４μｍの厚さ、好１しくは３μｍない
し４１１ｍの厚さである。Ｐ＋にドープされた層のドー
ピングは、基板表面からの距離の増大につれて減少し、
Ｐ″−にドープされた層の厚さは基板表面からドーピン
グが大よそ７　Ｘ　１０　’　９ａｔｏｍｓ　／ｃｍ３
の値に減少した所寸での距離として定義される。貫通孔
ろの最小幅は１μｍ以下である。

上述のシリコン構造はこの発明の全ての実施例のマスク
に共通なシリコン・フレームを表わしたものである。マ
スク、す彦わちより正確には表面層 層１はその安定性を、Ｐ　ドーピング、シリコン・リブ
の格子状に形成された基板および基板の単結晶の特性よ
り実質的１！ている。リブ形状の格子の目的ニ１、四部
４の間のマスクの特に機械的および熱的ストレスに対す
る抵抗を高めて、マスク製造において適当人注意でもっ
て取扱えば損傷することなく取扱うことができるように
している。

リブ状の網は、その比較的高い厚をによりこの安定効果
全力えることができる。個々のシリコン・リブばいくら
かの空間を必要とするけれども、全てのシリコン・リブ
により必要とされる全空間はマスクの全体表面に関して
比較的小さい。々ぜならば、この発明によるマスクにお
いては、隣り合うシリコン・リブ間のマスクセクタの表
面領域はか々り大きいからである。ンリコン層１の厚さ
は好１しくに約３　ｌ−＋ｍ庁いし４μｍである。

この発明によるマスクは、」一連したような通常の半導
体ウェファの大きさであって凹ｊ’ｒｌｉ　４の間のシ
リコン・リブにより横方向の大きさがたとえば通常の半
導体チップのサイズに合うＪ−うな複数のマスクセクタ
に分割されるか、または、マスクは単に１″′！、たは
２つの四部４により区切られる表面を有し、１−彦わち
、中に１またば２つの半導体チップの横方向の太き塾を
有するかのどちらかであってよい。

第１Ａ図のマスクは、タンタル層によりシリコン・フレ
ームのイオン照射にさらさ才１．る表面、貫通孔の壁お
よびシリコン・リブの格子の表面が被膜されている。タ
ンタルはイオン照射に対して高い抵抗力を持つ機械的抵
抗材料である。タンタルはその金属性質により、高い電
気および熱伝導性を有し、さらに金よりわずかに小さい
だけのイオン吸収性を有する。マスクのイオン照射にさ
ぁされる側（以下、」−側と呼ぶ）上のタンタル層５の
厚さは、大よそ５０ないし大よそ２００　ｋｅＶ■の印
加されるイオン・エネルギの範囲の関数であって、大よ
そ０３から０８μｍの間である。塗布の方法により、貫
通孔ろの壁のタンタル層の環式はマスク表面より大よそ
１５々いし大よそ６のファクターだけ小さく、シリコン
・リブの格子１１１１０　（以下、−１−側と呼ぶ）の
マスクの表面のタンタル層の厚きは、マスクの上側のタ
ンタル層の厚さと大よそ同じ程度の厚さである。しかし
ながら、マスクの下側のタンタル層は主と（〜てマスク
の上側のタンタル層により発生する機械的張力を打ち消
す役割を有し、タンタル層の機械的張力はマスクの形状
に依存するため、マスクの下側のタンタル層の必要々厚
さは簡単彦実験より正確に決められる。

機械的な張力の打ち消し以外のマスクの下側のタンタル
層の機能は、熱を散逸することである。タンタルの他に
、層５全又メンタルよりもさらによくイオンを吸収する
タングステンで形成してもよい。（マスクの土仰［のタ
ングステン層は好ましくけ大よそ０２々いり、　［１，
６μｎ］の厚さである）第１Ａ図に関して説明された実
施例では、マスクの上側の層は好捷しくにマスクの下側
の層と同じ材料で形成される。しかしながら、マスクの
下側の層は、その本質的特性が高いイオン吸収性や高い
機械的安定性にあるのではなく、機械的張力分生ずる傾
向とせいぜい熱伝導度にあるのでマスクの上側の層の材
料とけ異なる材料まり形成してもよい。

