JPS6217850B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ｘ線又は粒子線用のマスクは、例えばイオン・
エツチング、イオン注入法、及びＸ線リングラフ
イ、イオリソグラフイ、電子線リングラフイに使
用できる。以下では主としてこのマスクの電子線
リソグラフイにおける使用のみについて述べる。
このように説明を限定したのは上記のマスクが電
子線リソグラフイに特に有利に使用できること、
ならびに、この場合に観察される該フアクター及
び克服しなければならない難点がこのマスクを他
の用途に使用する場合にも同様に当てはまること
のためである。ただし、説明を電子線リソグラフ
イに限定したからといつて、該マスクを他の目的
に使用できないということでは勿論ない。

寸法がμｍ領域及びそれ以下の要素を含む構造
を「写真」リソグラフイによつて製造するには、
紫外線は、必要とする分解能を与えないので、照
射源としては不適当である。このような場合に
は、放射線感応性レジストを電子で照射すること
が望ましい。そのためには、通常いわゆる電子線
パターン・ジエネレータが使用される。これらの
装置では、放射線感応性レジストでコーテイング
された加工片、例えば半導体ウエハに直接選択的
に照射し、作成しようとする構造中の最小の要素
の寸法よりも小さな直径の電子線でレジスト層の
各点を照射中に一度はビームが通るようにレジス
ト層を走査し、レジスト層を照射すべきでない全
ての位置では、走査中に電子線を遮断する。これ
らの装置により非常に小さなパターン要素をもつ
非常に複雑なパターンを満足すべき精度で転写す
ることができる。しかしながら、それらは構造が
非常に複雑であり、又得られる出力が製造条件下
で実際上使用できないほど低いという欠点があ
る。

レジスト層からごく小さな距離（≦500μｍ）
だけ離して、転写しようとするパターンを１：１
の比でうまくカバーするマスクを通して加圧片上
のレジスト層に照射すると、出力はより高くな
る。パターンを転写するには、まずマスクを加工
片に対して調節し、次に電子線（その直径は決定
的ではない）で最終的にマスクの各点が照射され
るまでマスクを一線毎に照射する。マスクは転写
しようとするパターン全体をカバーする大きさと
することができるが、その場合には、照射された
加工片を直接次の工程ステツプに向けることがで
きる。一般に、半導体技術で行なわれるように転
写しようとするときパターンがパターンの多数の
同一部分からなる場合には、パターンのそのよう
な部分一つだけを含むマスクを使用することも可
能である。その場合、照射はマスクを加工片に対
して最初に心合せする際に、パターン部分を転写
させ、次にマスクを加工片に対して少くとも部分
パターンの幅ないし長さに等しい距離だけシフト
させ、その後部分パターンを再び転写させ、望み
の数の部分パターンが加工片上の放射線感応層に
転写されるまで、これらの工程ステツプを繰返す
ようにして実施する。

この方法で必要な精度及び必要とされる高出力
パターンを転写するための必要条件は、マスクが
規定の要求を充たすことである。電子に対して透
明でなければならない場合には、どの材料でもい
くら薄くともμｍないしサブμｍ領域で厳密にエ
ツジを画定できるパターンの転写が不可能な程度
に電子が散乱する為、貫通孔を設けねばならな
い。マスク中の孔のパターンは、少くとも転写す
べき精度で転写しようとするパターンを表わすも
のでなければならない。パターンの転写に対して
マスク領域、即ち特に孔のエツジ付近の領域は正
確な厚さをもたねばならない。一方では、これら
の領域は、電子が通過すべきでない場所では全て
の電子が実際に吸収されるような厚さでなければ
ならない。他方ではこれらの領域は、パターンの
エツジにおける散乱効果を避けられないほど厚く
てはならない。この散乱効果は放射線感応器へ転
写する際のパターンの正確な画定を妨げる。最
後、高出力はそれに対応する論理的にマスクを加
熱する高い電子流によつてのみ達成できるので、
マスクは熱的に安定でなければならない。

