JP2017120349A - 感光性樹脂組成物及び半導体デバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の感光性樹脂組成物は、感光性樹脂、並びに導電性材料及び/又は半導体材料の粒子を含有している。また、半導体デバイスを製造する本発明の方法は、本発明の感光性樹脂組成物の膜のパターン(11)を、半導体層又は基材(2)上に形成する工程、感光性樹脂組成物の膜のパターンを焼成して、イオン注入用マスク(13)を形成する工程、イオン注入用マスクのパターン開口部(12)を通して、半導体層又は基材(2)にイオンを注入する工程、及びイオン注入用マスク(13)を除去する工程を含む。
【選択図】図1
Description
〈2〉前記粒子が、金属、半金属、又はそれらの組合せの粒子である、上記〈1〉項に記載の組成物。
〈3〉前記粒子が、シリコン粒子である、上記〈2〉項に記載の組成物。
〈4〉前記シリコン粒子が、13族及び15族元素のうち少なくとも一種類の元素をドーパントとして含有している、上記〈3〉項に記載の組成物。
〈5〉前記シリコン粒子が、ホウ素又はリンをドーパントとして含有している、上記〈4〉項に記載の組成物。
〈6〉前記シリコン粒子における前記ドーパントの濃度が、1018atoms/cm3以上である、上記〈4〉又は〈5〉項に記載の組成物。
〈7〉金属不純物含有量がそれぞれの金属元素について100ppb以下である、上記〈3〉〜〈6〉項のいずれか一項に記載の組成物。
〈8〉前記粒子の平均粒径が1〜500nmである、上記〈1〉〜〈7〉項のいずれか一項に記載の組成物。
〈9〉前記粒子の平均粒径が1〜100nmである、上記〈8〉項に記載の組成物。
〈10〉前記感光性樹脂組成物の膜を、大気下で800℃の焼成を1時間行って、膜厚0.5μmのマスク層を得たときに、このマスク層のシート抵抗が、1012Ω/□以下である、上記〈1〉〜〈9〉項のいずれか一項に記載の組成物。
〈11〉シロキサン化合物を更に含有している、上記〈1〉〜〈10〉項のいずれか一項に記載の組成物。
〈12〉上記〈1〉〜〈11〉項のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物の膜のパターンを、半導体層又は基材上に形成する工程、
前記感光性樹脂組成物の膜のパターンを焼成して、イオン注入用マスクを形成する工程、
前記イオン注入用マスクのパターン開口部を通して、前記半導体層又は基材にイオンを注入する工程、
前記イオン注入用マスクを除去する工程
を含む、半導体デバイスの製造方法。
〈13〉前記感光性樹脂組成物の膜のパターンを半導体層又は基材上に形成する工程が、上記〈1〉〜〈11〉項のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物の膜を半導体基材上に形成し、そして前記感光性樹脂組成物の膜にパターニング露光及び現像することを含む、上記〈12〉項に記載の方法。
〈14〉前記半導体層又は基材が、SiC層又は基材である、上記〈12〉又は〈13〉項に記載の方法。
〈15〉イオン注入工程における前記半導体層又は基材の温度が、200℃以上である、上記〈12〉〜〈14〉項のいずれか一項に記載の方法。
本発明の感光体樹脂組成物は、感光性樹脂、並びに導電性材料及び/又は半導体材料の粒子を含有している。
本発明で用いられる粒子を構成する導電性材料及び/又は半導体材料は、本発明の感光性樹脂組成物を用いてイオン注入用マスクを形成し、そしてイオン注入を行ったときに、半導体層又は基材、及びイオン注入用マスクに発生する帯電(チャージアップ)を抑制するのに十分な導電性をマスクが有するように選択することができる。
本発明の感光性樹脂組成物は溶剤を更に含有してもよい。溶剤の種類に特に制限はないが、感光性樹脂組成物に含まれる成分を溶解させることができ、かつ本発明で用いる粒子を均一に分散できる溶剤を選択することが好ましい。