第１Ｂ図には、第１Ａ図に示されたものとは異々るこの
発明によるマスクの実施例が示されている。この実施例
のマスクは、シリコン・フレームが１眉で被覆されるの
では々く、２層で、す々わち、下方の金層５と上方のモ
リブデン層７とにより被覆されている。モリブデンはイ
オン・ビームの衝撃に対して強い抵抗葡有し、そして熱
および電気伝導性會有する。しかし、イオン吸収性は高
く々い。一方、金はイオン照射に対しては高い抵抗を有
さんいが、イオン吸収性は非常に高い。イオン・エネル
ギに依存して、マスクの上側の層の厚さは金で大よそ０
１５カいし０４５μｍの間にあり、モリブデンで０１な
いし大よそ０３μｍの間にある。シリコン層１０貫通孔
ろ内のモリブデンと金との層の厚さは、塗布の方法に依
存してマスクの上側より大よそ１５ないし３のファクタ
だけ小さい。マスクの下側の層の厚さは、マスクの上側
の層の厚さと同じ程度である。マスクの下側の被覆は、
モリブデン／金の層構造に見られるバイメタル効果を打
ち消すために必要であり、壕だ、熱の伝導性による利点
を有する。

第１Ｃ図には、この発明による他のマスクの実施例が示
されている。この実施例ではシリコン層１の上側とこの
層１の貫通孔乙の壁とのみが被膜される。被膜は金の下
方の層６と炭素の上方の層８とからなる。炭素はイオン
をほとんど減衰させることなく通過させる。す々わち、
炭素は大変低い吸収能力を有する。けれども、炭素は機
械的に高い抵抗を持つ。（炭素のイオン・エッチに対す
る抵抗性はタンタルの４々いし５倍である）さらに、上
述したように、大変薄い炭素層は確実にイオン・ビーム
による金の剥離を防ぐことができる。

使用されるイオン・ビームのエネルギに依存して、マス
クの上側の金の層乙の厚さは大よそ０２々いし大よそ０
６μｍ間にあり、炭素の層８の厚さは０１μｍの程度で
ある。シリコン層１０貫通孔３内の層の厚さは塗布の方
法に依存して、マスクの上側よりも大よそ１，５ないし
大よそ６の間の大きさのファクターだけ小さい。炭素は
、金の層乙に到達するイオンがどん々場合でも最初は炭
素の層８を通過しなければなら々いように完全に金を覆
わなければなら々い。上述の厚さの金の層および炭素は
、いずれも機械的張力を発生せず、したがって、２つの
材料の組合せによるバイメタル効果はなく、マスクの下
側は被膜する必要がない。

上述の利点にもかかわらず第１Ｃ図に示すマスクの下側
を、好ましくは金からなる層で被膜してもよい。なぜな
らば、これはマスクの熱を散逸する能力を改善してさら
にマスクの温度の上昇全減少することができるからであ
る。このような実施例のマスクが第１Ｄ図に示されてい
る。ここでは金の層６がシリコン層１の下側およびシリ
コン・リブ上を延在している。

第１Ｅ図に示されるマスクの実施例は、シリコン・フレ
ームと金の層６との間に好ましくは窒化シリコンからな
る層９が設けられている点で第１Ｄ図に示さ庇る実施例
と異なる。層９は大よそ０１ないし０２μｍの間の厚さ
を有する。この層９の目的は、金の層６内に吸収された
イオンや原子または金の原子が、Ｐ＋にドープされたシ
リコン層１内に拡散するのを防ぐことである。このよう
な拡散のおそれは特にマスクがイオン注入工程またはイ
オン・ビーム・リングラフィ工程で長い期間使用される
場合に生ずる。拡散によりシリコン層１内に侵入した原
子やイオンはシリコン層１内に直接に注入されるイオン
と同じようにシリコン層１の安定に損害を与える。この
ような拡散障壁は、吸収層が金で々くて他の材料からな
る場合でも推奨される。もし、特別なタイプのイオンに
対して拡散障壁として使用することのできる層材料が見
つからない場合には、長期間の使用の後、濃く「ドープ
」された被膜をマスクから除去して、その後シリコン・
フレームに再度被膜を設けることができる。この方法に
よれば、マスクの最も重要な部分、すなわち、シリコン
・フレームを再使用することができる。