電子線リソグラフイに使用される貫通孔をもつ
マスクは知られている。一例を示すと、L.N.
Heynickは“IEEE Transactions on Electron
Devices”ED―22巻第７号1975年７月、p.399以
下に発表した論文「有孔電極レンズによる投写電
子リソグラフイ」中で薄いクロム層及び金属で覆
つたシリコン・ウエハを製造の基礎とするマスク
を記載している。この金属層およびシリコン基板
に約25〜30μｍの深さまでマスク・パターンをエ
ツチする。続いて、マスクの孔が背面の方向にも
開く程度に、シリコン・ウエハを背面から薄くす
る。仕上つたマスクは、貫通孔をもつという条件
を満足しているものの、正確な厚さをもつマスク
を所与の工程で複製的に製造するのは不可能であ
る。“IBM Technical Disclosure Bulletin”第１
巻第２号、1971年７月、p.417に発表されたR.A.
Leone et al.の論文「整形グリツドおよび開孔の
製造」には貫通孔をもつマスクのシリコン・ウエ
ハの製造が記載されている。ここでは、先ず薄い
Ｎ―ドーピングされたエピタキシヤル層をＮ＋―
ドーピングされたシリコン基板上に成長させる。
続いて、Ｎ―ドーピングされたシリコンの存在下
でN⁺―ドーピングされたシリコンを選択的にエ
ツチするエツチング剤を用いて、基板をウエハの
背面から薄くする。こうして残つているシリコン
層（即ち主としてエピタキシヤル層）の厚さを容
易にかつ正確に制御することができる。マスクの
熱伝導性及びその電子吸収性を改良するにはさら
にエピタキシヤル層を薄い金層で覆うことが示唆
されている。貫通孔をもつもう一つのマスクとそ
の構造が欧州特許出願に記載されている。この場
合も、マスクの基礎はシリコン・ウエハである。
マスク・パターンをエツチした後でシリコン・ウ
エハを背面から薄くするには、工程の始めに薄く
するために使用するエツチング剤に対して抵抗性
をもつホウ素を高度ドーピングした規定の厚さの
表面層をウエハ前面の低度にＰードーピング基板
上に生成する。上記の最後の２つのマスクはマス
クにμｍないしそれ以下の領域の寸法をもつパタ
ーン要素を転写しようとする場合には、現在のマ
スクに対する要求から、パターンをひずませる散
乱効果がもたらされるという欠点を有している。
マスク・パターンを有する薄くした領域に比較的
広いスパンをもたせようとする場合には、必要な
熱的及び機械的安定性のためにその厚さが規定の
値を下回つてはならない。従つて、現在半導体技
術で使用されているチツプを照射する際に望まれ
ているように、これらのマスク領域がサポートな
しに数ミリメートルの範囲に及ぶことが必要な場
合には、薄くする領域の厚さが数μｍの値以下に
落ちてはならない。しかしながら、散乱効果の大
きさは、パターンを画定する孔のエツジの厚さと
共に増大する。

従つて、μｍ及びそれ以下の領域の最小寸法を
もつ構造要素を非常に高い精度で転写することの
できる高い出力の可能な表面領域の構造化のため
のマスクをもたらすこと、ならびに特にこのよう
なマスクを製造するための合理的で比較的簡単な
方法をもたらすことが本発明の目的である。

本発明に基づくマスクはタブ形溝が比較的大き
い場合でもまた従つて厚さが僅か数μｍのマスク
領域が比較的広いスパンをもつ場合でも熱応力の
下でさえも機械的に安定である。このように機械
的に安定な理由はドーピング層か比較的厚い場合
でも、本発明に基づくマスクに対する散乱効果の
ために、パターン転与の精度が損なわれないの
で、ドーピングの異なる層からなる構造を比較的
厚くすることができることである。このことは、
転写しようとするパターンがサブミクロン領域の
寸法をもつ要素を含む場合にもあてはまる。この
点で本発明に基づくマスクは、機械的安定性を大
きくすると常に転写品質が損なわれる既知のマス
クと異なる。本発明に基づくマスクの上記のよう
な大きな利点は金属層中に設計されるマスク・パ
ターンが規定のやり方で、ドーピングされた層中
のパターンをはみ出して横へ伸びていることによ
るものである。従つて、金属層中の孔のエツジ部
分では決して散乱効果が予想できないほど、マス
クを薄くすることが保証される。他方、本発明に
よつて記述される方法により、マスクの厚さが電
子の完全な吸収に必要な最小の値に近づいた場合
でも、電子がどの点でもマスク材料を貫通しない
ことが保証されるなど金属層中の孔のエツジ部分
でマスクを均一な厚さにすることができるよう
に、マスクを設計することができる。金属として
金または類似の高密度の材料を使用する場合に
は、電子の吸収が不完全になる危険なしに25keV
の典型的な電子エネルギーに基づいて金属層を１
μｍ以下にすることができる。本発明に基づくマ
スクにより、環状または閉鎖ループ形でない限
り、任意の形のパターン要素が転写できる。閉鎖
ループ形のパターン要素を転写するには２個のマ
スクが必要である。これについてはさらに後で触
れる。

