JPH0317369B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 この発明はイオン、電子またはＸ線リソグラフ
イ用のマスクに関するものであり、このマスクは
平坦な半導体ウエハを有し、ウエハの一表面のド
ーピングの深さが局部的にウエハの他の部分と少
なくとも２乃至3μｍ異なつており、ウエハの他
の表面から上記深さが異なるドーピングの行なわ
れた層まで選択的にエツチングされ、この工程で
膜（membrane）が形成され、上記マスクは膜ま
たは膜上に堆積された層のいずれかにエツチング
されるマスク・ハターンを画定する孔のパターン
をさらに有するものである。

このようなマスクを使用して、通常５分の１に
縮小されたマスクのパターンを、イオン、電子ま
たはＸ線を用いた照射によつてフオトレジスト層
に転写する。

Ｂ 従来の技術 マスク・パターンが膜上に堆積されたマスク
は、たとえば、米国特許第3742230号に記載され
ており、またマスク・パターンが膜に生成された
マスク・パターンによつて画定されているマスク
はヨーロツパ特許第0019779号に記載されている。
このようなマスクを作成する方法も、上述の特許
から公知である。

上述のヨーロツパ特許によつて公知となつたマ
スクにおいて、膜はホウ素でドープされている。
このようなホウ素によるドーピングは薄い層に高
い引張応力をもたらす効果があり、その結果ウエ
ハが屈曲する。充填密度が極めて高い、微小化さ
れたパターンをマスクによつて転写しなければな
らない場合、このような屈曲は認めることができ
ない。IBMテクニカル・デイスクロージヤ・ブ
ルテン、Vol.26、No.7a、1983年12月、p.3236に発
表されたJ.グレシユナー他（J.Greschner et al）
が発表した「Ｘ線、イオンおよび電子ビーム・リ
ソグラフイ用のシヤドー投射マスク（Shadow
Projection Mask for Ｘ−Ray、Ion and
Electron Beam Lithography）」という論文で
は、この問題の解決策が検討されているが、この
解決策はかなり薄くなつている半導体ウエハの領
域か、あるいはマスク・パターンが作成される半
導体ウエハの領域のみに厚さ２乃至3μｍのホウ
素ドーピングが作成されることからなつている。
ドープされた層が半導体ウエハの一方表面全体上
のブランケツト・コーテイングであるか、あるい
はこの表面の一部領域上のブランケツト・コーテ
イングであるかを問わず、薄くされた領域にはホ
ウ素によつて生じた引張応力による張力がかかる
が、半導体ウエハの顕著なねじれを除けば、薄い
領域は平坦である。膜の座屈が生じるのは、十分
高いドーピングに依存する温度が影響する場合だ
けである。「電子およびイオン・ビーム科学技術
に関する第８回国際会議におけるシンポジウム
（Symposium on the Eighth International
Conference on Electron and Beam Science
and Technology）」（1978年）の座上、Ｈ・ボー
レン他（H.Bohlen et al）はホウ素の表面濃度
が10¹⁹原子／cm^-3である場合、薄い層の座屈が約
120℃で生じるということを発表した。

P.ネーミツツ他（P.Nehmiz et al）［「電子、
イオンおよび光子ビームに関する国際シンポジウ
ム、1984年、アメリカ合衆国ニユージヤージー州
テリタウン（1984月）の議事録、136ページ
（Proceedings of the 1984 International
Symposium on Electron、Ion and Photon
Beams、Territown、N.J.、USA（1984）page
136）参照］はマスクの作成に用いた方法に関連
したマスクのひずみを報告している。この方法に
よれば、マスク・パターンをドープした層内また
はその上に生成したのち、薄化が行なわれる。生
産のこの段階で、ドープされた層が基板の他の部
分の全幅にわたつて接続して、引張応力の効果が
防止した場合、転写されたパターンは希望するパ
ターンの実像となる。その後選択的な薄化を行な
つた場合、周辺で固定されているものとなつてい
る膜内の引張応力は、マスク板内のパターンをひ
ずませることになる。このいわゆる「低温ひず
み」は膜の中心部および周辺部においてはゼロに
等しいが、周辺部に近い領域よりも、中心部に近
い領域において最大値となる。シリコンに圧縮応
力を生じる材料を用いた対応するドーピングによ
つて、「低温ひずみ」を補償することができる。
「低温ひずみ」を補償するのに必要な材料の量は、
温度によつて左右される。たとえば、40℃という
温度において、膜に応力がかからず、それ故、ひ
ずみを受けない場合、必要量は膜が20℃において
応力を受けない場合よりも、少なくなる。しかし
ながら、ひずみを受けず、しかも平坦なパターン
が達成されるのは、この所定の温度を膜全体にわ
たつて維持できる場合だけである。