以下に、第１Ｃ図に代表されるマスクの製造を第２八図
ないし第２Ｃ図を参照して説明する。

基板２として、Ｎ型にドープされて（ｉｏｏ）の方位を
持つ単結晶シリコン・ウェファが使用されえ。シリコン
・ウェファの厚さは、典型的には大よそ４００μｍの厚
さであるが、また、大よそ１００ないし大よそ４００μ
ｍ　の間の厚さであることもできる。基板の一表面（以
下、下側と呼ぶ）には０５彦いし１μｍの厚さの二酸化
シリコン層１２が与えられる。このため、基板２は例え
ば所定時間、大よそ１０００°Ｃの温度で酸素／水蒸気
雰囲気中にさらされる熱酸化を受け、冷却後、下側の面
に対して反対側の面（以下、上側と呼ぶ）−ににできた
酸化層を除去する。

次に、半導体基板２は上側からＰ＋伝導型全形成する不
純物により濃くドープされる。不純物としてホウ素を用
いる事が好ましい。ドーピングの為に周知の方法での不
純物イオンの注入か、或は不純物の拡散が基板に行われ
る。拡散は排気カプセル内で拡散源としてホウ素がドー
プされたシリコン全使用するが、或は、開管内でホウ素
像として好ましくはＢＢｒ３に含んだキャリアガスを半
導体ウェファ上を通過させるかによって高温度で行われ
る。もり、　　ドー　ピングが拡散により行われると、
ドーピングは表面で最も濃く、そして表面からの距離が
増すにつれてドーピングは減少する。ドーピングの厚さ
は、表面からドーピングの濃さが７Ｘ１［］１９不純物
不純物イオン副の所までの距離として定義される。この
ようにして得られた構造が第２Ａ図の断面図に示されて
いる。実際は、シリコン層１は基板２上に設けられたエ
ヒリキシャル層とすることができる。

フォト・リソグラフィツク・エツチング工程により、１
または複数の開口１４がウェファの下側の酸化層１２に
形成される（第２Ｂ図図示）開口１４の横方向の大きさ
は後の工程で食刻される四部の横方向の大きさにより決
められる。

第２Ｃ図お」：び第２ＴＩ図は以下の工程で興味のある
部分を詳細に説明するため、半導体ウェファの厚さの全
体の断面を表す第２Ａ図および第２Ｂ図とは異なり、マ
スク構造が形成される上側の表面領域の拡大断面図を示
している。ウェファの上側には、大よそ０８μｍの厚さ
の二酸化シリコン層１６が熱的に形成されるか、−また
は、好ましくは６００°Ｃ以下の温度によるＣＶＤによ
り形成されるか、または、スパッタリングにより形成さ
れる。二酸化シリコン層１６上に大よそ０．５ないし大
よそ１μｍの厚さの放射敏感なレジスト層１８がスピン
・オンにより塗布される。高解像度のマスクパターンが
形成されなければならないので、放射敏感カレジストは
、電子ビーム、イオンビームま７とはＸ−線に対して敏
感でなければならない。

例えば、電子ビーム・パタ〜ン発生器により、レジスト
層１８が今、所望のマスク・パターンと一致するように
選択的に照射される。次の現像工程により、以後の工程
でシリコン層１内に食刻されるべきパターンに正確に一
致するレジスト層１８のパターンが残る。レジスト層１
８の開口は所望のマスクパターンよりわずかに大きｈ０
今日、商業的に手に入れられる最良の電子ビーム・パタ
ーン発生器を用いて、大よそ０５ないし大よそ１μｍの
間の厚さのレジスト層を用いれば、レジスト層に最大の
正確さでもって１μｍ以下の幅の−を写すことができる
。現像後に表われる構造が第２Ｃ図の断面図に示される
。