本発明に基づくマスクは熱的に安定性なため即
ち高電子流（50〜100μmAオーダー）がマスク
に当たる場合でもマスクのひずみによつてパター
ンの転写品質が影響を受けることがないために、
高い出力が可能である。マスクの熱的安定性、従
つて得られる出力は、ドーピング層がホウ酸で高
度ドーピングされている場合に、うまく増大させ
ることができる。シリコン格子に導入されたホウ
素原子は、ドーピング層から形成された箔を薄く
する際の張力に影響を与えるが、これは本発明に
基づくマスクの場合には、温度を120℃に上げる
ことによつてのみ補償する事ができる。この張力
は、一方では本発明に基づくマスクの高い熱的安
定性に対して影響を与える。他方では、ドーピン
グ層中の高い張力が、有限要素の方法によつて示
されるように、マスク・パターンの決定的なひず
みをもたらさない。（パターン全体は0.1μｍ以上
ひずんではならない）単結晶性の基板は箔中での
有利なひずみを起さない張力の形成に好都合であ
る。本発明に基づくホウ素ドーピング・マスクを
用いると薄いマスク区画ないし箔のスパンが６×
６mmの場合で80m秒で５×５mmの表面を充分な強
度で照射できるほど、高い電子流を加えることが
できる。一方、前述の電子線パターン・ジエネレ
ータによると同じ表面に対して１秒以上の照射時
間が必要である。

本発明に基づくマスクによりマスクが基板の照
射すべき部分のみがカバーする寸法のものである
場合にも、即ち照射プロセスで基板の一部しか照
射できず、また照射を完了するまでにマスクを基
板に対してシフトし、マスクを基板に対して心合
せする工程ステツプを数回繰返さなければならな
い場合でも、高い出力が可能である。

本発明に基づくマスクを製造するのに特に適し
たプロセスは簡単に制御できる。このことは非常
に小さな許容差の範囲内で複製できる数分の１μ
ｍのアンダーエツチングを容易に作ることのでき
る金属層アンダーエツチングの決定的ステツプに
ついてもいえる。

本発明に基づく方法のもう一つの利点は、半導
体技術で使用される装置、薬品及び部分的にはそ
の技術をも使用できることである。

本発明に基づくマスク及び本発明に基づく方法
の他の有利な具体形については、サブクレームで
述べてある。

次に本発明を図面によりその具体形について説
明する。

以下、第１図及び第２図に基づいて、本発明に
基づくマスクの２つの具体形について考察する。

第１図はP⁺―ドーピングという点でＮ―ドー
ピングされた材料の残りの部分（基板１）と区別
される表面層３を有するシリコン・ウエハの断面
図を示したものである。一層のP⁺―ドーピング
層３、薄いクロム層５及びその上の二層の金属６
及び１６を備えている。金属層１６，６，５は、
基板表面に向つてほぼ垂直に伸びる壁を有し、マ
スク・パターンを画定する開口１４はマスク・パ
ターンに対応するものであるが開口１１よりも広
いので、マスク・パターンを有する金属層５，
６，１６はシリコン層３中の構造からはみ出す延
長部分を有している。金属層と間隔を置いて対向
するシリコン・ウエハ（第１図には図示せず）の
表面から、タブ形の溝１５が基板中に伸び、孔１
４がタブ１５に向つて開くようになつている。シ
リコン・ウエハには、Ｎ―ドーピングされた基板
ゾーン１２のリブ形ネツトワークによつて互いに
分離された多数のタブ形溝１５を設けることがで
きる。各タブ形溝は、できればこのマスク区画と
結びついた全ての孔がこのタブ形溝１５に向つて
開くように完全なマスク区画と結びつくようにす
るとよい。このような完全な区画は、例えば半導
体ウエハのチツプと結びついたマスク領域であ
り、そのためタブ形溝１５の横寸法はチツプ寸法
に合わせてある。現在６×６mmのチツプ寸法が一
般に受け入れられている。マスク中に用いるシリ
コン基板が（100）―配向の単結晶シリコン・ウ
エハである場合には、タブ形溝の壁面は、約54゜
の勾配となる。

