JPS6037725A - 半導体装置の製造方法 - 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】 不発明はＩＣ，ＬＳＩ等の半導体装置の製造方法に係り
、特にイオン注入法に関する。

巣−半導体基板トに多数の半導体素子を組み込んだモノ
リシック型集積回路で鉱、その中のすべての半導体素子
はプレーナー型構造になっている。

このような半導体装置は、不純物の選択的拡散。

表面酸化膜のコンタクト用窓明け、半導体表面保護のた
めの絶縁膜の形成、および最後りリード線取り出し用の
ポンディングパッド部分のみ配腺層の勝山などの工程を
経て形成される。

上ｍｌ工程のうち、不純物の選択的拡散について説明す
ると、従来は、熱拡散法、即ち不純物を含むガスが流れ
る高温の炉心管中に％埴化膜を選択的に除去した半導体
基板金的すことによ一す、不純物を半導体基板中に選択
的に導入する方法である。

しかしながらこの方法は不純物拡散層が横および縦方向
に拡がりやすいという問題点りため、近年の半導体素子
の微細化が進むに従い、次の（：＋にな利点を持つイオ
ン注入法を用いることが多くなった。

（１）注入するドーパントの純度が高い。

（２）　半導体基板内に注入される不純物の址および密
度分′；ｆＩｊの精密な製御が可能である。

（３）　イオン注入時の加速エネルギーｆｆ：Ｓ＋整す
れば。

あらかじめ設けておいた半導体基板表面の薄膜全通して
、不純イオンを注入し該薄膜層の下に不純物領域を設け
ることが可能である。

イオン注入法が実用化されて以来、最も有力な利用法は
ＭＯ８型トランジスタのチャンネル部に不純物を注入す
ることであシ、それによりしきい値電圧（ＶＴ）の容易
な制御と、高いパンチスルー電圧金得ることが可能とな
った。上記のいわゆるチャンネルドープのための不純物
注入のためには。

比較的注入密度が１０”　〜１１０１３（Ｃ”）と薄く
てすみ、注入時の電流値も数１０〜数１００μＡと小さ
くてすんだ。

しかしながら、近年高速バイポーラ素子のエミッタ接合
、あるいは高速、高密度ＭＯ８Ｉ、５Ｌ＝ｉ溝成するＭ
ＯＳ　）ランジスタのソース−ドレイン接合を形成する
のに不純物拡散領域の半導体基板表面および深さの両方
に対してより精密な制御が１丁能なイオン注入法を用い
ることが多くなった。

この様な高濃度の不純物領域を形成するには。

当然イオン注入時の電流値は数〜１０数ｍＡ程度と大き
くなる。このため１通常のインプレンゴム系もしくはフ
ェノールノボラック樹脂のごとき有機高分子材料から成
るフォトレジスト膜を、イオン注入のマスク材として用
いることに下記の理由によシネ可能となっている。

（１）イオン注入時の電流密度が太きいためレジスト膜
からガスを放出し、イオン注入装置内の真空度全低下さ
せ、その結果、イオンビームの減衰による注入効率の低
下や、注入装置の故障の原因となる。

この理由により、大電流イオン注入に対してのマスク材
としては現在は１例えは、１次化シリコン。

窒化シリコン、およびアルミニワム等の薄層が使用され
ている。

以下、現行のこれらのマスク材全使用した場合のイオン
注入による不純物拡散層の形成工程を図面を用いて詳し
く説明する。

まず第１図の様にＳｉ基板上に厚さ２００〜３００Ａの
５ｉ０２薄層２を熱酸化法で形成し、その上に厚さ」２
μの５ｉＵＺ薄層３＠ＣＶＤ法で付着させる。

さらに該膜３上にインプレンゴム系材質のフォトレジス
ト膜４をスピンコード法によル塗布する（第２図）。次
いで、フォトレジスト膜上に７ヤトマスクを用いて露光
し、現像処理全行って、半導体基板上の領域５０部分の
みフォトレジスト膜を除去する（第３図）。さらに選択
的に残されたフォトレジスト層５をマスク材として　３
ｉ基板ｌ上の該領域５のみ弗酸系の薬品によるウェット
エツチング法により１選択的に除去する（第４図）。

次に７オトレジスト膜４＝ｔ（ＪＭＲ剥離剤のごとき１
通常の剥離剤による処理、もしくは酸素プラズマ処理に
よ勺剥離すると　３ｉ基板Ｊ上には。

一様に残る５ｉＯｚ膜層２が付着し、さらに該酸化膜層
２上には選択的に残された５ｉＵＺ薄層３が付着してい
る（第５図）１次いで該Ｓｉ基板上に電流値数ｍ、Ａ以
上で所定の不純物を選択的に残されたａｉＯ２薄層３′
ｆｆ：マスク材としてイオン注入すると、該不純物は、
　５ｉ（Ｊｚ薄層２を透過して、Ｓｉ基板上の領域５０
部分に高濃度不純物領域６が形成される（百Ｉ’Ｇｌ−
ンＩ） 最後にＳｉ□ｚ薄層３をＰ酸系薬品で全面除去後。

Ｎ２ガス中で１０００“Ｑ１５分アニールすると、不純
物・拡散層６′が完成する（第７１囚）。

以上述べたごとく、現行の大電流イオン注入では通常の
イソプレンゴム系ネガレジストやフェノールノボラック
樹脂系のボジレジストケマスク材として用いることがで
きないため、一旦５ｉＯｚ膜のごとき別のマスク材を刺
着し、しかるのち光学処理によりパターニングする必要
かあ、す、低濃度拡散用の低電流イオン注入の場合に比
べて著しく工程が長くなるという欠点があり、これが半
導体装置の歩留りや価格に悪影響を与えている。