Ｃ 発明が解決しようとする問題点 しかしながら、マスクをその目的にしたがつ
て、すなわちイオン、電子およびＸ線による放射
に使用した場合、薄層全体にわたつて均一な温度
を達成することはできない。事実、膜の温度は周
辺よりも中心の方が高い。（補償できない）ひず
みは周辺部と中心部との間の温度差によつて増加
する。

電子ビームの露出において、温度上昇ΔTが約
10°よりも高くないような低いレベル（Ｉ≦
10μA）に、最大ビーム電流を維持することが知
られている。また、Ｘ線リソブラフイにおいて
は、環境内のヘリウム雰囲気が確実にマスク内に
発生した熱を排出することで、露出中のマスクの
加熱が阻止される。このヘリウム雰囲気には若干
の欠点がある。一方において、Ｘ線の吸収によつ
て、この雰囲気はリソグラフイに利用できるスペ
クトルを制限する。他方において、幾つかの圧力
段によつて、ヘリウムの圧力をＸ線源の場所にお
ける高真空に段階的に適合させなければならない
ので、多くの（安全性の）技術的考察を含んでい
る。操作の際に、窓が破損した場合、あらゆる速
度における線源へのガス侵入を、極めて高速なバ
ルブが絶対生じないようにしなければならない。

この発明の目的は、部分的に薄くされた半導体
ウエハを有し、マスク・パターンが薄化された領
域上または領域内に形成され、このパターンは極
めて低いビーム電流を必要としないか、または極
めて複雑な冷却システムを設ける必要なく、希望
するパターンのひずみのない転写を可能とするイ
オン、電子またはＸ線リソグラフイ用のマスクを
提供することにある。

Ｄ 問題点を解決するための手段 上記目的を達成するために、この発明は、上記
膜の中心部に対しては高濃度に、上記膜の周辺部
に対しては低濃度、引張応力発生ドーピングを施
すものである。

引張応力を発生するドーピングは原子直径によ
つて、膜内に引張応力を発生することのできる原
子すべてを指すものではなく、圧縮応力を発生す
る原子によつてその効果が補償されない原子のみ
を指すものである。

Ｅ 実施例 この発明が開示するマスクの好ましい実施例に
おいて、膜は次のものからなつている。

１ 半導体ウエハの薄化の際に厚さ２乃至3μｍ
の膜を確実に残すドーピング（エツチ・ストツ
プ用のドーピング）。（ウエハがｐまたはｎのド
ーピングを有している場合、このドーピングは
ホウ素を含んだp⁺ドーピングであるか、ある
いはウエハがn⁺にドープされている場合、リ
ンを含んだｎドーピングである）。

２ 室温における最初のドーピングによつて生じ
た機械的張力をゼロに下げるドーピング。

３ 引張応力を発生し、かつ照射時の加熱に適合
した、たとえば、ホウ素のドーピング。

この実施例においては、膜の周辺部を照射時に
室温に維持できるものと想定する。これを行なえ
ない場合、上記の３で述べたドーピングに、付加
的な加熱に対応する他の均一なドーピングを、引
張応力発生材料とともに重ね合せなければならな
い。