市販品として入手できるシリコン・ウエハで
は、その典型的な厚さは約400μｍである。しか
しながら、マスク構造におけるシリコン基板の厚
さは、元の工程のシリコン・ウエハの厚さより、
小さくてもよい。このことは、例えば個々のタブ
形溝１５に結びついたマスク区画を、２つの隣接
するタブ形溝１５の壁の上記の54゜の角度及び
400μｍの基板厚さでの場合の最低点での距離よ
りも小さな間隔で配置しなければならない場合に
もあてはまる。P⁺型の表面層（これはできれば
ホウ素でドーピングしたものとする）は約１〜４
μｍの厚さである。P⁺―ドーピング層のドーピ
ング濃度は基板表面に対して垂直方向に表面から
の距離が大きくなるにつれて減少し、P⁺層の厚
さは基板表面からドーピング濃度が７×10⁹原
子／cm³の値にまで縮小した所までの距離と定義さ
れる。孔１３の最小幅は１μｍ以下である。シリ
コン基板と金層の間のクロム層は非常に薄く、典
型的な場合には約0.02μｍの厚さである。金層の
合計厚さは≦１μｍである。

金は高い熱伝導率及び大きい密度をもつため、
有利なマスク材料である。熱伝導率が高いため、
電子線を照射された場合に、マスクが速く加熱し
すぎることが防止され、密度が大きいことによつ
て、比較的エネルギーの高い電子が薄い金属に完
全に吸収されることが保証される。25keVのエネ
ルギーの電子を吸収するには、厚さ約0.8μｍの
金属で充分である。より高いエネルギーの電子を
吸収するには、金層の厚さを増さねばならない
が、シリコンと金の膨張率が異なるので、金層が
厚すぎると、電子による照射の際の不可避的な加
熱によつてマスクが望ましくない許容できない屈
曲を示すことを指摘しておかねばならない。２層
の金層があるのは、以下で考察する製造プロセス
のためである。先ず、マスク・パターンが金層中
に生成されるがこれは一般に使用されるエネルギ
ーの電子を完全に吸収するには薄すぎ、次の工程
ステツプでは、追加の金を付着することによつて
マスク・パターンが必要な程度に厚くなる。非常
に薄いクロム層は、金属のシリコン基板への接着
を改良するためのものである。Ｎ―ドーピングさ
れた基板材料のタブ形溝１５の間のリブ形ネツト
ワークの目的はマスクに充分な安定性を与えて、
マスクが機械的応力及び熱応力に耐えられ、また
適当な配慮をもつて取扱えば、損傷を与えずに製
造条件下で扱えるようにすることである。リブ形
ネツトワークは、その厚さが比較的大きいために
この安定化させる効果を保証することができる。
個々のリブ１２は比較的大きなスペースにする事
が必要であるが、本発明に基づくマスクでは隣接
するリブ１２間のマスク区画の表面積がかなり大
きくなり得るので、全てのリブ１２に対して必要
なスペースはマスク表面全体に対して比較的小さ
い。

P⁺―ドーピング層３中の孔構造は、金属のマ
スク・パターンを支持し、リブ１２間のマスク区
間内でマスクにその熱的及び機械的安定性を与え
る。このためには、層３はホウ素で高度にドーピ
ングされ、従つて非常に固くなつている場合で
も、最小の厚さにしなければならない。マスクに
よつて高い出力を得るには、できるだけ大きな強
度の電子線を照射すべきである。従つて、ビーム
の強度と共にマスクの加熱が増大するので、熱負
荷に耐えることができなければならない。例え
ば、60μＡの放射電流及び25keVの電子エネルギ
ーでは、マスクは100℃まで加熱される。放射電
流が100μＡに増大すると、他の条件を変えずに
おけば、マスクは200℃まで加熱される。他方、
半導体域では回路の密度を増加させ、回路要素を
小型化する傾向にあることを考慮しなければなら
ない。従つてマスク中のパターン要素は、それに
応じて小さくしなければならない。今回では幅≦
１μｍのパターン要素はもはや珍らしくない。孔
１４の横寸法が開口１１と同じ、即ち一定の断面
積をもつマスク開口部が各金属層及び層３中を伸
びるとし、また孔が１μｍより小さく、層３の厚
さを安定性のために３〜４μｍとした場合電子線
照射中に散乱効果が起つて転写されるパターンの
エツジの画定を悪くし、従つてマスク・パターン
の精密な転写を妨げることになる。本発明に基づ
くマスクでは、金属層５，６，１６中のマスク・
パターンが層３の構造からはみ出して、伸びてい
るため、この問題は起こらない。即ち一方ではマ
スク・パターンの厚さが金属層の厚さにまで減少
して散乱効果の危険が取除かれ、他方では、マス
ク・パターンの開口の幅とは無関係に、マスクの
使用条件下でマスク区画の最適安定化に必要な厚
さをもつ層３の構造によつてマスク・パターンが
支持されることになる。

