JP2004158527A - Stencil mask for ion implantation - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はイオン注入工程用ステンシルマスクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子加工において、従来のイオン注入方法はリソグラフィー技術により、被イオン注入基板（ウエハ等）における非イオン注入部をレジストでマスキングし、レジストでマスキングされていないイオン注入部にイオンを注入するものであった。この手法ではイオン注入工程の他、レジストプロセス（レジスト塗布、熱処理、露光、現像）工程や、イオン注入後に不要となったレジストのアッシングによる除去処理、ウエハー洗浄工程などが付帯する。したがって、工程時間が長くなるとともに、非常に高価な最新の露光装置が必要になることや、設計毎にマスク（レチクル）が必要になるなどコストアップの問題や、プロセス毎に設備が必要であることから、広いフットスペース（装置占有スペース）が必要であるという問題があった。
【０００３】
上記問題の解決策として、貫通孔を有した等倍ステンシルマスクを用いたイオン注入方法が開発された（Ｔ．Ｓｈｉｂａｔａ他，２０００年１２月１１−１３日米サンフランシスコで開催された「２０００ＩＥＤＭ」，講演番号１８．６に関する非特許文献１参照。）。
【０００４】
【非特許文献１】
「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＦＰＤ Ｗｏｒｌｄ」、（株）プレスジャーナル社出版、２００１年１月号、ｐ．３２−３７
【０００５】
この手法は、等倍マスクを使って露光をするが如くウエハ上にイオンを打ち込んでいく方法であり、工程数の大幅な低減により、実質的なプロセスタイム（ＲＰＴ：Ｒａｗ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｔｉｍｅ）を従来比１／４に低減できるほか、ウエハ面内にチップ単位でスキャンしてイオンビームを打ち込んでいく注入法であるため、チップ単位での注入量制御により個々にしきい電圧をコントロールすることが可能である。
またリソグラフィープロセスの省略効果により、製造設備の低減、フットスペース（装置占有スペース）の低減が可能となるため、製造コスト、プロセスコストの大幅な削減が可能となる。
この様にこの手法により大きなメリットが期待されるが、この方法の実現化のためには、専用装置開発の他にイオンビーム成形のために新たに採用されるステンシルマスク（本発明では特にイオン注入用等倍ステンシルマスクという）の開発、実用化が重要課題である。
このようなイオン注入用等倍ステンシルマスクでは、等倍であるが故に、図４に示す貫通孔パターン３のサイズを小さくする必要があるため、貫通孔パターンのアスペクト比（パターンの幅と深さの比）の観点より、貫通孔パターン（ステンシルパターン）を形成している薄膜部２（メンブレン）を薄くする必要がある（通常５μｍ程度以下）ので、マスクへのイオン打ち込み効果（Ｐｅｅｎｉｎｇ効果）により照射部分の圧縮性応力が容易に生じ、支持体１に支持された薄膜部２の撓みを生じる。この薄膜部の撓みにより、マスクパターン位置精度の悪化を招いてしまう他、このイオン注入用等倍ステンシルマスクを用いるイオン注入法ではマスクと被注入基板（ウエハー）を数十μｍに近接して、プロセスを行なうため、極端な圧縮応力が生じる場合にはマスクとウエハーとの接触を招いてしまう。
これに対し、一般的な縮小系イオンビーム成形用ステンシルマスクでは、貫通孔パターンのサイズが比較的大きく、貫通孔パターンを形成している薄膜部（メンブレン）が比較的厚くすることができる（２０μｍ程度）ので、薄膜部に撓みを生じにくい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記イオン注入用等倍ステンシルマスクの問題に対する対策として従来以下の方法が提案されている。
上述した注入による圧縮応力はＰｅｅｎｉｎｇ作用によりマスク内にイオンが打ち込まれることによるマスク材料の体積膨張により発生する。そのため、応力変動対策の１つの手法として熱処理により体積歪を緩和する方法が提案されている。しかしながら、この方法では短期間毎の熱処理が必要となるため、実用的ではない。
【０００７】
他の方法としては、パターン形成のための薄膜部の材料を高弾性率化する、即ち高ヤング率化する方法が考えられる。パターン領域を構成する薄膜部の撓みは、適用する材料のヤング率に反比例するため、薄膜部の構成材料を高ヤング率化するほど、撓み低減化が可能となる。
この方法は効果はあるが、薄膜部の高ヤング率化により、パターン領域を構成する薄膜部の応力制御が困難になる。例えばダイアモンドはヤング率１０００ＧＰａ以上を有すると報告されているが、膜応力はヤング率と膜の構造的な歪の積で表されるので、高ヤング率材料での膜応力制御では非常にシビアな歪制御が必要となり、加工安定性が乏しくなる。また、貫通孔パターンを高精度に形成するためにヤング率が高くてもドライエッチングがしにくい材料は適さないので、材料選定の観点からも困難である。
【０００８】
なお、Ｓｈｉｂａｔａ氏らは上記ＩＥＤＭ２０００でＳｉステンシルマスクのＳｉ薄膜部に窒素をドープし、マスク耐久性を向上したと報告している。この手法もＳｉ薄膜部を窒化することにより、膜の機械的強度を向上したものであるが、上述同様に膜応力制御が困難となる。パターン領域を構成する薄膜部の引張応力が大きくなると、薄膜部に形成されている貫通孔パターンの位置歪が生じて、その結果パターンの位置精度の低下を生じると共に、貫通孔パターンの形状変化を生じさせてしまう。極端な場合にはパターンコーナー部分やパターン局所的な凹部分など、局所的に応力集中を生じやすい部分よりクラックを生じることが考慮される。
【０００９】
その他、耐久性を向上させる方法としてパターン領域を構成する薄膜部の厚膜化が考えられる。薄膜部の撓みは薄膜部の膜厚の３乗に反比例するため、薄膜部の厚膜化の効果は大きいが、薄膜部の厚膜化によって形成するパターンの幅と深さの比（アスペクト比）が大きくなり過ぎると薄膜部に正常な貫通孔（トレンチ加工）ができなくなってしまう。また、Ｐｅｅｎｉｎｇ効果による薄膜部の圧縮応力が非常に大きくなってしまう。これらのことにより、薄膜部の膜厚に関しては根本的な対策とは言えない。特に、イオン注入用等倍ステンシルマスクでは、等倍であるが故に、貫通孔パターンのサイズを小さくし、貫通孔パターン（ステンシルパターン）を形成している薄膜部（メンブレン）を薄くする必要があるので、これらの要求と相反する薄膜部の厚膜化は困難である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の構成を有する。
（構成１） 支持体に支持された薄膜部にイオン注入用の貫通孔パターンを形成してなるイオン注入用ステンシルマスクであって、
前記薄膜部の少なくともイオンビームが照射される側に、イオン吸収層を形成したことを特徴とするイオン注入用ステンシルマスク。
（構成２） 支持体に支持された薄膜部にイオン注入用の貫通孔パターンを形成してなるイオン注入用ステンシルマスクであって、
前記薄膜部の少なくともイオンビームが照射される側に、イオン吸収層を形成し、
前記イオン吸収層が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂの少なくとも１つ以上が主構成材料として５０ａｔｍ％以上含んでいることを特徴とするイオン注入用ステンシルマスク。
（構成３） 構成１又は２記載のマスクにおいて、イオン吸収層を構成する膜中の含有水素濃度が１０ａｔｍ％以下であることを特徴とするイオン注入用ステンシルマスク。