不発明は上記の問題点を解決すべくなされたものであり
、現行に比べて格段に能率的なイオン注入の方法全提供
するものである。

即ち不発明では、電流値２〜３ｍＡ以上の大電流イオン
注入において、従来より注入時のマスク材となるレジス
トからのガス放出を格段に少くする新規の方法を提示す
るものである。

本発明においては、イオン注入前にレジストにプラズマ
処理を施して、イオン注入時のガス放出を格段に低減さ
せることを骨子とするものである。

以下本発明の実施例につき図面を参照しながら詳細に説
明する。

第８図の様に、Ｓｉ基板１上に厚さ２００〜２５０Ａの
５ｉＯｚ薄層２が熱ば化法で形成され、該５ｉＵｚ薄層
上に１例えは、コダック社製のネガレジストＫＭＥＩ（
全スピンコード法により１，２μ　の厚さに塗布し、レ
ジスト膜層８を形成する。次に該レジスト膜層８上にフ
ォトマスク音用いて、領域５を除いて、露）’ｅＬｓ　
キシレンとエチルセロソルブアセテートｖｓ：２で混合
した現像液で現像すると。

露光された部分は、架橋反応奮起し、高分子化している
ため、現像液に溶けず、未露光部σ）領域５０部分のレ
ジスト膜のみが選択的に除去さノ１．る（第９図）。次
いでＳｉ基板１を窒素雰囲気中で１５０℃、３０分力日
熱処理する。

次に、Ｓｉ基板１全平行平板型の反応性イオンエツチン
グ装置において、窒素とヘリウムの混合ガスのガスプラ
ズマによる処理全行ν。この場合ヘリウムの混合比（体
積）は２：１〜３：工程度。

ガス圧力は６Ｘ１０　〜ＩＯＸ］、ＯＥ’Ｏｒｒ、高周
波電力は３００〜４００Ｗが適当であった。

上記の条件で１５〜２０分間処理すると、レジスト膜層
８は変質して、　４：ｔ’ｌｌ的に４．夕めて緻密なレ
ジスト膜層８′となる（第１０図）。このとき膜厚の減
少分全測定した所、プラズマ処理前の膜厚が１，３５μ
がプラズマ処理後は１．２７μと約００８μ減少したこ
とが判明し、この程度の膜減勺では段差での被覆性に関
して特に問題は生じない。

次いで該Ｓｉ基板上に電流値数ｍＡ以上で、　所定の不
純物を、選択的に残されたレジスト膜層７′をマスク材
としてイオン注入すると、該不純物は５ｉＵｚ薄層２を
透過してＳｔ基板１上の領域５０部分に高濃度不純物領
域６が形成される（第１１図）。

最後にレジスト膜層７′を酸素プラズマまたは加熱した
硫酸と過酸化水素水の混合液で処理して全面除去後Ｎ２
ガス中で１０００’Ｃ所足時間アニールすると、不純物
領域拡散層６′が完成する（第１２図）。

第１１図の大電流イオン注入において、窒素とヘリウム
ガスのプラズマで処理されたレジスト膜層７′は、従来
の該プラズマ処理を受けていないレジスト膜層４に比べ
て、格段に優れた耐熱性を有し、しかもイオン注入時ｃ
ノガス放出によるイオン注入装置の真空度の低下はほと
んど無視しうるほど少くなった。

これはイオン注入前のプラズマ処理により、レジスト膜
からすでにガスが放出された１ヒめ、イオン注入時のガ
ス放出を減らしたものと考えられる。

また注入後のレジスト膜層も通常のレジスト剥離方法に
より容易に除去可能である。

本発明の方法によれば、現行のＡｌ薄膜を設けてバター
ニングする方法に比べて、ＣＶＤ法による３ｉ０２薄膜
の付着と除去の工程全省略することが可能となり、工程
は著しく短縮することが可能とな勺、製造工程が著しく
短縮されるので、半導は自明でちる。さらに、　（、’
ＶＬＪ法によるＳ！０２膜のバターニングに比べてレジ
スト膜の方がより精密なバターニングがｎ」能となるた
め、半ｄｉ体デバイスにははるかに有利であり、千得体
装置の高性能化に貢献することは大であると言える。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は各々従来技術を示す工程順断面図で
あり、第８図乃至第１２図は各々本発明の一実施例を示
す工程順断面図である。 尚、図において、■・　・８１基板、２・　・熱酸化５
ｉｏｚ膜、３・・・・・−ｅｖｔｔ法による５ｉ（Ｊｚ
膜、４・・・・フォトレジスト膜、５−・・・イオン注
入領域、６・・・・・高濃度不純物領域、６′　・・冒
濃度不純物拡欣領域、７・・・・・ＫＭＥＲ膜、７′　
・・・・プラズマ処理されたＫＭＥＲ膜、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体基板の一主面上に選択的に共役ジエン重合体また
   は共重合体の環化物もしくはフェノールノボラック樹脂
   を含む有機高分子材料を形成する第１の工程と１次に前
   記高分子材料を窒素またはヘリウムもしくはこれらの混
   合基体のプラズマガスで処理する第２の工程と、前記フ
   リズマ処理された有機高分子材料をマスクとして該半導
   体基板に選択的に不純物を導入する第３の工程とを含む
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。