マスク・パターンは、金層または薄いクロム層
と金属からなる合成コーテイングで実現しなくて
もよい。高い密度及び高い伝導性を有し、利用可
能な方法によつて、マスク・パターンを（非常に
小さな要素をもつパターンさえも）必要な精度で
製造できる金属なら全て使用できる。さらに金属
は基板に十分に接着するものでなければならな
い。基板としては、シリコン以外に例えば砒化ガ
リウムまたはゲルマニウムなど他の半導体材料も
使用できる。従つてこれらの材料は、半導体分野
での長期に渉たる精力的な開発研究のおかげでか
なりの専門知識、特にこれらの材料中に非常に小
さく複雑な構造を精確にかつ複製可能な方法で製
造するための必要な装置が存在するため、特に有
利である。その上、半導体材料は、ドーピングし
てエツチング剤の攻撃に対して材料のドーピング
操作にさらされなかつた領域に比べて全く異なる
反応のできる、例えば第１図のP⁺―ドーピング
層３のような領域を形成することができる。

上記の有利なドーピング効果を得るには、P⁺
―ドピング表面層と別の方法でN⁺―ドーピング
された基板を組合せることが必ずしも必要ではな
い。表面層をＮ―ドーピングし、残りの基板を
N⁺―ドーピングした場合でも、必要な効果は得
られる。しかしながら、先に指摘したようにP⁺
―ドーピングの方がホウ素がシリコンに対して安
定化させる影響のために、より有利である。

先に記載した通り、マスクは従来の半導体ウエ
ハの寸法にすることもまたタブ形溝１５の間のリ
ブ１２によつてマスク区画に分別して、これらの
区間の横寸法を従来の半導体チツプの寸法に合わ
せあるいは１つないし２つのタブ形溝１５によつ
て画定される寸法即ち例えば１個ないし２個の半
導体チツプの横寸法にすることもできる。

次に、第２Ａ図〜第２Ｉ図によつて第１図に概
略的に示した本発明に基づくマスクの製造方法を
説明する。

基板１としてＮ―ドーピングされた（100）―
配向の単結晶シリコン・ウエハを使用する。その
厚さは典型的なものでは約400μｍであるが、約
100〜400μｍにすることもできる。基板１の片面
（以下では背面と称する）を二酸化珪素層で厚さ
±0.5〜１μｍにコーテイングする。このために
は、シリコン・ウエハを例えば熱的に酸化し、規
定の時間約1000℃の温度で酸素／水蒸気雰囲気に
さらし、冷却後背面と対向する面（以下では前面
と称する）に成長した酸化物を除去する。こうし
て形成された構造を第２Ａ図に、シリコン・ウエ
ハの断面図として部分的に示す。

続いて、基板１を前面からP⁺―伝導性をもた
らす不純物で高度にドーピングする。不純物とし
てはホウ素を使用すると有利である。ドーピング
するには、不純物のイオンを既知の方法で注入す
るか、あるいは拡散源としてホウ素―ドーピング
されたシリコンを用いて真空カプセル中で高温で
拡散を行なうか、または開管中でホウ素源として
できればBBr₃を含むキヤリアガスを半導体ウエ
ハ上に流して、不純物を拡散させる。ドーピング
中にP⁺―ドーピングされた表面層３が形成され
る。そのドーピング濃度は表面で最も高く表面か
らの距離と共に減少し、その厚さは、ドーピング
濃度が７×10¹⁹不純物原子／cm²となる所の表面か
らの距離として定義される。こうして得られた構
造を、第２図に断面図として示す。一般に層３は
基板１上に付着されたエピタキシヤル層とするこ
ともできる。