（構成４） 構成１〜３のいずれかに記載のマスクにおいて、イオン吸収層を構成する膜はゼロ応力〜引張応力であることを特徴とするイオン注入用ステンシルマスク。
（構成５） 構成１〜４のいずれかに記載のマスクの製造方法であって、基板としてＳｉ／ＳｉＯ２／Ｓｉ構造のＳＯＩ基板、又はＳｉ／金属材料、金属化合物、炭素又は炭素化合物／Ｓｉ構造の多層基板を用い、この基板を加工してマスクを得ることを特徴とするイオン注入用ステンシルマスクの製造方法。
（構成６） 構成１〜４のいずれかに記載のマスクの製造方法であって、前記イオン吸収層を構成する膜中の含有水素濃度を１０ａｔｍ％以下とする目的で、イオン吸収層をイオンビーム成膜法、スパッタ法、真空蒸着法などの物理的成膜法により形成することを特徴とするイオン注入用ステンシルマスクの製造方法。
（構成７） 裏面エッチング加工によって薄膜層を支持するための支持体を形成するための基板と、該基板上に形成されたエッチングストッパー層と、該エッチングストッパー層上に形成された薄膜層を有するイオン注入用ステンシルマスク用基板であって、
前記薄膜層上に、イオン吸収層を形成したことを特徴とするイオン注入用ステンシルマスク用基板。
【００１１】
以下、本発明について詳細に説明する。
本第１発明は、上述した問題を解決するために成されたものであり、
支持体に支持された薄膜部にイオン注入用の貫通孔パターンを形成してなるイオン注入用ステンシルマスクであって、
前記薄膜部の少なくともイオンビームが照射される側（表面側）に、イオン吸収層を形成したことを特徴とするイオン注入用ステンシルマスク（構成１）である。
上記第１発明は、上述した問題に対して、イオン吸収層を形成することにより、パターン領域（薄膜領域）部分即ち薄膜部の長寿命化を可能にしたものである。
第１発明では、イオン吸収層を形成しない場合に比べマスクの長寿命化を図る目的で、イオン吸収層を形成できる。
第１発明では、薄膜部にイオン濃度１×１０１４ａｔｍ／ｃｍ３を超えてイオンが注入されても貫通孔パターンの許容位置精度を超えて薄膜部が撓まないようにする目的で、イオン吸収層を形成できる。この結果、マスクの耐久性向上、長寿命化が図れる。Ｓｉ薄膜部はイオン濃度１×１０１２ａｔｍ／ｃｍ３を超えてイオンが注入されるとＳｉ薄膜部が大きく撓んでしまい、マスクとして使用できなくなる。また、ＳｉＮ，ＳｉＣからなる薄膜部はイオン濃度１×１０１４ａｔｍ／ｃｍ３を超えてイオンが注入されると貫通孔パターンの許容位置精度を超えてＳｉＮ，ＳｉＣからなる薄膜部が撓んでしまい、マスクとして使用できなくなる。
第１発明では、薄膜部にイオン濃度１×１０１８ａｔｍ／ｃｍ３を超えてイオンが注入されても貫通孔パターンの許容位置精度を超えて薄膜部が撓まないようにする目的で、イオン吸収層を形成できる。このイオン濃度は、１回の注入量を１×１０１３ａｔｍ／ｃｍ３とした場合１万回のイオン注入に相当するものであり、マスクの耐久性向上、長寿命化が従来に比べ著しく向上でき、イオン注入用ステンシルマスクの実用性が飛躍的に高まる。
第１発明では、イオン吸収層を形成しない場合に比べ薄膜部へのイオン衝撃を緩和する（避ける）目的で、イオン吸収層を形成できる。これは、イオン吸収層によって、イオンを全て又はほぼ吸収し、薄膜部へイオンが注入され薄膜部がイオン衝撃を受けるのを避ける又は緩和するためである。
第１発明では、イオンを効果的に吸収する作用を有するイオン吸収層を形成することが好ましい。イオンを効果的に吸収する作用とは、イオン吸収層によって、イオンを全て又はほぼ吸収する作用をいう。
第１発明では、イオンを吸収（注入）しても膜応力変化が小さい（材料からなる）イオン吸収層を形成することが好ましい。具体的には、例えば、低ヤング率材料からなるイオン吸収層を形成することが好ましい。イオン吸収層のヤング率Ｅｍが非常に小さければ（具体的には８０ＧＰａ以下、好ましくは２０ＧＰａ以下）、イオン吸収層へのイオン注入によりイオン吸収層に体積歪が生じても、次に示す応力−歪み関係式により、イオン吸収層の膜応力変化を小さく抑えることが可能となる。
応力は次式に示す様にヤング率と歪の積で求められる。
σ＝Ｅｍ×ε
ここでσは応力、Ｅｍはヤング率、εは歪（この場合は体積歪）である。
即ち、Ｐｅｅｎｉｎｇ作用により、体積歪が変化することにより膜応力は変化するが、上式よりヤング率Ｅｍが非常に小さければ、イオン吸収層へのイオン注入によりイオン吸収層に体積歪が生じても、ヤング率効果（応力−歪み関係式）により、イオン吸収層の膜応力変化を小さく抑えることが可能となる。
イオン吸収層は、低応力材料又は膜応力を低応力に制御可能な材料を用いることが好ましい。
イオン吸収層の膜質は、低応力制御性及び照射されたイオンの膜中への進入長（飛程）の低減の観点等から、アモルファス体あるいは多結晶体もしくは多結晶とアモルファスの混晶であることが好ましい。
イオン吸収層は、その膜中の含有水素濃度が１０ａｔｍ％以下であることが好ましい（構成３）。水素が１０ａｔｍ％以上含まれるとビーム照射耐性が極端に低下するためである。ビーム照射耐性の低下をより低減する観点から、イオン吸収層を構成する膜中の含有水素濃度は７ａｔｍ％以下であることが好ましく、５ａｔｍ％以下であることがさらに好ましい。
第１発明では、前記薄膜部の少なくとも表面側（イオンを照射する側、イオン源側）にイオン吸収層を形成することによって、最も効果的に上述した効果を得ることができる。前記薄膜部の表裏両面側にイオン吸収層を形成すると、応力バランスが取れ、基板がゆがまないなどの効果が得られる。さらに、マスクの全面、即ちマスクの表裏両面側及び側部に連続一体的にイオン吸収層を形成すると、マスクの導電性向上や、マスクの耐久性向上、等を図ることが可能となる。
第１発明では、前記薄膜部がシリコン又はシリコンを主体とした材料（Ｐ，Ｂなどの不純物をドープしたシリコンを意味し、ＳｉＮ，ＳｉＣなどの化合物は除かれる）（以下シリコン薄膜部という）であると、前記薄膜部がＳｉＮ，ＳｉＣなどからなる場合に比べ、シリコン薄膜部の応力制御が容易であり、シリコン薄膜部における貫通孔パターンの位置精度確保が容易であり、シリコン薄膜部への貫通孔形成加工（トレンチエッチング）が高い加工精度で容易に可能であるので好ましい。
上記第１発明では、前記支持体を形成するための基板が、シリコン又はシリコンを主体とした材料（Ｐ，Ｂなどの不純物をドープしたシリコンを意味し、ＳｉＮ，ＳｉＣなどの化合物は除かれる）からなる場合に適用すると、平坦度が高くかつ高品質の基板を安定的に入手可能であり、高い加工精度で容易に加工が可能であるので好ましい。
なお、上記第１発明では、前記薄膜部がＳｉＮ，ＳｉＣ等であると、前記薄膜部がＳｉからなる場合に比べ、イオン注入に対し撓みにくいが、本発明のイオン注入層を形成すると、マスクの耐久性向上、長寿命化を著しく向上することが可能となり、イオン注入用ステンシルマスクの実用性を飛躍的に高めることが可能となる。
上記第１発明では、イオン吸収層の厚さに関し、例えば図２（１）に示すように、Ｓｉ薄膜部の厚さが５μｍの場合、イオンが注入されるのは、表層の０．１〜０．３μｍ程度であることが判った。これに基づき、イオン吸収層をアモルファスＳｉとする場合においては、図２（２）に示すようにアモルファスＳｉからなるイオン吸収層の厚さが０．０５〜０．３μｍ程度であれば本発明の効果を十分に得られることが判った。また、イオン吸収層が金属である場合、アモルファスＳｉからなるイオン吸収層よりも薄くても（例えば０．１μｍ程度）本発明の効果を十分に得られることが判った。イオン吸収層の厚さが０．０５〜０．３μｍ程度であると、膜応力は、膜の内部応力と膜厚との積で決まるため、イオン吸収層自体の膜応力を小さく抑えることができ、その結果、イオン吸収層が薄膜部に与える応力の影響を低減できる。仮に、イオン注入用ステンシルマスクにおける薄膜部の厚さが１μｍ前後に極端に薄くなり、薄膜部の引張応力が小さくなり、その結果薄膜部が極端に撓みやすくなった場合においても、イオン吸収層の厚さが０．０５〜０．３μｍ程度であれば、薄膜部に与える応力の影響を最小限に抑えることが可能である。なお、薄膜部やイオン吸収層へイオンが注入される深さは、イオンエネルギーや、薄膜部やイオン吸収層の材料、密度、結晶性等により変動するが、その場合においても、薄膜部やイオン吸収層へイオンが注入される深さを調べ、イオン吸収層の厚さを調整することが好ましい。