本発明の感光性樹脂組成物は、感光性樹脂組成物の焼成工程で粒子同士を結着させ、安定なイオン注入マスクを形成することを目的として、結着剤を含有してもよい。本発明の感光性樹脂組成物で用いられる結着剤としては、例えば、ポリシロキサン化合物が挙げられる。
半導体デバイスを製造する本発明の方法は以下の工程を含む:
本発明の感光性樹脂組成物の膜のパターンを、半導体層又は基材上に形成する工程、
感光性樹脂組成物の膜のパターンを焼成して、イオン注入用マスクを形成する工程、
イオン注入用マスクのパターン開口部を通して、半導体層又は基材にイオンを注入する工程、及び
イオン注入用マスクを除去する工程。
半導体層又は基材としては、ドーパントを拡散させることを意図した任意の半導体層又は基材を用いることができる。
半導体デバイスを製造する本発明の方法では、本発明の感光性樹脂組成物の膜のパターンを、半導体層又は基材上に形成する。
感光性樹脂組成物膜の膜厚は、任意の厚さを選択することができる。膜厚は、感光性樹脂組成物の組成、塗布条件、塗布方法などによって異なるが、例えば、感光性樹脂組成物の膜の膜厚が0.1μm〜100μmとなるように塗布することできる。
感光性樹脂組成物膜は、レジストに合った任意の手法でパターニング露光することができる。
次に、パターニング露光後の現像によって、感光性樹脂組成物のパターンを得ることができる。例えば、現像液に、パターニング露光後の感光性樹脂組成物の膜を浸漬すると、感光性樹脂組成物がネガ型の感光性を有する場合には非露光部位が除去され、また感光性樹脂組成物がポジ型の感光性を有する場合には露光した部位が除去されて、感光性樹脂組成物の膜のパターニングが可能である。
本発明の方法では、次に、感光性樹脂組成物の膜のパターンを焼成して、イオン注入用マスクを形成する。
本発明の方法では次に、イオン注入用マスクのパターン開口部を通して、半導体層又は基材にイオンを注入する。
イオン注入マスクは、イオン注入工程後に除去される。除去法としては、フッ化水素酸、バッファードフッ酸、フッ硝酸、又はTMAHなどを用いたウェットプロセス、プラズマ処理などのドライプロセスなどが挙げられるが、これらに限定されない。低コストという観点から、ウェットプロセスが好ましい。
以下の実施例1〜2及び比較例1〜3では、感光性樹脂組成物を調製し、SiC基材上に塗布膜を形成した後、紫外光のパターニング露光、現像、焼成を行い、それによって得られるイオン注入用マスクのパターン形成を行った。また、これらの実施例及び比較例について、パターニングの可否、熱焼成後のパターン残留の有無、及びイオン注入時の帯電による問題の有無について評価した。
(ホウ素(B)ドープシリコン粒子の作製)
シリコンナノ粒子は、モノシランガスを原料として、二酸化炭素レーザーを用いたレーザー熱分解(LP:Laser pyrolysis)法により作製した。このとき、モノシランガスと共に、ジボラン(B2H6)ガスを導入して、ホウ素ドープシリコン粒子を得た。この粒子の粒子径は20nmであった。
イソプロピルアルコール95重量%と、上記手法で作製したシリコンナノ粒子5重量%とを混合することによりホウ素ドープシリコン粒子含有溶液を調製した。
ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)、上記ホウ素ドープシリコン粒子含有溶液を混合して、シリコンナノ粒子及びネガ型感光性樹脂を含有する感光性樹脂組成物を調製した。この際、混合後の感光性樹脂組成物の固形分量のうち、20重量%をホウ素ドープシリコンナノ粒子が占めるよう、感光性樹脂組成物を調製した。
SiC基材上に、上記シリコンナノ粒子及びネガ型感光性樹脂を含有する感光性樹脂組成物を、膜厚がおよそ2μmとなるような回転速度でスピンコートし、100℃のホットプレート上で90秒間乾燥させることにより、感光性樹脂組成物膜を得た。
上記、感光性樹脂組成物膜にパターニング露光機を用いて、紫外光をフォトマスクパターンを通じて照射することによりパターニング露光した。フォトマスクとして10μmのラインアンドスペースを有するフォトマスクを用いてパターニング露光した。パターニング露光後の感光性樹脂組成物膜を100℃のホットプレート上で90秒間加熱した後、現像液(メルク社製、AZ−300MIF)に60秒間浸漬し、パターン現像を行った。現像後、流純水で感光性樹脂組成物膜つき基材を洗浄した後、基材を乾燥させ、SiC基材上に感光性樹脂組成物膜のパターンを形成した。