写真リソグラフイエツチング法によつて、次に
ウエハ背面の酸化物層２中に開口４をもうける
（第２Ｃ図を参照のこと）。開口４の横寸法は、後
の工程ステツプでエツチすべきタブ形溝の横寸法
によつて決まる。

後の各工程ステツプで興味のある細部をよりわ
かりやすくするため、第２Ｄ図〜第２Ｉ図（第２
Ａ図〜第２Ｃ図とちがつて半導体ウエハの厚さ全
体の断面図を表わす）に製造すべきマスク構造の
前側表面領域の拡大断面図を示す。

ウエハ前面に典型的な場合厚さ0.02μｍの薄い
クロム層５をまたその上に約0.3μｍの金属６を
通常の蒸着法によつて付着する。金属６の上に厚
さ約0.8μｍの二酸化ケイ素層７を約≦600℃の温
度でできれば化学的蒸着法または陰極スパツタリ
ングによつて成長させる。二酸化ケイ素層７上
に、厚さ約0.1〜１μｍの放射線感応性レジスト
の層８をspin on法で付着する。こうして得られ
た構造を第２Ｄ図に断面図として示す。高分解能
のマスク・パターンを製造しなければならないの
で放射線感応性レジストは電子線に対して感応す
るものでなければならない。

次に電子線パターン・ジエネレータによつて、
レジスト層８を各マスク・パターンに基づいて選
択的に照射する。次に現像プロセスが続き、望み
のマスク・パターンを厳密に表わすレジスト層８
のパターンが残る。現在市販品として入手できる
最良の電子線パターン・ジエネレータを用いて、
厚さ約0.5〜１μｍのレジストで幅≦μｍの線を
最大の精度でレジスト中に移転することが可能で
ある。現像の後、第２Ｅ図に断面図として示す構
造が得られる。

次に工程ステツプでは、CHF₃またはCH₄／H₂
混合物を含む雰囲気中での反応性イオン・エツチ
ングにより、SiO₂層７を選択的に、即ちレジス
ト・マスク８に開口９のある領域からエツチ・オ
フする。反応性イオン・エツチングとしては、約
40mTorrの圧力で作動する平均陰極システムを使
用する。HF圧力は、約0.2ワツト／cm²であり、
CF₄とH₂を使用する場合の流速比CF₄：H₂は約
3.5：１である。レジスト層中のパターンは、比
較的厚いSiO₂層中にも、この場合と同様に完全
に等寸大でエツチすることができ、その場合もパ
ターンは線の幅が≦１μｍとなる。反応性イオ
ン・エツチングではレジスト層８は少しだけ取除
かれる。二酸化ケイ素層７中の開口部は基質表面
に向つて垂直な壁面を有し、レジスト層８中の開
口部と厳密に心合せされている。こうして得られ
た構造を第２Ｆ図に断面図として示すが、ここで
はマスク・パターンに対応する開口部は１０の記
号をつけてある。

こうして露出された層６の領域及びその下側の
薄いクロム層５の領域をイオン・エツチングによ
つてアルゴン・イオンでエツチ・オフする。イオ
ン・エツチングの後、構造は第２Ｇ図に断面図と
して示した姿となる。マスク・パターンに対応す
る開口部は、第２Ｇ図では１１の記号を付けてあ
る。アルゴン・イオンによるエツチングは、エツ
チ速度が低く選択性の小さなエツチング法であ
る。そのため0.3μｍの金属のみが沈着された。
イオン・エツチングは以下の条件で行なう。