上記第１発明は、特に、イオン注入用等倍ステンシルマスクの寿命及び耐久性化を著しく向上させ、イオン注入用等倍ステンシルマスクの実用性を飛躍的に高め、イオン注入用等倍ステンシルマスクの実用化を図る上で必要不可欠である。上記第１発明は、一般的な縮小系イオンビーム成形用ステンシルマスクにおいて、さらなるマスクの耐久性向上、長寿命化を図る目的で、かかるマスクに適用することができる。
【００１２】
本第２発明は、上述した問題を解決するために成されたものであり、
支持体に支持された薄膜部にイオン注入用の貫通孔パターンを形成してなるイオン注入用ステンシルマスクであって、
前記薄膜部の少なくともイオンビームが照射される側（表面側）に、イオン吸収層を形成し、
前記イオン吸収層が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂの少なくとも１つ以上が主構成材料として５０ａｔｍ％以上含んでいることを特徴とするイオン注入用ステンシルマスク（構成２）である。
上記第２発明は、上述した問題に対して、上記所定のイオン吸収層を形成することにより、パターン領域（薄膜領域）部分即ち薄膜部の長寿命化を可能にしたものである。また、マスク諸特性（パターンエッジラフネス、パターン位置精度、コンタミネーションなど）に影響を与えること無く、マスクの耐久性を向上させるものである。
上記第２発明において、「Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂの少なくとも１つ以上が主構成材料として５０ａｔｍ％以上含んでいる」とは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂのうちから選ばれる一種からなる場合、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂのうちから選ばれる二種以上からなる場合、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂのうちから選ばれる一種又は二種以上を５０ａｔｍ％以上含む場合、がある。
イオン吸収層の主構成材料が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎの場合にはＰタイプ，Ｎタイプの双方の半導体層形成に適用でき、Ｉｎはボロン（Ｂ）ドープなどのＰ型半導体層作製のみ適用でき、Ｓｂはリン（Ｐ）などのｎ型半導体層形成時にのみ適用できる。
アモルファスシリコンは、製法によってヤング率を低く制御した膜が得られやすい観点からイオン吸収層として好ましい。
上記第２発明において、５０ａｔｍ％以上とした理由は、５０ａｔｍ％以上 であれば、第２発明の効果を得ることが可能であるからである。第２発明の効果を十分に得る観点からは、６５ａｔｍ％以上が好ましく、８０ａｔｍ％以上がさらに好ましい。
半導体イオン注入工程では、不純物が問題となるので、遷移金属やアルカリ金属、アルカリ土類金属は、イオン吸収層として好ましくない。イオン吸収層にこれらの金属が含まれることも好ましくない。上記第２発明では、イオン吸収層がこれらの半導体イオン注入工程で問題となる不純物を実質的に含まないことによって、これらの不純物を含む場合に比べ半導体製品等の品質向上を図ることができる。
上記第２発明は、特に、イオン注入用等倍ステンシルマスクの寿命及び耐久性化を著しく向上させ、イオン注入用等倍ステンシルマスクの実用性を飛躍的に高め、イオン注入用等倍ステンシルマスクの実用化を図る上で必要不可欠である。上記第２発明は、一般的な縮小系イオンビーム成形用ステンシルマスクにおいて、さらなるマスクの耐久性向上、長寿命化を図る目的で、かかるマスクに適用することができる。
その他の事項に関しては、上述した第１発明と同様である。
【００１３】
上述した第１発明又は第２発明において、イオン吸収層を構成する膜はゼロ応力〜引張応力であることが好ましい（構成４）。
これは、イオン吸収層を構成する膜が圧縮応力であると、薄膜部を構成する膜を撓ませる作用があり薄膜部の自立性を阻害するからであり、イオン注入前のイオン吸収層を構成する膜の圧縮応力が小さい場合であってもイオン注入に伴って圧縮応力が増大してゆき結果的に薄膜部を構成する膜を撓ませる（薄膜部の自立性を阻害する）可能性があるからである。
イオン吸収層を構成する膜は、イオン注入前の状態でゼロ応力〜適度な引張応力であることが好ましい。適度な引張応力としたのは、イオン吸収層を構成する膜の引張応力がイオン注入前の状態で大きすぎるとマスクパターンの初期位置精度を悪化させるので好ましくないからである。
イオン吸収層を構成する膜がイオン注入前の状態で適度な引張応力を有し、イオン注入に伴って引張応力が低下してゆき、イオン吸収層を構成する膜中にイオン濃度１×１０１８ａｔｍ／ｃｍ３を超えてイオンが注入された状態においてゼロ応力〜適度な引張応力であることが最も好ましい。
なお、イオン吸収層を構成する膜がイオン注入前の状態で適度な引張応力を有し、イオン吸収層を構成する膜中にイオン濃度１×１０１８ａｔｍ／ｃｍ３を超えてイオンが注入された場合に、薄膜部を構成する膜を撓ませない範囲でイオン吸収層を構成する膜が圧縮応力を有している場合であっても、本発明の効果が得られる。
【００１４】
上述した第１発明又は第２発明に係るマスクの製造方法に関しては、基板としてＳｉ薄膜層／ＳｉＯ２エッチングストッパー層／Ｓｉ基板構造のＳＯＩ基板、又はＳｉ薄膜層／金属材料、金属化合物、炭素又は炭素化合物からなるエッチングストッパー層／Ｓｉ基板構造の多層基板を用い、この基板を加工してマスクを得ることが好ましい（構成５）。
これは、ＳＯＩ基板は、平坦度が高く各層の厚さが一定である高品質の基板を安定的に入手可能であり、高い加工精度で容易に加工が可能であるので好ましいからである。
前記薄膜層の薄層化や前記基板の大サイズ化及び厚板化等に伴って、ＳＯＩ基板のＳｉＯ２エッチングストッパー層ではイオン注入用等倍ステンシルマスクの作製条件が厳しくなる場合やマスクの作製が困難となる場合において、エッチングストッパー層を、金属材料、金属化合物、炭素及び炭素化合物から選ばれる何れか又はこれらの組合せ、例えばクロム化合物や、特に窒化クロム（ＣｒＮ）、窒化チタン（ＴｉＮＸ）、窒化タンタル（ＴａＮＸ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮＸ）、窒化モリブデン（ＭｏＮＸ）および窒化タングステン（ＷＮＸ）とすることによって、基板の表裏面よりのドライエッチング加工時のエッチング選択性を格段に向上させ、マスク作製条件の裕度を確保することができ、この結果、大サイズマスク（例えば、４インチを超えるマスク、特に８インチ以上のマスク）の製造にも対応できる。これは、これらの金属窒化膜は、窒素ガスをアシストガスとしてスパッタ成膜することによって膜応力をゼロ付近に制御することが可能であり、しかも成膜後の表面酸化等による圧縮応力変化（例えば５０〜１００ＭＰａ）の問題を生ずる恐れが少ない。特に、窒化クロム（ＣｒＮ）膜（窒化とクロムを主成分とする膜）は、窒素ガスをアシストガスとしてスパッタ成膜することによって膜応力をゼロ付近に制御することが容易であり、チャンバー圧力などのスパッタ条件の変動に対する膜応力の変動を低く抑えるように調整が可能であり、しかも成膜後の表面酸化等による圧縮応力変化の問題を生ずる恐れがほとんどない。