この発明による膜のドーピングに、外方へ拡散
する組込済みの原子、または拡散、あるいはイオ
ン注入のいずれかによつて、行なうことができ
る。

この発明によるドーピングを拡散によつて行な
う場合、方法のひとつは次の通りである。室温に
おいて張力がかからないような態様で、膜を加工
したのち、照射によつて膜内に不均一な温度プロ
フイル（第３図の曲線ａに匹敵する）を発生し、
膜の周辺部の温度を、与えられたドーピング材料
が半導体材料において大きな拡散定数を有してい
る場合の値の直ぐ下の値とする。その後、拡散工
程を行ない、拡散速度が温度に依存するのである
から、膜の中心部のドーピングを周辺部よりも高
くする。膜の各部分が最終的に照射されるまで、
イオン・ビームがドーピング材料からのイオンと
ともに線によつて導かれ、かつそれぞれ特定の場
所にもよるが、それぞれのドーピング・プロフイ
ルにしたがつて、イオンの強度またはビームの運
動速度のそれぞれがコンピユータの制御によつて
同時に変更されるイオン注入によるドーピングに
は、複雑度の少ない装置が必要である。

ホウ素、すなわち引張応力を発生する材料によ
つてエツチ・ストツプのドーピングを行なうとい
う比較的頻繁に行なわれる場合において、第３図
の曲線ｂに示すプロフイルと逆のプロフイルによ
る圧縮応力を発生する材料によつてか、あるいは
第３図の曲線ｂで示したものに比較する厚さの分
布を有するホウ素が若干浸透できる材料の層で薄
くされた層を覆い、次いで厚さが異なるためホウ
素の局部的に異なる損失を生じる、加熱によるホ
ウ素の外方拡散によつてかのいずれかによつて、
ドーピングを行なうことで、この発明によるドー
ピングを行なうこともできる。

以下、この発明を例によつて規定される図面を
参照して説明する。

以下において、この発明によるマスクを第１図
および第２図を参照して検討する。形状的な寸法
の点で、この発明によるマスクは事実上、公知の
マスクと同一である。

第１図はウエハ１の断面を略図的に示したもの
である。以下において、ウエハ１はシリコンで構
成されているものと想定する。しかしながら、留
意しておかなければならないのは、ウエハ１をそ
の他の任意の半導体材料で形成できることであ
る。通常、ウエハ１の厚さは300乃至400μｍであ
る。その一方表面から、タブ型の凹部２がシリコ
ン・ウエハ１中に延設されている。タブ型凹部の
床部分は厚さ２乃至3μｍの膜３であつて、これ
はウエハ１の他の表面と同一平面をなしている。
膜３中には、透孔のパターン４がエツチングされ
ており、これはマスクのパターンを画定してい
る。上記の特徴を有するマスクは従来技術の一部
である。これは特に、固定されたマスク・パター
ンをイオン、電子およびＸ線によつてフオトレジ
スト層に転写するのに使用される。マスクの透孔
が必要なのは、イオンおよび電子のビームが使用
される場合であるが、これはこれらの粒子が固体
に強力に吸収されるからである。一方において、
透孔のパターンが環状孔を含むことができず、他
方において、通常、このようなパターンの要素が
マスクに含まれている場合、一般に、２枚の相補
性のマスクがパターンをフオトレジスト層に転写
するために用いられる。該マスクの孔のパターン
は、適正な整合状態で、２枚のマスクの一方が他
方に対して投射されるのであれば、それぞれのパ
ターンが得られるようなものである。両方のマス
クの孔の全表面がほぼ等しく、かつマスクの表面
でほぼ均一に分布されるような態様で、孔の要素
が相補性の両方のマスクに分布される。さまざま
な観点から、相補性の両方のマスクに対する孔の
パターンを、膜３上に設けることが有利である。