エツチング・システム：アルゴン・プラズマに
よる平面陰適システム、または（Ar）イオンビ
ーム発生源を含む高級高真空システム。

圧力：10^-3Torr アルゴン・イオンのエネルギー：約1keV 次の工程ステツプでは、P⁺―シリコン層を選
択的にエツチする。この場合、反応性イオン・エ
ツチング法を使用し、アルゴンと塩素を含む雰囲
気中で操作を行なう。厚さ約0.8μｍのSiO₂層７
中の構造をエツチング・マスクとして使用する。
エツチング条件は、SiO₂とSiのエツチ速度比かつ
１：10となるように選択することができる。平面
陰極システムを用いて、約１×10^-2Torrの圧力
で97体積％のアルゴンと３体積％の塩素を含む雰
囲気中でこのプロセスを行なう場合には、基板表
面に対して垂直な壁面をもつ開口がP⁺―ドーピ
ング・シリコン層中にエツチされる。アンダー・
エツチングは検出できない。層３のエツチング中
に、層７も徐々に取除かれる。（残つているSiO₂
残渣は、緩衝フツ化水素酸に浸せば最もよく除去
される。）層３をエツチした後、第２Ｈ図に断面
図として示した構造が得られる。マスク・パター
ンに対応する層３中の開口は、第２Ｈ図では１３
の記号をつけてある。シリコン中のエツチングの
深さは全く問題にはならず、P⁺―ドーピング層
３の定義された厚さより大きいはずだというだけ
である。

次の工程ステツプでは、P⁺―ドーピング層３
中の孔１３を孔１４に拡大する。この工程ステツ
プの決定的要素は、クロム層５および金層６を精
密に規定した量だけアンダー・エツチすることで
ある。このためには、プラズマ・エツチング法を
利用して、四フツ化炭素を含む雰囲気中でP⁺―
ドーピング・シリコンを約20〜40nm／minのエ
ツチ速度でエツチすることができる。しかしなが
ら、このプラズマ・エツチング法では完全に満足
できる結果は得られない。

より優れたアンダー・エツチングの方法は、エ
チレンジアミン、ピロカテコール、水および必要
ならば過酸化水素水からなるエツチ溶液を用いた
湿式エツチングである。この溶液は、できればピ
ロカテコール72g、エチレンジアミン630ml、115
mlおよびH₂O₂29mlからなるものとし、＜118℃の
温度で使用する。この溶液の特徴は、それぞれＮ
―でドーピングされたあるいはP⁺―ドーピング
されない単結晶シリコンを異方的にエツチし、
（100―面は111―面よりも約16倍早くエツチされ
る）現在まで想定されている所ではP⁺―ドーピ
ング・シリコンを全くエツチしないことである。
なお、本発明に関して行なつた調査では、P⁺―
ドーピング・シリコンもこのエツチ溶液によつて
僅かに攻撃され、即ちこの溶液はP⁺―ドーピン
グ・シリコン≦10nm／minの速度で等方的にエ
ツチすることがわかつている。従つてこのエツチ
溶液は、ここで必要とするアンダー・エツチング
を行なうのによく適している。このアンダー・エ
ツチングでは、Ｎ―ドーピングされた基板材料も
比較的大きな速度でエツチされる。しかしながら
この材料はタブ形溝１５のエツチングの際に何ら
かの方法で取除くことになつているのでこのこと
は全く差しつかえない。アンダーエツチングによ
り、第２Ｉ図に断面図として示す構造がもたらさ
れる。

精密なアンダーエツチングには、シリコンを非
常に低い速度で、等方的に除去する極めて適した
乾式エツチング法も存在する。この場合エツチン
グは真空室（プラズマなし）中でフツ素（F₂）を
用いて行なわれる。操作は容器中の固体二フツ化
キセノン（XeF₂）から開始する。この容器は弁を
介してエツチすべき基板された真空室に接続され
ている。約≦10Torrの圧力でXeF₂が分解し、解
離したF₂が真空室に流入する。

アンダーエツチングの後、開口４をもつ二酸化
ケイ素層をエツチング・マスクとして、タブ形溝
１５をウエハ背面からエツチする。エツチングに
は、エチレンジアミン、ピロカテコール、水およ
び必要ならば過酸化水素（これらは、アンダーエ
ツチングにも使用できる。有利な組成については
上記を参照のこと。）を≦118℃の温度で使用す
る。タブ形溝をエツチするには、ウエハ前面をエ
ツチ溶液の攻撃から保護するためのエツチング・
カバーで保護する。このエツチ溶液の上記の特性
のために、タブ形溝１５のエツチングは非常に容
易に制御できる。実際上は、このエツチングは層
３のドーピングを実施した条件によつて支配され
る。例えばウエハ表面に対して垂直なエツチン
グ・プロセスは背面から来るエツチ溶液がP⁺―
ドーピング層３とこの層の不純物濃度が≧７×
110¹⁹原子／cm³の場所で接触するように、開口４
の領域内で基板材料を取除いた場合には完全に
（または最近の知見によればほぼ完全に）停止す
る。タブ形溝のエツチングの後（第２の金属１６
は別として）第１図に断面図として示したような
構造が得られる。