さらに、これらのエッチングストッパー層材料は、膜応力が±３０ＭＰａ以内である低応力材料又は膜応力を±３０ＭＰａ以内に制御可能な低応力材料であり、しかもシリコンを含む基板材料に対するエッチング選択比が１０００以上であるため、エッチングストッパー層の膜応力の問題、エッチングストッパー層のエッチング選択比の問題、裏面加工における装置制約の問題をすべてクリアして、大サイズマスク（例えば、４インチを超えるマスク、特に８インチ以上のマスク）を製造できる。さらにこれらのエッチングストッパー層材料は、エッチングストッパー層の選択的除去が容易であり、しかも、エッチングレートが高く、エッチング速度面内均一性が良好な材料である。これに加え、これらのエッチングストッパー層材料は、表裏両面からのドライエッチング耐久性を有しており、化学的耐久性を有しており、熱的安定性を有しており、高品質の膜を安定して作製できる成膜性を有している。したがって、高品質の大サイズマスクを製造できる。
なお、構成５記載の発明では、前記Ｓｉ薄膜層又は前記Ｓｉ基板が、シリコンを主体とした材料（Ｐ，Ｂなどの不純物をドープしたシリコンを意味し、ＳｉＮ，ＳｉＣなどの化合物は除かれる）からなる場合が含まれる。
【００１５】
上述した第１発明又は第２発明に係るマスクの製造方法に関しては、前記イオン吸収層を構成する膜中の含有水素濃度を１０ａｔｍ％以下とする目的で、イオン吸収層をイオンビーム成膜法、スパッタ法、真空蒸着法などの物理的成膜法により形成することが好ましい（構成６）。
構成６において、成膜法が物理的手法に限定されるのは、イオン吸収層を構成する膜中の含有水素濃度を１０ａｔｍ％以下にするためである。イオン吸収層を構成する膜中に水素が１０ａｔｍ％以上含まれるとビーム照射耐性が極端に低下するため好ましくないためである。
【００１６】
本発明では、裏面エッチング加工に際し、薄膜部裏面にストラット（ｓｔｒｕｔ）（桟）を所定の間隔で形成して補強することが好ましい。特に、イオン注入用等倍ステンシルマスクでは薄膜部が通常５μｍ程度以下と薄くなるので薄膜部裏面にストラット（ｓｔｒｕｔ）（桟）を所定の間隔で形成して補強することが好ましい。
また、本発明では、裏面エッチング加工をドライエッチングにより行うことで、テーパーのない垂直なストラット（ｓｔｒｕｔ）を形成することが、マスクパターン領域の拡大を図る観点から好ましい。
【００１７】
本発明には、裏面エッチング加工によって薄膜層を支持するための支持体を形成するための基板と、該基板上に形成されたエッチングストッパー層と、該エッチングストッパー層上に形成された薄膜層を有するイオン注入用ステンシルマスク用基板であって、前記薄膜層上に、イオン吸収層を形成したことを特徴とするイオン注入用ステンシルマスク用基板（マスクブランクス）（構成７）が含まれる。また、このイオン注入用ステンシルマスク用基板に、裏面エッチング加工を施し、支持体を形成したマスクブランクスや、裏面加工等の途中状態まで加工を行ったものは全て本発明に含まれる。また、加工前の基板状態で、エッチングのためのエッチングマスク層等やその他の層を形成した基板もマスク基板のうちに含まれる。
【００１８】
【実施例】
実施例１
基板にＳＯＩウエハー（Ｓｉ薄膜部：５μｍ）を用意し（図１▲１▼）、先ず基板裏面より薄膜領域を形成するために裏面エッチングを施した（図１▲２▼）。
続いて、基板表面にレジスト材を用いたリソグラフィー工程により、デバイスパターンに対応するレジストパターンを形成した（図１▲３▼）。このレジストパターンをエッチングマスクとしてドライエッチング法によりＳｉ薄膜層に転写し、その後不要層であるレジストパターン層及びＳｉＯ２エッチングストッパー層を除去して、Ｓｉステンシルマスクを作製した（図１▲４▼）。
次に、マスク表裏にイオン吸収層としてインジウム（Ｉｎ）（膜質：多結晶）をスパッタ法により０．１μｍ形成することによって、本発明に係るイオン注入用マスクを作製した（図１▲５▼）。この時のインジウム膜のヤング率は１３ＧＰａ、膜応力は引張方向に１８ＭＰａであった。
上記で得られたイオン吸収層を有するイオン注入用マスクにイオンビームを照射したところ、イオン注入濃度（イオン積算照射量）１×１０１８ａｔｍ／ｃｍ３までＳｉ薄膜層の１μｍ以上の撓みは生じなかった。
また、他のマスク諸特性に影響を与えること無く、マスクの耐久性を向上できることを確認した。
【００１９】
実施例２
基板にＳＯＩウエハー（Ｓｉ薄膜部：３μｍ）を用い、先ず基板表面に真空蒸着法によりイオン吸収層としてアモルファスＳｉ層を０．３μｍ形成した。この時のアモルファスＳｉ層のヤング率は３５ＧＰａ、膜応力は３５ＭＰａであった。
続いて、基板表面にレジスト材を用いたリソグラフィー工程により、デバイスパターンに対応するレジストパターンを形成した。このレジストパターンをエッチングマスクとしてイオン吸収層およびＳｉ薄膜層にドライエッチングを施し、マスクパターンを形成した。
続いて、基板裏面より裏面エッチング処理を施した後、不用となった層を除去することにより、本発明に係るイオン注入用マスクを作製した。
上記で得られたイオン吸収層を有するイオン注入用マスクは、イオン注入濃度（イオン積算照射量）２．１×１０１８ａｔｍ／ｃｍ３まで１μｍ以上のマスクパターン領域の撓みは生じなかった。
また、他のマスク諸特性に影響を与えること無く、マスクの耐久性を向上できることを確認した。
【００２０】
比較例１
基板にＳＯＩウエハー（Ｓｉ薄膜部：５μｍ）を用意し、先ず基板裏面より薄膜領域を形成するために裏面エッチングを施した。
続いて、基板表面にレジスト材を用いたリソグラフィー工程により、デバイスパターンに対応するレジストパターンを形成した。このレジストパターンをエッチングマスクとしてドライエッチング法によりＳｉ薄膜層に転写し、Ｓｉステンシルマスクを作製した。
上記で得られたイオン吸収層を有しないイオン注入用Ｓｉステンシルマスクにイオンビームを照射したところ、イオン注入濃度２．３×１０１３ａｔｍ／ｃｍ３でＳｉ薄膜層が３μｍ以上撓んでしまった。
図３に、実施例１と比較例１におけるイオン注入濃度の増加に対するマスクパターン領域の撓み量の関係を示す。
【００２１】
なお本発明マスクはその作製工程に依存することはなく、基板裏面加工を先行しても、目的とするイオン吸収層を最終工程で形成しても、途中工程で形成しても良い。
またＳｉ薄膜層とイオン吸収層にドライエッチング処理を施す場合、同一のエッチングガスでも異なったガスでも特に問題は無い。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、イオン吸収層を形成することにより、イオン吸収層を形成しない場合に比べ、イオン注入用ステンシルマスクにおける薄膜部の寿命及び耐久性を向上できる。
特に、本発明は、イオン注入用等倍ステンシルマスクの寿命及び耐久性化を著しく向上させ、イオン注入用等倍ステンシルマスクの実用性を飛躍的に高め、イオン注入用等倍ステンシルマスクの実用化を図る上で必要不可欠である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係るマスクの製造過程を説明するための模式図である。
【図２】薄膜部へのイオン注入深さ及びイオン吸収層の厚さに関し説明するための、模式図である。
【図３】実施例１と比較例１におけるイオン注入濃度の増加に対するマスクパターン領域の撓み量の関係を示す図である。
【図４】従来のイオン注入用等倍ステンシルマスクを説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ 支持体
２ 薄膜部
３ 貫通孔パターン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a stencil mask for an ion implantation process.