第２図のマスクが第１図のものと異なつている
のは、孔のパターン４が、ウエハ１上に堆積され
かつ金で構成されているのが好ましい層５に設け
られており、しかも膜３がブランケツト層を形成
していることだけである。第２図のマスクはＸ線
によつてマスク・パターンを転写するために使用
される。Ｘ線の固体への吸収率が、電子およびイ
オンのビームよりもはるかに低いのであるから、
マスクに透孔を設ける必要はない。第２図のもの
に類似したマスクにおいて、環状の透明なマスク
領域に関連した問題は生じない。したがつて、パ
ターンの転写には、１枚のマスクで十分である。

この発明によるマスクが従来技術のものと異な
つているのは、このマスクが膜３の画定されたド
ーピングをもたらす点である。照射状態におい
て、マスクはそれぞれのマスク・パターンの転写
の際に、高いパターンの忠実度を確保しなければ
ならない。超小型化が進み、同様に集積回路にお
ける回路素子の充填密度が増加するにしたがい、
転写の際のパターンの忠実度に対する要望も高ま
る。すなわち、許容公差は継続的に減少してい
る。照射状態において、従来技術のマスクはマス
ク平面からの膜３の屈曲、あるいはマスク平面に
おけるマスク・パターンのひずみを示す。このよ
うな状況において、マスク・パターンのひずみは
マスク要素の少なくとも一部が、固定された位置
からずれること、ならびにその所定の形状を変形
することを意味する。いかなる状況においても認
めることのできない屈曲を、シリコン中に引張応
力をもたらす、たとえば、ホウ素などの材料によ
る膜３の均一なドーピングによつて阻止または打
ち消すことができる。最も頻繁に使用される従来
技術のマスクにおいて、製造上の理由から、この
ようなホウ素ドーピングが任意の速度で、少なく
とも膜３に設けられる。しかしながら、膜３の均
一なドーピングは、照射状態におけるマスク・パ
ターンのひずみをまつたく阻止することができな
い。これが可能なのは、膜３が放射中に均一な温
度を有している場合だけであるが、これはこの明
細書には適用されないものである。実際には、照
射された膜３の温度が中心部で最も高く、周辺部
で最も低い場合、マスク膜内の温度差は使用され
るビーム電流の高さによつて増加する。超小型化
が進んだ場合、マスク・パターンの許容可能なひ
ずみは小さくなる。複雑で、極めて入り組んだ冷
却装置を除けば、これまでのこのことを考慮でき
たのは、ビーム電流が大幅に減少し、スループツ
トが極めて小さいという好ましくない結果が生じ
る場合だけである。第３図は第１図および第２図
の断面に沿つた照射の際の温度分布を、線図（曲
線ａ参照）で略示したものである。照射時に膜内
に局部的に現れる温度差、対応する圧縮応力に比
例するものである。シリコンよりも共有原子半径
を有する元素（これらの元素にはホウ素の他にリ
ンおよび炭素が含まれる）を用いた膜３の対応す
るドーピングによつて、この圧縮応力を完全に補
償できることが判明した。この発明によるマスク
において、特定のビーム電流に適合し、したがつ
て特定の温度プロフイルに適合した所定のモード
において、膜３がドープされる。第１図および第
２図の膜で示されるドーピング・プロフイルは、
ほぼ第３図の曲線ｂを描くものであり、この曲線
はほぼ放物関数にしたがつている。この点で明確
にしなければならないのは、第３図のドーピン
グ・プロフイルが膜３内に存在する可能性のある
引張応力発生材料の全量を対象としているのでは
なく、逆ドーピングによつて補償されない引張応
力発生材料だけを対象としていることである。以
下において、特定の例として、第１図の設計のこ
の発明によるマスクを、第４図のドーピング・プ
ロフイルを参照して詳細に検討する。