最後の工程ステツプでは、必要な場合には金層
６を追加の金層によつて規定のエネルギーで衝突
する電子を完全に吸収するのに必要な最小の厚さ
にまで拡げる。先に指摘したように、金層は必要
な厚さよりも薄くてはならない。金層１６は、で
きれば蒸着によつて付着し、蒸着ソースはできる
だけ尖形にし、マスク構造の横変化を防止するた
めに使用すべきマスク構造からできるだけ離した
所に置く。

こうして得られたマスク構造の断面を第１図の
断面図に示す。

以上説明したプロセスは、上記に記載した他の
材料を実際のマスク・パターンを作るためのある
いはドーピングのための基板金属層として使用す
れば専門知識の範囲内で実験によつて容易に修正
できる。

本発明に基づくマスクは、放射線感応性レジス
ト中に「写真」リソグラフイによつて構造を作ろ
うとする場合に使用できる。この種のレジスト構
造は、例えば半導体ウエハ中の超小型回路の製造
およびエツチング・マスクおよびリフト・オフ・
マスクとしての磁気バブル要素の製造に使用でき
る。本発明に基づくマスクを用いて、放射線感応
性レジスト層中に幅＜１μｍのパターン要素をも
つパターンを転写することができる。このような
パターンの転写は、既知の電子線パターン・ジエ
ネレータによつても可能であるが、これら既知の
装置では大量生産に必要な高い出力は得られな
い。本発明に基づくマスクは、パターンを最大の
精度で転写できるという利点をもつだけではなく
高い出力を得られるという追加的利点をもつ。そ
れが可能なのは、本発明に基づくマスクが許容で
きないほど強くひずむことなく、例外的に高い電
子流で照射できるためである。即ち高い電子流は
転写しようとするパターンのひずみを起さず、高
い出力を保証する。直径約82mmの円形の半導体ウ
エハを60μＡの電子流で完全に照射するには、８
秒を要する。但し、本発明に基づくマスクが作成
すべきパターンを完全にもたらすとしてのことで
ある。多数の全く等しいチツプから構成される半
導体ウエハを照射しようとする場合および本発明
に基づくマスクが１つのチツプの寸法のみに対応
するパターンを表わす場合、即ち各チツプを照射
した後、マスクを半導体ウエハに対して１つのチ
ツプの幅だけシフトさせる場合には、ウエハ全体
を照射するに要する時間は、半導体ウエハ上に約
200個のチツプがあると仮定して、約90秒にまで
増加する。

照射は、調節装置中で本発明に基づくマスクを
加工しようとする加工片、例えば放射線感応性レ
ジストでコーテイングされた半導体ウエハに対し
て心合せし、次にその前面サイドを加工片から約
＜500μｍ離れた所に置き、次にできれば直径約
１mmの電子線でマスク上の各点を１度はビームが
通るまでマスクを１線毎に走査して実施する。

明らかなように、物体中の強い電子吸収のため
に貫通孔をつけることの必要な、本発明に基づく
マスクによつては環状または閉鎖ループ形のパタ
ーン要素を転写することはできない。この問題は
互いに相補する環状パターン要素の各部分を含む
２つのマスクを使用して、両方のマスクを通して
レジスト層を照射したときに環状のパターン要素
が潜在的に形成されるようにすることで解決でき
る。このような方法は、ドイツ特許公開明細書
2739502に記載されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づくマスクの１具体形の断
面図、第２Ａ図乃至第２Ｉ図は本発明のマスクを
製造するための各製造段階における金属半導体層
構造の断面を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ マスク・パターンを画定する貫通孔をもつ少
   くとも一層の金属層及び金属層で覆われた半導体
   ウエハからなり、金属層で覆われた表面（前面）
   から、他のウエハ表面（背面）から半導体材料中
   に伸びる少くとも１つのタブ形溝へと伸びる、マ
   スク・パターンと一致する貫通孔を有する粒子線
   またはＸ線用のマスクであつて、半導体基板中
   の、ドーピングの点で基板１の残りの部分と異な
   る表面層３中に設けられた横寸法が金属層５，
   ６，１６中の開口１１よりも大きい孔１４を備
   え、金属層５，６，１６がそれぞれ層３上に突出
   するようにすることを特徴とするマスク。