次の工程で、ＣＨＦ３　またはＣＦ４／Ｈ２混合気を含
む雰囲気中での反応性イオン・エツチングにより５ｉ０
２層１６がレジストマスク１８を便用して選択的にエツ
チングされる。すなわち、レジスト層１Ｂに開口１９が
設けられている所のすべてが、エツチングされる。反応
性イオン・エツチングのためプラナ−・カソード・シス
テムがおおよそ５５μｂａｒ　　の気圧中で用いられる
。ＲＦ（２５） 電力は大よそ０．２　Ｗａ　ｔ　ｔ　／ｃｒ！であり、
もし、ＣＦ４とＩ■２が用いられる場合、流量比ＣＦ４
：Ｈ２は大よそ３５：１である。レジスト層内に形成さ
れたパターンは高い精度でもって５ｉ０２層に刻み込ま
れる。もし、パターンが１μｍ以下の線幅をもっている
ならば、Ｓｉｏ２の層はレジスト層に比較して厚い。反
応性イオンエツチングの間、レジスト層１８はわずかに
薄くなる。二酸化シリコン層１６の開口は基板表面に垂
直な壁を有し、レジスト層１８の開口と正確に一致する
。このようにして得られた構造が断面で第２１）図に示
されている。ここで、レジスト層と二酸化リコン層トに
エツチングされた開口を参照番号２ｏで、示している。

次の工程で、Ｐ＋にドープされたシリコン層１が選択的
にエツチングされる。反応性イオン・エツチング法がア
ルゴンと塩素を含む雰囲気中で行々われる。大よそ０８
μｍ厚の５ｉ０２層１６がエツチング・マスクとして用
いられる。エツチング条件はＳ　ｉ　０２　と８１との
間のエツチング速度比が１：１０に力るように選ぶこと
が容易にできる。プラナ−・カソード　システムにより
、９７体積係のアルゴンと３体積係の塩素とを含む犬よ
２ そ１．３３ｘ　Ｉ　Ｄ　　　ｍｂａｒの圧力の雰囲気中
で反応性イオン・エツチングが行なわれると、基板表面
に垂直な壁を持つ穴がＰ十にドープされたシリコン層１
内にエツチングされる。過剰エツチングは生じない。層
１のエツチングの間、８１０２層１６もゆっくりと除去
される（残りの８１０２は緩衝されたフン化水素酸中に
浸すことにより除去できる）。層１のエツチングの後、
第２Ｅ図に断面で示されるような構造が得られる。ここ
で、層１の穴には参照番号２１が与えられている。穴２
１の深さは、先に定義されたＰ″−にドープされたシリ
コン層１の厚さよりも大きければよい。

層１に穴２１が設けられた後、ウェファの裏から開口１
４を有する二酸化シリコン層１２をエツチング・マスク
として用いタブ状の四部４がエツチングきれる。

エツチングのために、エチレンジアミン、ピロカテコー
ル、水と必要在らば過酸化水素を含む溶液が１１８°Ｃ
以下の温度で用いられる。この溶液の特性は、Ｎ型にド
ープされた単結晶シリコン甘たはＰ十型にドープされて
い々い単結晶シリコンを非等方的にエツチングすること
である（１００平面は１１１平而よりも大よそ１６倍速
くエラ」− チングされるあそして、この溶液はＰ　にドープされた
シリコンをほとんどエツチングしない。溶液ハ、好まし
くは、２２ｇのピロカテコール、６５０ｍＡのエチレン
ジアミン、１１５ｍ４の水と２９ｍｔのＨ２０２ｋ含む
。エツチング溶液の上述の特性により、タブ状の四部４
のエツチングは容易に制御することができる。厳密に言
えば、エツチングは層１のドーピングの条件により決定
される。すなわち、ウェファ表面に垂直な方向のエツチ
ングは、エツチング溶液がホウ素濃度が７×１０　”　
、ａ＋ｔ　ｏｍｓ／ｕ以下のすべての　シリコンを除去
した時に事実上停止する。これはホウ素濃度７　Ｘ　１
０１９ａ　ｔ　ｏｍｓ／ｍ”以上のシリコン層が残るこ
とを意味する。これは層１の定義と同じである。