半導体ウエハはシリコンからなつており、膜の
表面は11×11cm²のサイズと、2μｍの厚さを有し
ている。孔は膜上に均等に分布しており、その全
表面は膜表面のほぼ40％になつている。マスクの
生産中に、膜はホウ素によつて均等にドープ済み
である。その後の生産工程において、このホウ素
ドーピングは均等なゲルマニウム・ドーピングに
よつて、室温において膜に張力がかからないよう
な程度まで補償される。膜はさらに、第４図のプ
ロフイルにしたがつて、ホウ素でドープされる。
第４図の線図によつて示されるように、最大−付
加的な−ホウ素濃度は1.66×10¹⁹／cm³の範囲にあ
る。マスクは10μAのビーム電流に露出される。
これらの条件のもとで、膜の中心部と周辺部の間
の温度差は23.5℃になり、周辺部の温度は約27℃
になる。マスクの生産に関連して以下で説明する
方法によつて、膜の機械的張力を測定したとこ
ろ、これらの照射条件のもとで、膜に張力がない
ことが明らかとなつた。

第５図は、形状的な寸法がこの例で説明したマ
スクに対応しているマスクにおいて、張力を確実
になくするのに必要な膜の中心部と周辺部の間の
ホウ素ドーピング差とビーム電流との間の相関関
係を示す。これに関連するドーピング・プロフイ
ルは形状的に、第４図のものと同様である。第５
図には、付加的な不均一なドーピングが存在して
いない場合に現れる最大熱ひずみが付加的に示さ
れている。第５図の連続線と平行に、破線も示さ
れている。固定ビーム電流において、破線に対応
した最大ドーピング差が発生した場合、照射状態
のもとで、最大10nｍの残留ひずみが膜内に残
る。これは今日の超小型化のレベルで受入れるこ
とのできるひずみである。使用されるビーム電流
に対応したものよりも若干高い速度でマスクをド
ープすることが望ましいが、これはドーピングが
ビーム電流に、したがつて結果として生じる温度
差に余りにも正確に適合している場合、この温度
を若干超えると、膜がマスクから曲がつてしまう
危険があるからである。しかしながら、これは完
全に回避しなければならないものである。したが
つて、所定のビーム電流に対するマスクの最適ド
ーピング差は、連続した曲線上の値と破線の曲線
上の値との間にある。

マスクを形成する際に、公知のマスクの生産に
適用されるものと同じ方法が、まず適用される。

操作を半導体ウエハから開始するのが、好まし
い。以下の説明において、この半導体はｎ−また
はｐ−ドーピングを有する、配向が（100）であ
ることが好ましい、単結晶シリコンからなつてい
る。しかしながら、ウエハがシリコンからなつて
いる必要はなく、また上述のドーピングは必須の
ものではなく、たとえば、シリコンをn⁺にドー
プしてもかまわない。シリコン・ウエハの厚さは
約100μｍと約400μｍの間である。シリコン・ウ
エハの表面の一方は、ｐ導電性の不純物で高度に
ドープされている。ホウ素を不純物として使用す
るのが有利である。ドーピングを行なう場合、不
純物のイオンは公知の態様で注入されるか、ある
いはウエハに拡散されるかのいずれかとなる。ド
ーピングの際に、p⁺にドーピングされた表面層
が形成され、その厚さは表面からの距離として画
定されるものであり、シリコン中にホウ素を入れ
た場合の、この表面に対するドーピング濃度は７
×10¹⁹不純物原子／cm³である。高度にドーピング
された層は、低ドープのシリコンをエツチングす
ることが好ましい特定の溶液に溶解しない。この
特性は以降の処理工程で説明するシリコン・ウエ
ハの薄化に重要である。（マスクの生産において、
n⁺にドープされたシリコン・ウエハを想定した
場合、薄い、ｎにドープされた表面層がｐ導電性
を誘起する材料を用いたドーピングによつて発生
し、この表面層は実際上以降の薄化工程における
n⁺にドープされた材料に対するエツチヤントに
よつて侵されることがない。）その後、高度にド
ープされた表面から、マスク・パターンがシリコ
ン・ウエハ中にエツチングされる。表面を覆う層
に、フオトリソグラフイによつてマスク・パター
ンを再現するエツチング・マスクを形成したの
ち、反応性イオン・エツチングによつてエツチン
グを行なうのが好ましい。層はフオトレジスト、
二酸化シリコン、金属からなつているか、かかる
材料を組み合わせた層である。エツチングに関す
る詳細は、ヨーロツパ特許第0019779号に記載さ
れている。エツチングの深さは高度にドープされ
た層の厚さよりも厚いものである。エツチングさ
れたパターンの領域において、シリコン・ウエハ
が薄くされ、この部分に、ウエハの他の面から、
タブ形の凹部がエツチングされる。エチレンジア
ミン、ピロカテコール、水および、選択的には、
過酸化水素からなる溶液によつて、エツチングを
行なうことが好ましい。エツチングの前面は実際
上、以前に生成され、高度にドープされた層のド
ーピング濃度が７×10¹⁹不純物原子／cm³を超えた
部分で停止する。すなわち、残余の層は孔のパタ
ーンのエツチングに深さよりも薄くなる。したが
つて、フレームとして作用するシリコン・ウエハ
内に、透孔のパターンを有するp⁺にドープされ
た薄層が存在することになる。薄いエツチングの
詳細も、ヨーロツパ特許第0019779号に記載され
ている。