[0002]
[Prior art]
In semiconductor device processing, a conventional ion implantation method involves masking a non-ion-implanted portion of a substrate to be ion-implanted (a wafer or the like) with a resist using a lithography technique, and implanting ions into an ion-implanted portion that is not masked with the resist. there were. In this method, in addition to the ion implantation process, a resist process (resist coating, heat treatment, exposure, and development), a removal process by ashing of the resist which becomes unnecessary after the ion implantation, and a wafer cleaning process are added. Therefore, the process time becomes longer, and a very expensive latest exposure apparatus is required, a mask (reticle) is required for each design, and the cost is increased, and equipment is required for each process. Therefore, there is a problem that a large foot space (device occupying space) is required.
[0003]
As a solution to the above problem, an ion implantation method using a 1: 1 stencil mask having a through hole has been developed (T. Shibata et al., "2000 IEDM" held in San Francisco on December 11-13, 2000, (See Non-Patent
[0004]
[Non-patent document 1]
"Semiconductor FPD World", Press Journal, published January 2001, p. 32-37
[0005]
This method is a method in which ions are implanted on a wafer as if exposure is performed using a 1: 1 mask, and the substantial process time (RPT: Raw Process Time) is reduced by a large reduction in the number of steps. In addition to being able to reduce to 1/4, it is an implantation method that scans the wafer surface in chip units and implants an ion beam, so it is possible to control the threshold voltage individually by controlling the implantation amount in chip units. .
In addition, the effect of omitting the lithography process can reduce manufacturing equipment and foot space (space occupied by the apparatus), so that manufacturing costs and process costs can be significantly reduced.
As described above, a great merit is expected by this method, but in order to realize this method, a stencil mask newly adopted for ion beam shaping (in particular, ion implantation in the present invention, in addition to the development of a dedicated device). The development and commercialization of the same-size stencil mask for use is an important issue.
In such an equal-size stencil mask for ion implantation, since the size of the through-
On the other hand, in a general stencil mask for forming a reduced ion beam, the size of the through-hole pattern is relatively large, and the thin film portion (membrane) forming the through-hole pattern can be relatively thick (20 μm). ), It is difficult for the thin film portion to bend.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, the following method has been proposed as a countermeasure against the problem of the same-size stencil mask for ion implantation.
The compressive stress due to the above-described implantation is generated by volume expansion of the mask material due to ion implantation into the mask by the Peening action. For this reason, a method of reducing volumetric strain by heat treatment has been proposed as one of the measures against stress fluctuation. However, this method requires a heat treatment every short period, and is not practical.
[0007]
As another method, a method of increasing the modulus of the material of the thin film portion for forming a pattern, that is, increasing the Young's modulus can be considered. Since the bending of the thin film portion constituting the pattern region is inversely proportional to the Young's modulus of the applied material, the higher the Young's modulus of the constituent material of the thin film portion, the more the bending can be reduced.
Although this method is effective, it is difficult to control the stress of the thin film portion forming the pattern region due to the high Young's modulus of the thin film portion. For example, diamond is reported to have a Young's modulus of 1000 GPa or more. However, since film stress is represented by the product of Young's modulus and structural strain of the film, it is very severe in controlling film stress in a high Young's modulus material. Strain control is required, resulting in poor processing stability. Further, since a material that is difficult to dry-etch even if the Young's modulus is high in order to form a through-hole pattern with high precision is not suitable, it is difficult from the viewpoint of material selection.
[0008]
Shibata et al. Report that the IEDM2000 improved the mask durability by doping the Si thin film portion of the Si stencil mask with nitrogen. This method also improves the mechanical strength of the film by nitriding the Si thin film portion, but makes it difficult to control the film stress as described above. When the tensile stress of the thin film portion forming the pattern region increases, positional distortion of the through-hole pattern formed in the thin film portion occurs, resulting in a decrease in positional accuracy of the pattern and a change in the shape of the through-hole pattern. Cause it to occur. In an extreme case, it is considered that a crack is generated from a portion where stress concentration is likely to occur locally, such as a pattern corner portion or a local concave portion of the pattern.
[0009]
In addition, as a method of improving the durability, it is conceivable to increase the thickness of the thin film portion constituting the pattern region. Since the deflection of the thin film portion is inversely proportional to the cube of the thickness of the thin film portion, the effect of increasing the thickness of the thin film portion is large, but the ratio of the width to the depth of the pattern formed by increasing the thickness of the thin film portion (aspect ratio) ) Becomes too large, it becomes impossible to form a normal through hole (trench processing) in the thin film portion. Further, the compressive stress of the thin film portion due to the Peening effect becomes extremely large. For these reasons, the thickness of the thin film portion cannot be said to be a fundamental measure. In particular, in the same-size stencil mask for ion implantation, the size of the through-hole pattern needs to be reduced and the thin film portion (membrane) forming the through-hole pattern (stencil pattern) needs to be thin because the size is the same. Therefore, it is difficult to increase the thickness of the thin film portion, which conflicts with these requirements.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has the following configuration.
(Structure 1) A stencil mask for ion implantation in which a through hole pattern for ion implantation is formed in a thin film portion supported by a support,
An stencil mask for ion implantation, wherein an ion absorbing layer is formed on at least a side of the thin film portion where the ion beam is irradiated.
(Structure 2) A stencil mask for ion implantation in which a through-hole pattern for ion implantation is formed in a thin film portion supported by a support,
An ion absorbing layer is formed on at least the side of the thin film portion where the ion beam is irradiated,
A stencil mask for ion implantation, wherein the ion absorbing layer contains at least one of Si, Ge, Sn, In, and Sb as a main constituent material in an amount of 50 atm% or more.