四部４のエツチングの後、第２Ｆ図に示すような構造が
得られる。

次の工程において、マスクの上側に金の層が通常の蒸着
−１，たけスパッタリングにより被着される。

スパッタリング装置中には、マスクはプレート上に金の
標的板まだは金の被覆を有する標的板と平行に対面する
ように置かれる。マスクと標的板との間の距離は大よそ
６ｃｒｎであり、スパッタリングはアルゴンを含む雰囲
気中、大よそ１．３３Ｘ１０’ｍｂａｒの圧力の下で行
なわれる。マスクがさらさ−れる犬よそ５０カいし２０
０ｋｅＶの間にあるイオンエネルギの大きさによるけれ
ども、被着される金の層は大よそ０２ないし０．６μｍ
の厚さの間にある。金は層１の上衣面上にのみ被着する
のではなく、穴２１の壁にも捷た被着する。与えられた
スパッタリングの条件の下では、層１の表面上に被着さ
れた金の層の厚さの穴２１の壁に被着した金の厚さに対
する比は、大よそ６．１である。

金のシリコンへの破着力はマスクが濡れる工程に置かれ
ない限り十分である。金の層６の被着が行なわれた後の
構造が第２Ｇ図に断面で示されている。

最後に、炭素の層が金の層６上に被着される。

炭素の層は、炭素電極を用いたアーク放電からの蒸着ま
たは炭素の標的板を用いたスパッタリングの手段により
被着される。マスクの上側の炭素の層の厚さは０１μｍ
程度である。この厚さは、金の層の保護に必要な厚さよ
りも太きい。しかし、これは穴２１の壁の金または孔の
端部の金を十分に厚い炭素の層で被覆することを確実に
する。炭素の層８の被着により得られた構造が第２Ｈ図
に示されている。これは第１Ｃ図の一部を表わしている
。この構造の貫通孔３の横方向の大きさは所望のマスク
・パターンの横方向の大きさと一致している。製造工程
の初めに形成された放射敏感々層１８の開口１９の横方
向の大きさ１９は、穴２１の壁に被着される金と炭素の
層の厚さに従って決められる。

第１Ｄ図に示されるようなマスクを作るためには、上述
の製造工程を修正して炭素層８の被着に先立ってシリコ
ン・フレームの下側に金の層を被着する。マスクの下側
の金の層の厚さは重要ではない。しかし、好ましくは上
１１１１の金の層の厚さとほぼ等しくする。このマスク
が製造される時には、放射敏感な層の開１］を決める際
、マスクの下側の金の層の被着は穴２１の壁土の金の層
の厚さをさらに増大するだろうということを前照し々け
ればならない。

第１Ａ図に断面で示すマスクを製造するためには、第２
Ｆ図に示す構造を基礎としてタンタルが２簡抜着により
被覆される。タンタルは蒸着またはスパッタリングの周
知の手段により被着される。

マスクがさらされるイオンのエネルギによるが（大よそ
５０ないし大よそ２ＬＩＯｋｅＶの間のエネルギ）、マ
スクの上側のタンタル層は大よそ０３ないし大よそ０８
μｍの厚さである。マスクの下側の層は大よそ同じ厚さ
であるが、正確な厚さを決めるためにはテストを行うこ
とが必要であり、熱により発生する機械的な張力を完全
に打ち消すことがマスクの下側の層の厚さを決める判断
の基準となる。タンタル層５がシリコン・フレームの上
側および下側に被着される時、穴２１の壁にもタンタル
は被着する。穴の壁のタンタル層の厚さはマスクの上側
および下側よりも薄くすることができる。タンタルの層
の代りに、マスクの両側にタングステンの層を被着する
こともできる。マスクの−Ｊ−側でタンゲス戸ンの層の
厚さは大よそ０２ないし０６μｍの間である。下側およ
び穴２１の壁」１０層厚に関してはタンタルと同様に決
められる。