パターンを形成後の感光性樹脂組成物膜を光学顕微鏡を用いて観察し、10μmラインアンドスペースのパターン形成の可否を確認した。
上記、感光性樹脂組成物膜のパターンをオーブンで大気下において、800℃で1時間にわたって焼成することにより、SiC基材上にイオン注入用マスクを形成した。焼成後のイオン注入用マスク層の膜厚は0.5μmであった。
光学顕微鏡を用いて、焼成後のイオン注入用マスクにおけるパターンの形成の有無を確認した。
下記の条件で、焼成後のイオン注入用マスクのマスクパターン開口部を通してSiC基材にイオン注入を行った:
イオン種:Al、
エネルギー量:40keV、
注入温度:400℃、
ドーズ量:1×1014Ions/cm2
感光性樹脂組成物として、ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)、上記ホウ素ドープシリコン粒子含有溶液を混合する代わりに、ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)、上記ホウ素ドープシリコン粒子含有溶液、スピンオングラス(12000−T、東京応化製)を混合したことを除いて、実施例1と同様にして、SiC基材上にマスク層を形成した。この際、混合後の感光性樹脂組成物の固形分量のうち、10重量%をホウ素ドープシリコンナノ粒子が、10重量%をスピンオングラス溶液中に含まれる固形分がそれぞれ占めるよう、感光性樹脂組成物を調製した。
感光性樹脂組成物として、ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)、上記ホウ素ドープシリコン粒子含有溶液を混合する代わりに、ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)、SiO2ナノ粒子分散溶液SIRPMA30WT%−E9(CIKナノテック株式会社製)を混合したことを除いて、実施例1と同様にして、SiC基材上にマスク層を形成した。この際、混合後の感光性樹脂組成物の固形分量のうち、20重量%をSiO2ナノ粒子分散溶液SIRPMA30WT%−E9に含まれる固形分が占めるよう、感光性樹脂組成物を調製した。
感光性樹脂組成物として、ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)、上記ホウ素ドープシリコン粒子含有溶液を混合する代わりに、ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)、スピンオングラス(12000−T、東京応化製)を混合したことを除いて、実施例1と同様にして、SiC基材上にマスク層を形成した。この際、混合後の感光性樹脂組成物の固形分量のうち、20重量%をスピンオングラス中に含まれる固形分が占めるよう、感光性樹脂組成物を調製した。
感光性樹脂組成物として、ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)、上記ホウ素ドープシリコン粒子含有溶液を混合した溶液を用いる代わりに、ネガ型フォトレジスト(CTP−100T、メルク社製)を用いたことを除いて、実施例1と同様にSiC基材上にマスク層を形成する工程を実施した。
実施例1〜2及び比較例1〜3の結果からは、添加物としてシリコン(Si)粒子を用いた場合に、感光性樹脂組成物のパターニング後の熱焼成により、導電性を持つ残留物のパターンを基材上に形成できた一方で、添加物として導電性を有さないシリカ(SiO2)粒子及びスピンオングラスを添加した場合には、導電性を持つ残留物のパターンを基材上に形成できなかったことが理解される。