(Structure 3) The stencil mask for ion implantation according to
(Structure 4) The stencil mask for ion implantation according to any one of
(Structure 5) The method for manufacturing a mask according to any one of
(Structure 6) The method for manufacturing a mask according to any one of
(Structure 7) A substrate for forming a support for supporting the thin film layer by back surface etching, an etching stopper layer formed on the substrate, and a thin film layer formed on the etching stopper layer A stencil mask substrate for ion implantation,
A stencil mask substrate for ion implantation, wherein an ion absorption layer is formed on the thin film layer.
[0011]
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The first invention has been made to solve the above-described problem,
A stencil mask for ion implantation formed by forming a through-hole pattern for ion implantation in a thin film portion supported by a support,
An ion implantation stencil mask (Configuration 1), wherein an ion absorbing layer is formed on at least a side (surface side) of the thin film portion irradiated with the ion beam.
According to the first aspect of the invention, it is possible to prolong the service life of the pattern region (thin film region), that is, the thin film portion, by forming an ion absorbing layer for the above-described problem.
In the first aspect, the ion absorbing layer can be formed for the purpose of extending the life of the mask as compared with the case where the ion absorbing layer is not formed.
In the first invention, the ion concentration of 1 × 10 14 atm / cm 3 The ion absorbing layer can be formed for the purpose of preventing the thin film portion from being bent beyond the permissible positional accuracy of the through-hole pattern even if ions are implanted beyond the limit. As a result, the durability of the mask can be improved and the life can be prolonged. The Si thin film has an ion concentration of 1 × 10 12 atm / cm 3 When the ions are implanted beyond the limit, the Si thin film portion is greatly bent, and cannot be used as a mask. The thin film portion made of SiN and SiC has an ion concentration of 1 × 10 14 atm / cm 3 When the ions are implanted exceeding the allowable position accuracy, the thin film portion made of SiN and SiC is bent beyond the allowable positional accuracy of the through-hole pattern, and cannot be used as a mask.
In the first invention, the ion concentration of 1 × 10 18 atm / cm 3 The ion absorbing layer can be formed for the purpose of preventing the thin film portion from bending beyond the permissible positional accuracy of the through-hole pattern even if ions are implanted beyond the limit. The ion concentration is set at 1 × 10 Thirteen atm / cm 3 In this case, the ion implantation is equivalent to 10,000 times of ion implantation, and the durability and life of the mask can be remarkably improved as compared with the conventional case, and the stencil mask for ion implantation becomes much more practical.
According to the first aspect, the ion absorbing layer can be formed for the purpose of reducing (avoiding) ion impact on the thin film portion as compared with the case where the ion absorbing layer is not formed. This is because the ion absorbing layer absorbs all or almost all of the ions and avoids or alleviates the ion implantation into the thin film portion and the thin film portion from being subjected to ion bombardment.
In the first invention, it is preferable to form an ion absorbing layer having an action of effectively absorbing ions. The function of effectively absorbing ions refers to a function of absorbing all or almost all ions by the ion absorbing layer.
In the first invention, it is preferable to form an ion absorbing layer (made of a material) having a small change in film stress even when absorbing (implanting) ions. Specifically, for example, it is preferable to form an ion absorbing layer made of a low Young's modulus material. Young's modulus E of ion absorption layer m Is very small (specifically, 80 GPa or less, preferably 20 GPa or less), even if a volume distortion occurs in the ion absorbing layer due to ion implantation into the ion absorbing layer, the ion absorption is calculated by the following stress-strain relational expression. It becomes possible to suppress the change in the film stress of the layer to a small value.
The stress is determined by the product of Young's modulus and strain as shown in the following equation.
σ = E m × ε
Where σ is the stress, E m Is Young's modulus, and ε is strain (in this case, volume strain).
That is, although the film stress changes due to the change in volume strain due to the Peening action, the Young's modulus E m Is very small, it is possible to suppress the change in the film stress of the ion absorbing layer to a small degree by the Young's modulus effect (stress-strain relational expression) even if the ion absorbing layer undergoes volume distortion due to ion implantation into the ion absorbing layer. It becomes.
It is preferable to use a low stress material or a material capable of controlling film stress to low stress for the ion absorbing layer.
The film quality of the ion-absorbing layer is an amorphous material, a polycrystalline material, or a mixed crystal of polycrystalline and amorphous from the viewpoint of low stress controllability and reduction of the penetration length (range) of irradiated ions into the film. Is preferred.
The ion absorbing layer preferably has a hydrogen concentration in the film of 10 atm% or less (Configuration 3). This is because if hydrogen is contained at 10 atm% or more, the beam irradiation resistance is extremely reduced. From the viewpoint of further reducing the reduction in beam irradiation resistance, the concentration of hydrogen contained in the film constituting the ion-absorbing layer is preferably 7 atm% or less, more preferably 5 atm% or less.
In the first invention, the above-described effect can be obtained most effectively by forming the ion absorbing layer on at least the surface side (on the side of irradiating ions, the ion source side) of the thin film portion. When an ion absorbing layer is formed on both the front and back surfaces of the thin film portion, effects such as balancing the stress and preventing the substrate from being distorted can be obtained. Further, when an ion absorbing layer is continuously and integrally formed on the entire surface of the mask, that is, on both front and back surfaces and side portions of the mask, it is possible to improve the conductivity of the mask, the durability of the mask, and the like.
In the first invention, the thin film portion is made of silicon or a material mainly composed of silicon (which means silicon doped with impurities such as P and B, excluding compounds such as SiN and SiC) (hereinafter referred to as a silicon thin film portion). When compared with the case where the thin film portion is made of SiN, SiC, etc., stress control of the silicon thin film portion is easier, position accuracy of the through hole pattern in the silicon thin film portion is easily ensured, and penetration into the silicon thin film portion is facilitated. A hole forming process (trench etching) is preferable because it can be easily performed with high processing accuracy.
In the first aspect of the present invention, the substrate for forming the support is made of silicon or a material mainly composed of silicon (which means silicon doped with impurities such as P and B, excluding compounds such as SiN and SiC). It is preferable to apply this method to the case where a substrate having high flatness and high quality can be stably obtained, and processing can be easily performed with high processing accuracy.
In the first aspect of the invention, when the thin film portion is made of SiN, SiC, or the like, the film is less susceptible to ion implantation than when the thin film portion is made of Si. It is possible to remarkably improve the durability and the service life of the stencil mask, and to dramatically improve the practicality of the stencil mask for ion implantation.
In the first aspect of the present invention, regarding the thickness of the ion absorbing layer, for example, as shown in FIG. 2A, when the thickness of the Si thin film portion is 5 μm, ions are implanted in the surface layer of 0.1 to 0.1 μm. It was found to be about 0.3 μm. Based on this, when the ion absorbing layer is made of amorphous Si, the thickness of the ion absorbing layer made of amorphous Si is about 0.05 to 0.3 μm as shown in FIG. It was found that the effect was sufficiently obtained. Further, it was found that when the ion absorbing layer is made of metal, the effect of the present invention can be sufficiently obtained even if the ion absorbing layer is thinner (for example, about 0.1 μm) than the ion absorbing layer made of amorphous Si. When the thickness of the ion absorbing layer is about 0.05 to 0.3 μm, the film stress is determined by the product of the internal stress of the film and the film thickness, so that the film stress of the ion absorbing layer itself can be kept small. As a result, it is possible to reduce the influence of the stress applied to the thin film portion by the ion absorbing layer. Even if the thickness of the thin film portion in the stencil mask for ion implantation becomes extremely thin around 1 μm, the tensile stress of the thin film portion becomes small, and as a result, the thin film portion becomes extremely easily bent, If the thickness is about 0.05 to 0.3 μm, it is possible to minimize the influence of stress on the thin film portion. The depth at which ions are implanted into the thin film portion and the ion absorbing layer varies depending on ion energy, the material, density, crystallinity, and the like of the thin film portion and the ion absorbing layer. It is preferable to check the depth at which ions are implanted into the absorption layer and adjust the thickness of the ion absorption layer.