第１Ｂ図の断面に示さｔするようなマスクを製造するた
めには、第１Ｄ図に示されるマスクを製造するために用
いられた方法が、最後の工程を除いて適用される。炭素
の層の被着の代りに、モリブデンの層７が両側に破着さ
れる。モリブデンの層７は、蒸着またはスパッタリング
かのどちらかによる２つの連続した同じ工程により被着
される。

モリブデンは、メンタル、タングステンやチタニウムと
同じ様にイオンに対する抵抗が６ないし４のファクタだ
け炭素よりも小さい。マスクの上側のモリブデンの層は
炭素の層よりもわずかに厚く、すなわち、大よそ０２々
いし０３μｍの厚さである。マスクの下側および孔の壁
のモリブデンの層の厚さに関しては、タンタルに関して
述べられたような事が同様に適用される。このマスクで
は金の代りに層乙のために、白金、タングステン、タン
タルそして限られた範囲では金よりもずっと吸収能力の
低い銀を用いることができる。また、モリブデンの代り
に、層７のためにチタニウム、タングステンまたはタン
タルを用いることができる。

それぞれに必要な厚さは、当業者に知られている簡単な
実験により決められなければならない。正しい厚さの基
準は、マスクの上側の被膜中でイオンを完全に吸収する
こと、イオンに対する高い機械的抵抗、機械的張力の完
全な代ち消しおよびある程度の電気的と熱的な伝導性を
有することである。

第１Ｅ図に断面で示される拡散障壁を有するマスクを製
造するためには、第２Ｆ図の構造ができた後、イオン吸
収層の被着の前に、アンモニアとシリコン合成物、たと
えば５ｉｌ１４の混合気体を用い６００℃以下の温度で
ＰＥｃＶＤＫ、１：すＳｉ３Ｎ４の層を１又は２つの側
に形成する。層９は大よそ０１または０２μｍの厚さを
有する。

この発明によるマスクは半導体領域がイオン注入により
ドープされる場合や、構造が放射敏感なレジストの゛光
′″リソグラフィで形成される場合に用いることができ
る。このようなレジスト構造は例えば半導体ウェファの
超小型化回路の製造や、磁気バブル構成要素を製造する
際に使われるエツチング・マスクやリフト・オフ・マス
クに用いられる。この発明によるマスクを用いれば１μ
ｍ以下の幅のパターン要素を持つパターンを放射敏感な
レジスト層へ写すことができる。このようなパターンは
、写される最小パターン要素の大きさより小さな直径を
有する収束されたビームをコンピュータの制御の下で照
射される基板上を動かす装置でもって写すことができる
けれども、このような従来の装置では大量生産に必要と
される高いスルーブツト金得ることができない。この発
明によるマスクを用いれば、最高の精度でもってパター
ンを写すことができする利点のほか、この発明によるマ
スクでは非常に強いイオン流をマスクが容認できｈい歪
み１生ずること々く照射することができ１峠１）、高い
スループソ）ｋ得ることができるという付加的利点を有
する。強いイオン流はこのように写δれるパターンが歪
められないので高いスループット全可能にしている。

マスクが使用される際、マスクの下側は照射される基板
に対面している。マスクと基板との間の距離は１７２　
Ｉｗｎ　　程度の大きさである。マスクは処理が行われ
るか、あるいは、放射敏感なレジストにより被膜妊れた
ワーク・ピース、たとえば半導体ウェファに整合される
。次に、マスクは、大よそ１　ｍｍ程度の適当な直径を
有するイオン・ビームにより一線ごと照射これてマスク
の各点がすべてビームの径路に入るように照射される。