上述のように、ホウ素がシリコン内に引張応力
を発生するのであるから、薄層が残余のシリコ
ン・ウエハの低ドープ材料によつて固定されなく
なると、薄層のマスク・パターンはひずむ。さら
に、高度にホウ素でドープされた層がシリコン・
ウエハの表面全体にわたつて延びている限り、こ
の層は該ウエハの屈曲を生じさせる。したがつ
て、次の処理工程において、シリコン・ウエハに
は張力がかかつてはならない。このことは、たと
えばシリコンよりも共有原子直径が大きい材料を
用いた均一なドーピングによつて行なわれる。こ
のような材料は、たとえばヒ素またはゲルマニウ
ムである。

張力が存在しないことの測定は、下記の考慮事
項に基づいて行なわれる。ホウ素のドーピングに
よつて機械的にプレストレスを与えられ、かつ張
力のかかつていないシリコン・フレームに設けら
れているシリコン膜には、強い内部張力がかかつ
ている。フレームをカバーして、シリコン膜にこ
こで、たとえばフラツドライトによつて照射を行
なつた場合、膜は熱によつて膨張し、それ故、内
部の機械的プレストレスを軽減する。十分な加熱
を行なうと、熱膨張は内部張力を過補償すること
になる。過補償はマスク表面に対して垂直な、シ
リコン膜の曲げを生じさせる。加熱温度に対す
る、マスクの表面に垂直な、シリコン膜の曲げｙ
を示す第６図の線図は、この挙動を表わすもので
ある。したがつて、シリコン膜内に張力が存在し
ないことを決定するには、第６図の曲線の屈曲部
を決定できる方法が必要である。高度にホウ素で
ドープした膜を有するシリコン・ウエハを顕微鏡
に載せ、焦点を合わせて、膜の中心部を観察し、
次いで膜を徐々に加熱することによつて、曲線の
屈曲部を正確に画定することができる。曲げが始
まると同時に、それまでシヤープであつた像が、
急激にぼける。張力が存在しないことを、室温で
決定しなければならない場合、膜をまず冷却し、
次いで徐々に室温まで加熱しなければならない。