In particular, the first invention significantly improves the life and durability of the ion-implanted 1 × stencil mask, dramatically improves the practicality of the ion-implanted 1 × stencil mask, and improves the ion-implanted 1 × stencil mask. It is indispensable for practical use. The first invention can be applied to a general stencil mask for reduced ion beam molding for the purpose of further improving the durability and extending the life of the mask.
[0012]
The second invention has been made to solve the above-described problem,
A stencil mask for ion implantation formed by forming a through-hole pattern for ion implantation in a thin film portion supported by a support,
Forming an ion absorbing layer on at least the side (surface side) of the thin film portion where the ion beam is irradiated;
The stencil mask for ion implantation (Configuration 2), wherein the ion absorption layer contains at least one of Si, Ge, Sn, In, and Sb as a main constituent material in an amount of 50 atm% or more.
According to the second aspect of the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, the life of the pattern region (thin film region), that is, the thin film portion can be extended by forming the predetermined ion absorbing layer. Further, the durability of the mask is improved without affecting various characteristics of the mask (pattern edge roughness, pattern position accuracy, contamination, etc.).
In the second aspect of the invention, the phrase "at least one of Si, Ge, Sn, In, and Sb contains 50 atm% or more as a main constituent material" is selected from among Si, Ge, Sn, In, and Sb. When it is composed of one kind, and when composed of two or more kinds selected from Si, Ge, Sn, In, and Sb, it contains 50 atm% or more of one or more kinds selected from Si, Ge, Sn, In, and Sb. If there is.
When the main constituent material of the ion absorption layer is Si, Ge, or Sn, it can be applied to the formation of both P-type and N-type semiconductor layers. And Sb can be applied only when forming an n-type semiconductor layer such as phosphorus (P).
Amorphous silicon is preferable as the ion-absorbing layer from the viewpoint that a film whose Young's modulus is controlled to be low by a manufacturing method is easily obtained.
In the above second invention, the reason for setting it to 50 atm% or more is that if it is 50 atm% or more, the effects of the second invention can be obtained. From the viewpoint of sufficiently obtaining the effects of the second invention, 65 atm% or more is preferable, and 80 atm% or more is more preferable.
In the semiconductor ion implantation step, impurities become a problem, so that transition metals, alkali metals, and alkaline earth metals are not preferable as the ion absorbing layer. It is not preferable that these metals are contained in the ion absorbing layer. According to the second aspect of the present invention, the quality of a semiconductor product or the like can be improved as compared with the case where the ion absorbing layer contains these impurities, since the ion absorbing layer does not substantially contain the impurities which are a problem in the semiconductor ion implantation step.
In particular, the second aspect of the present invention remarkably improves the life and durability of the ion implantation 1: 1 stencil mask, dramatically improves the practicality of the ion implantation 1: 1 stencil mask, and improves the ion implantation 1: 1 stencil mask. It is indispensable for practical use. The second aspect of the present invention can be applied to a general stencil mask for reducing ion beam shaping for the purpose of further improving the durability and extending the life of the mask.
Other items are the same as those of the first invention.
[0013]
In the first invention or the second invention described above, it is preferable that the film constituting the ion-absorbing layer has zero stress to tensile stress (Configuration 4).
This is because if the film constituting the ion absorbing layer has a compressive stress, it acts to deflect the film constituting the thin film portion and hinders the independence of the thin film portion. Even when the compressive stress of the film to be formed is small, the compressive stress increases with the ion implantation, and as a result, there is a possibility that the film constituting the thin film portion is bent (inhibiting the independence of the thin film portion). Because.
The film constituting the ion absorbing layer preferably has a zero stress to a moderate tensile stress before the ion implantation. The reason why the tensile stress is set to an appropriate value is that if the tensile stress of the film constituting the ion-absorbing layer is too large before the ion implantation, the initial position accuracy of the mask pattern deteriorates, which is not preferable.
The film constituting the ion-absorbing layer has an appropriate tensile stress before the ion implantation, and the tensile stress decreases with the ion implantation. 18 atm / cm 3 It is most preferable that the stress is from zero stress to an appropriate tensile stress in a state where ions are implanted in excess of.
The film constituting the ion-absorbing layer has an appropriate tensile stress before the ion implantation, and the film constituting the ion-absorbing layer has an ion concentration of 1 × 10 18 atm / cm 3 Even if the film constituting the ion-absorbing layer has a compressive stress in a range where the film constituting the thin film portion is not bent when the ions are implanted beyond the range, the effect of the present invention can be obtained. Can be
[0014]
In the method for manufacturing a mask according to the first or second aspect of the present invention, a Si thin film layer / SiO 2 An SOI substrate having an etching stopper layer / Si substrate structure, or a multilayer substrate having an Si thin film layer / an etching stopper layer composed of a metal material, a metal compound, carbon, or a carbon compound / a Si substrate structure, is processed to obtain a mask. (Configuration 5).
This is because the SOI substrate is preferable because a high-quality substrate having a high flatness and a constant thickness of each layer can be stably obtained and can be easily processed with high processing accuracy.
As the thickness of the thin film layer is reduced, the size of the substrate is increased, and the thickness of the substrate is increased. 2 In the etching stopper layer, in the case where the manufacturing conditions of the ion implantation equal magnification stencil mask become severe or the mask becomes difficult to manufacture, the etching stopper layer is selected from a metal material, a metal compound, carbon, and a carbon compound. These combinations, for example chromium compounds, especially chromium nitride (CrN), titanium nitride (TiN) X ), Tantalum nitride (TaN) X ), Zirconium nitride (ZrN X ), Molybdenum nitride (MoN X ) And tungsten nitride (WN) X ), The etching selectivity at the time of dry etching from the front and back surfaces of the substrate can be remarkably improved, and a margin of mask manufacturing conditions can be secured. As a result, a large-size mask (for example, 4 inches) can be obtained. (Especially masks of 8 inches or more). This is because these metal nitride films can be controlled to have a film stress near zero by forming a film by sputtering using nitrogen gas as an assist gas, and change in compressive stress due to surface oxidation or the like after film formation (for example, 50 to 100 MPa). In particular, a chromium nitride (CrN) film (a film containing nitride and chromium as a main component) can easily control the film stress to near zero by forming a film by sputtering with a nitrogen gas as an assist gas. Can be adjusted so as to suppress the fluctuation of the film stress due to the fluctuation of the sputtering conditions, and there is almost no possibility that the problem of the compressive stress change due to the surface oxidation or the like after the film formation is caused.
Further, these etching stopper layer materials are low stress materials having a film stress within ± 30 MPa or low stress materials capable of controlling the film stress within ± 30 MPa, and have an etching selectivity to a substrate material containing silicon of 1000. As described above, the problem of the film stress of the etching stopper layer, the problem of the etching selectivity of the etching stopper layer, and the problem of the device restriction in the back surface processing are all cleared, and a large-size mask (for example, a mask exceeding 4 inches, particularly 8 inches or more). Further, these etching stopper layer materials are materials which facilitate the selective removal of the etching stopper layer, have a high etching rate, and have good etching rate in-plane uniformity. In addition, these etching stopper layer materials have dry etching durability from both front and back surfaces, have chemical durability, have thermal stability, and have high quality film. Has a film-forming property that can be manufactured stably. Therefore, a high-quality large-size mask can be manufactured.