形成される導電型によるが、マスクはイオン注入におい
て好捷しくけホウ素イオン、リンイオン、ヒ累イオンで
照射される。イオン・ビーム・リングラフィでは水素イ
オン、リチウムイオンやヒ素イオンが好んで用いられる
。イオン注入においては、好ましいイオン・エネルギは
大よそ１２０々いし２００　ｋ　ｅ　Ｖの間であり、照
射計は１０”’　１ｏｎｓ／釧２の程度である。イオン
・ビーム・リソグラフィにおいては、好ましいイオン・
エネルギは５０ないし２００　ｋ　ｅ　Ｖであり、照射
量は１０１２ないし１０　’　３ｉ　ｏｎ　ｓ／ｃｎ？
の程度である。典型的な半導体チップのサイズに大よそ
一致する５　Ｘ　５　ｍｍの表面に対して、照射時間は
普通、大よそ５０々いし大よそ２００ミリ秒の間である
。

この発明による貫通孔を有するマスクは、環状または閉
パターン要素を写すことはできないことは明らかである
。この問題は、互いに補完し合う環状のパターン要素の
部分（Ｃ−有し、両方のマスクを介して照射されると環
状のパターン要素がａ１＃！的にレジスト層に形成きれ
る２つのマスクを用いることにより解決することができ
る。この方法およびこの方法にもちいられるマスクの詳
細が西独公開公報２７　３９　５０２に記載されている
。

（３５） 十分な熱伝導被膜を有する場合、イオン・ビーム・マス
クは最大、大よそ１５０°Ｃまで熱せらＩ′１−る。こ
の温度では機械的張力は、もし打ち消されなければすで
に容認できない変形をマスクに生じている。マスクの表
面に高いエネルギでもって衝突するイオンはマスクの物
質を攻撃し、剥される物質のＭｌ　ｉ＞１、増大して、
イオンにさらさねるマスク表面上の物質の抵抗は減少す
る。マスクの上側の物質がこのよう々剥離のおそれにさ
らされるリスクｄ、端部すなわち上１１１１１表面から
孔へ移る過渡表面の部分より少ない。これはイオンの衝
突角度が６０°筐で増大するにつれ、剥離速度が増大し
、その俊減少するという事実による。このため、端部で
の剥離が零以外の角度から初まると、剥離速度は急に増
加する。この結果、端が丸くなる。このよう々剥離およ
びその結果として生ずる端部の丸味は、この発明によれ
ばイオンが照射される表面を炭素のようなイオンに対し
て機械的に抵抗力を持つ物質で構成することにより、防
ぐことができる。

（６６）

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図々いし第１Ｅ図はこの発明の第１ないし第５実
施例によるマスクをそれぞれ示す概略的々断面図であり
、第２Ａ図ないし第２　Ｈ図は第１Ｃ図に示すこの発明
の第３実施例のマスクを製造する工程を示す概略的な断
面図である。 １・・・シリコン層、２・・・・基板、６・・・・貫通
孔、４・・・・凹部、５・・・・タンタル層、６・・・
・金層、７・・・・モリブデン層、８　・・炭素層、９
・・・・窒化シリコン層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マ°スクパターンを構成するぼ通孔が形成されるＰ十に
   ドープさｊ７た薄いシリコン層と、このシリコン層と異
   なるようにドープさｊたシリコン・リブから力ゆ前記シ
   リコン層を前記貫通孔の設けられてい々い部分で支持す
   る格子とを備え、前記シリコン層の少なくともイオン照
   射にさらさね、る側にイオン吸収層が設けられ、そして
   、少々くともイオン照射にさらさねる表面が熱および電
   気的に良導性全有する投影マスクにおいて、イオンの作
   用に対して抵抗？有し、熱による張力または固有の張力
   を発生せずこＩら張力に起因する投影マスクの変形を防
   ぐ層を有すること全特徴とする投影マスク。