以下の実施例3及び比較例4では、感光性樹脂組成物を調製し、熱酸化シリコン膜1000nmつき基材上に塗布膜を形成した後、紫外光のパターニング露光、現像、焼成を行い、それによってマスク層のパターン形成を行った。また、これらの実施例及び比較例では、マスク層のシート抵抗の測定を行った。
基材としてSiC基材を用いる代わりに、熱酸化シリコン膜1000nmつきのシリコンウエハを用いたことと、パターニング露光時に基材全面に紫外光を露光したことを除いて、実施例1と同様にして、マスク層のパターン形成を行った。マスク層のパターン形成を行った後、シャドウマスクを通じて、マスク層のパターンの抵抗率測定を目的としたアルミニウム電極を、マスク層のパターン上に真空蒸着法を用いて形成した。
ホウ素ドープシリコン粒子含有溶液の代わりにスピンオングラス(12000−T、東京応化製)を用いたことを除いて実施例3と同様にして、シリコン基材上にパターンを有するイオン注入用マスクを形成した後で、このイオン注入用マスクのシート抵抗の測定を行った。それによれば、装置の測定限界以上の電流が測定されず、マスク層のシート抵抗は2.0×108GΩ/□以上であると見積もられた。
2 SiC基材
3 SiO2膜
4 感光性レジスト
6 イオン注入領域
7 ドーパントイオンのビーム
11 感光性樹脂組成物膜
12 マスクパターン開口部
13 マスク層パターン
21 Alイオン注入時にイオン注入用マスク層の開口部であった領域のAl濃度分布
22 Alイオン注入時にイオン注入用マスク層に被覆されていた領域のAl濃度分布
Claims (15)
- 感光性樹脂、並びに導電性材料及び/又は半導体材料の粒子を含有している、感光性樹脂組成物。
- 前記粒子が、金属、半金属、又はそれらの組合せの粒子である、請求項1に記載の組成物。
- 前記粒子が、シリコン粒子である、請求項2に記載の組成物。
- 前記シリコン粒子が、13族及び15族元素のうち少なくとも一種類の元素をドーパントとして含有している、請求項3に記載の組成物。
- 前記シリコン粒子が、ホウ素又はリンをドーパントとして含有している、請求項4に記載の組成物。
- 前記シリコン粒子における前記ドーパントの濃度が、1018atoms/cm3以上である、請求項4又は5に記載の組成物。
- 金属不純物含有量がそれぞれの金属元素について100ppb以下である、請求項3〜6のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記粒子の平均粒径が1〜500nmである、請求項1〜7のいずれか一項に記載の組成物。
- 前記粒子の平均粒径が1〜100nmである、請求項8に記載の組成物。
- 前記感光性樹脂組成物の膜を、大気下で800℃の焼成を1時間行って、膜厚0.5μmのマスク層を得たときに、このマスク層のシート抵抗が、1012Ω/□以下である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の組成物。
- シロキサン化合物を更に含有している、請求項1〜10のいずれか一項に記載の組成物。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物の膜のパターンを、半導体層又は基材上に形成する工程、
前記感光性樹脂組成物の膜のパターンを焼成して、イオン注入用マスクを形成する工程、
前記イオン注入用マスクのパターン開口部を通して、前記半導体層又は基材にイオンを注入する工程、
前記イオン注入用マスクを除去する工程
を含む、半導体デバイスの製造方法。 - 前記感光性樹脂組成物の膜のパターンを半導体層又は基材上に形成する工程が、請求項1〜11のいずれか一項に記載の感光性樹脂組成物の膜を半導体基材上に形成し、そして前記感光性樹脂組成物の膜にパターニング露光及び現像することを含む、請求項12に記載の方法。
- 前記半導体層又は基材が、SiC層又は基材である、請求項12又は13に記載の方法。
- イオン注入工程における前記半導体層又は基材の温度が、200℃以上である、請求項12〜14のいずれか一項に記載の方法。
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