In the invention according to the fifth aspect, the Si thin film layer or the Si substrate is made of a material mainly composed of silicon (meaning silicon doped with impurities such as P and B, and excluding compounds such as SiN and SiC). Is included.
[0015]
In the method for manufacturing a mask according to the first or second aspect of the present invention, an ion-absorbing layer is formed by an ion beam deposition method in order to reduce the hydrogen concentration in the film constituting the ion-absorbing layer to 10 atm% or less. It is preferably formed by a physical film formation method such as a sputtering method or a vacuum evaporation method (Configuration 6).
In the sixth aspect, the reason why the film formation method is limited to the physical method is to reduce the concentration of hydrogen contained in the film constituting the ion absorption layer to 10 atm% or less. This is because if the film constituting the ion absorbing layer contains hydrogen at 10 atm% or more, the beam irradiation resistance is extremely reduced, which is not preferable.
[0016]
In the present invention, at the time of the back surface etching process, it is preferable that struts (bars) are formed at predetermined intervals on the back surface of the thin film portion and reinforced. In particular, since a thin film portion of an equal-size stencil mask for ion implantation is thin, typically about 5 μm or less, it is preferable to form struts (bars) at predetermined intervals on the back surface of the thin film portion and to reinforce it.
In the present invention, it is preferable to form a vertical strut without taper by performing the back surface etching by dry etching from the viewpoint of enlarging the mask pattern region.
[0017]
In the present invention, a substrate for forming a support for supporting the thin film layer by back surface etching, an etching stopper layer formed on the substrate, and a thin film layer formed on the etching stopper layer A stencil mask substrate for ion implantation, comprising an ion absorption layer formed on the thin film layer (mask blanks) (Configuration 7). The present invention also includes mask blanks on which a backing is formed by subjecting the substrate for ion implantation stencil mask to a backside etching process, and those processed to a halfway state such as backside processing. In addition, a substrate on which an etching mask layer or the like for etching or another layer is formed in a substrate state before processing is also included in the mask substrate.
[0018]
【Example】
Example 1
An SOI wafer (Si thin film part: 5 μm) was prepared on the substrate (FIG. 1 (1)), and the back surface was first etched to form a thin film region from the back surface of the substrate (FIG. 1-2).
Subsequently, a resist pattern corresponding to the device pattern was formed on the substrate surface by a lithography process using a resist material (FIG. 1-3). This resist pattern is transferred to a Si thin film layer by a dry etching method using an etching mask, and then the unnecessary resist pattern layer and SiO 2 The etching stopper layer was removed to produce a Si stencil mask (FIG. 1-4).
Next, indium (In) (film quality: polycrystal) was formed as a 0.1 μm-thick ion absorbing layer on the front and back of the mask by a sputtering method, thereby producing an ion implantation mask according to the present invention (FIG. 1 (5)). . At this time, the Young's modulus of the indium film was 13 GPa, and the film stress was 18 MPa in the tensile direction.
When the ion beam was irradiated on the ion implantation mask having the ion absorption layer obtained above, the ion implantation concentration (total ion irradiation dose) was 1 × 10 5 18 atm / cm 3 Up to 1 μm or more of bending of the Si thin film layer did not occur.
Further, it was confirmed that the durability of the mask could be improved without affecting other characteristics of the mask.
[0019]
Example 2
An SOI wafer (Si thin film part: 3 μm) was used as a substrate, and an amorphous Si layer was formed as an ion absorbing layer to a thickness of 0.3 μm on the substrate surface by a vacuum deposition method. At this time, the Young's modulus of the amorphous Si layer was 35 GPa, and the film stress was 35 MPa.
Subsequently, a resist pattern corresponding to the device pattern was formed by a lithography process using a resist material on the substrate surface. Using this resist pattern as an etching mask, the ion absorption layer and the Si thin film layer were dry-etched to form a mask pattern.
Subsequently, after performing a back surface etching process from the back surface of the substrate, an unnecessary layer was removed to prepare an ion implantation mask according to the present invention.
The ion implantation mask having the ion absorbing layer obtained above has an ion implantation concentration (integrated ion irradiation amount) of 2.1 × 10 18 atm / cm 3 No deflection of the mask pattern region of 1 μm or more occurred.
Further, it was confirmed that the durability of the mask could be improved without affecting other characteristics of the mask.
[0020]
Comparative Example 1
An SOI wafer (Si thin film portion: 5 μm) was prepared for the substrate, and first, the back surface was etched to form a thin film region from the back surface of the substrate.
Subsequently, a resist pattern corresponding to the device pattern was formed by a lithography process using a resist material on the substrate surface. This resist pattern was transferred to a Si thin film layer by a dry etching method using an etching mask, thereby producing a Si stencil mask.
When the ion beam was irradiated to the ion implantation Si stencil mask having no ion absorption layer obtained above, the ion implantation concentration was 2.3 × 10 3 Thirteen atm / cm 3 As a result, the Si thin film layer was bent by 3 μm or more.
FIG. 3 shows the relationship between the increase in the ion implantation concentration and the amount of deflection of the mask pattern region in Example 1 and Comparative Example 1.
[0021]
It should be noted that the mask of the present invention does not depend on the manufacturing process thereof, and may precede the back surface processing of the substrate, form the target ion-absorbing layer in the final process, or form it in the middle.
When dry etching is performed on the Si thin film layer and the ion absorbing layer, there is no particular problem if the same etching gas or different gases are used.
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, by forming the ion absorbing layer, the life and durability of the thin film portion in the stencil mask for ion implantation can be improved as compared with the case where the ion absorbing layer is not formed.
In particular, the present invention significantly improves the life and durability of the ion-implanted 1x stencil mask, dramatically improves the practicality of the ion-implanted 1x stencil mask, and makes the ion-implanted 1x stencil mask practical. It is indispensable for planning.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a manufacturing process of a mask according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram for describing a depth of ion implantation into a thin film portion and a thickness of an ion absorbing layer.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the increase in ion implantation concentration and the amount of deflection of a mask pattern region in Example 1 and Comparative Example 1.
FIG. 4 is a schematic view for explaining a conventional equal-size stencil mask for ion implantation.
[Explanation of symbols]
1 Support
2 Thin film part
3 Through-hole pattern
Claims (7)
前記薄膜部の少なくともイオンビームが照射される側に、イオン吸収層を形成したことを特徴とするイオン注入用ステンシルマスク。A stencil mask for ion implantation formed by forming a through-hole pattern for ion implantation in a thin film portion supported by a support,
An stencil mask for ion implantation, wherein an ion absorbing layer is formed on at least a side of the thin film portion where the ion beam is irradiated.
前記薄膜部の少なくともイオンビームが照射される側に、イオン吸収層を形成し、
前記イオン吸収層が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂの少なくとも１つ以上が主構成材料として５０ａｔｍ％以上含んでいることを特徴とするイオン注入用ステンシルマスク。A stencil mask for ion implantation formed by forming a through-hole pattern for ion implantation in a thin film portion supported by a support,
An ion absorbing layer is formed on at least the side of the thin film portion where the ion beam is irradiated,
A stencil mask for ion implantation, wherein the ion absorbing layer contains at least one of Si, Ge, Sn, In, and Sb as a main constituent material in an amount of 50 atm% or more.
前記薄膜層上に、イオン吸収層を形成したことを特徴とするイオン注入用ステンシルマスク用基板。A substrate for forming a support for supporting a thin film layer by back surface etching, an etching stopper layer formed on the substrate, and a stencil for ion implantation having a thin film layer formed on the etching stopper layer A mask substrate,
A stencil mask substrate for ion implantation, wherein an ion absorption layer is formed on the thin film layer.
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