このテスト方法によれば、マスク構造体中の高
度にホウ素でドープされた層をドープし、この層
を室温で張力のかかつていないものとするのに必
要なヒ素またはゲルマニウムの量を、一連の複雑
でないテストによつて、簡単に確認することがで
きる。層の下面におけるホウ素の濃度が、上述の
ように、７×10¹⁹ホウ素原子／cm³をである、厚さ
2μｍのホウ素でドープした層は、たとえば、約
８×10²⁰原子／cm³のゲルマニウム濃度を必要とす
る。逆ドーピングは従来は、イオン注入またはイ
オン拡散によつて行なわれている。マスク構造体
をこのように張力のかかつていないものとしたの
ちにおいても、この構造体を実用、すなわち製造
条件における生産に必要なスループツトを得るた
めの十分高いビーム電流による照射に供すること
はできない。この発明が開示するマスクを使用し
た電子ビーム・リソグラフイ工程においては、マ
スクを迅速に走査する電子ビームが、マスクの照
射に用いられる。これによつて生じる膜の加熱
は、フラツドライトによる加熱に対応したもので
ある。シリコン膜のフレームとして機能する、エ
ツチングの行なわれていないシリコン・ウエハの
領域における熱の散逸が比較的高いため、膜の中
心部において最大値となるシリコン膜内の熱分布
が達成される。第３図の連続した曲線は、マスク
の膜の断面における、膜の周辺部に関する温度差
プロフイルを略示するものであつて、これはシリ
コン膜上に形成されるものである。ドーピングに
よつて、前の処理工程で張力がかからなくなつて
いるシリコン膜をこのようなビーム電流に露出し
た場合、この膜は圧縮力が蓄積することによつて
座屈することになる。この圧縮力の蓄積を防止す
るため、シリコン膜を以降の処理工程において、
不均一に、かつ所定のビーム電流に対して調整さ
れた引張応力発生材料を用いてドープする。ドー
ピングを行なう場合、シリコンよりも共有原子直
径が小さな材料を使用することができる。これら
の材料は特に、ホウ素だけではなく、リンおよび
炭素を含むものである。照射の際に遭遇する温度
差と、これらの材料が補償する引張応力との間に
は、線形の相関関係がある。他方において、特に
シリコン内の10¹⁹〜10²⁰ホウ素原子／cm³のドーピ
ング範囲においては、ドーピング濃度とこれによ
つて誘起される局部引張応力との間にほぼ線形の
相関関係が存在する。温度が第４図に示すように
分布しているのであれば、膜の同じ断面に対し
て、プロフイルが温度差と形状的に類似した経路
を示すホウ素ドーピングによつて、マスクに張力
がかからないようにすることが可能である。これ
らの関係を第３図の曲線ｂで示す。このようなド
ーピングをホウ素イオン・ビームを用いたイオン
注入によつてもたらすことができるが、この場
合、シリコン膜に対する走査の強さまたは速度
を、たとえば第４図のような２次元のドーピン
グ・プロフイルの３次元モードへの変換を表わ
す、シリコン膜内のホウ素の濃度分布をもたらす
ような態様で、コンピユータによつて制御する。
第３図（曲線ｂ参照）および第４図のドーピン
グ・プロフイルはほぼ放物関数にしたがうもので
ある。したがつて、所定のビーム電流によつて張
力をなくするのに必要なドーピング分布を発生さ
せるための制御データを、一連の簡単なテスト
で、容易に確認できる。

第７Ａ図はシリコン膜の断面における、上述の
マスク生成時に実施される３回のドーピング、す
なわち以下のドーピングでもたらされるドーピン
グ・プロフイルを略示したものである。

１ エツチ・ストツプをもたらす、最初の、横方
向に均一なホウ素の拡散 ２ 室温において張力を補償するためのゲルマニ
ウム・ドーピング ３ 所定のビーム電流を用いたシリコン膜の照射
の際に、張力のかからないマスクを作成するた
めの２回目のホウ素拡散（横方向に不均一なド
ーピング・プロフイル） 完成したマスクに実際に、所定のビーム電流に
よる張力がかからないことを確実とするため、上
記の顕微鏡による張力の測定の際に、前記の所定
のビーム電流によつて照射を行なう。

拡散による不均一なドーピングにおいて、シリ
コン膜を、たとえば、電流を膜内に送ることによ
つて、あるいは対応する熱の照射によつて加熱
し、高熱放散のフレームまでの距離が異なること
により、膜の中心部と周辺部との間に相当程度の
温度差を生じさせるので、シリコン膜を拡散源に
露出した場合、温度差によつて生じる異なる拡散
速度に基づいて、希望する不均一なドーピングが
達成される。

第１図に示した設計の、この発明のマスクを作
成する場合、第７Ａ図のものとは異なるドーピン
グ・プロフイルが得られるような態様で、ドーピ
ング工程を実施することもできる。たとえば、第
７Ｂ図のプロフイルは、最初のホウ素ドーピング
のあとで、室温においてマスクに張力がかからな
いようにする２回目のドーピングを行なうのでは
なく、シリコンよりも共有原子直径が大きい材
料、たとえばゲルマニウムを用いた２回目のドー
ピングにおいて、ゲルマニウムがシリコン膜の周
辺部において最高となり、かつ中心部において最
少となる（すなわち、第７Ａ図の不均一なホウ素
のプロフイルと逆な、不均一なゲルマニウム・プ
ロフイルをもたらす）ような態様で、シリコン膜
の不均一な逆ドープを行なうことで得られたもの
であつて、補償されないホウ素の結果として生じ
る濃度の分布が、第７Ａ図に関して説明したよう
な３回のドーピングによつて達成される分布と等
しくなるような態様で、ホウ素とゲルマニウムの
濃度が、互に対して調整されている。室温におい
て張力をなくする場合に、逆ドープを行なうので
はなく、最初のドーピングのあとで存在する高ホ
ウ素のドーピングを、薄化のあとで拡散させ、次
いで不均一なホウ素ドーピングを上述のようにも
たらすことで、第７Ｃ図のドーピング・プロフイ
ルが得られる。

第２図の実施例のこの発明のマスクの作成が、
第１図の実施例の作成と異なつている点は、マス
クを高度にホウ素でドープした層までエツチング
するのではなく、シリコン膜上に堆積された金属
コーテイングまでエツチングすることだけであ
る。この代替方法は公知のものであり、たとえば
米国特許第3742230号に記載されているものであ
る。

Ｆ 発明の効果 この発明によるマスクは、引張応力を発生する
ドーピングが所定のビーム電流に適合しているの
で、マスクをこのビーム電流に露出した場合、マ
スクの基板の薄化以前と同じひずみのないマスク
のパターンがもたらされる。このことは膜に現れ
る温度差がかなり大きな場合にも適用される。し
たがつて、換言すれば、この発明によるマスク
は、パターンそのもののモードで希望するパター
ンを、たとえばフオトレジスト層に高スループツ
トで転写でき、複雑な冷却システムを必要としな
い。

このマスクによつて達成される効果を、擬似冷
却と呼びことができるが、これは引張応力を発生
するドーピングが少なくとも部分的に、冷却と同
じ態様で、膜内の圧縮応力を排除できるからであ
る。10¹⁹ホウ素原子／cm³から10²⁰ホウ素原子／cm³
の間のドーピングの場合に特に見出されるよう
に、一方においては、温度の低下と引張応力の増
加の間、および他方においては、ドーピングの増
加と引張応力の増加の間には、ほぼ直線的な相関
関係がある。特定のビーム電流に対して、薄層の
厚さおよび表面、およびマスク・パターンを決定
する孔または高導電性の材料からなるマスク・パ
ターンの表面によつて決定される温度プロフイル
がわかつている場合、ひずみを補正するのに必要
なドーピング・プロフイルもひとつの要因を除い
て判明する。この要因は専門家には公知の複雑で
はないテストによつて決定されるものであつて、
適正なドーピングの基準となるのは照射された状
態において機械的な張力がないことである。膜の
照射時の温度プロフイル、および機械的な張力を
確実に存在させないために必要なドーピングのプ
ロフイルが、特定のビーム電流に関する第４図に
示されている。

張力をゼロに下げるのに必要なものよりも若干
低い、引張応力を発生するドーピングの選択する
ことが、有利である。この場合、若干のひずみを
考慮しなければならないが、これはドーピング・
プロフイルの温度プロフイルへの正確な適合に関
連する危険を回避する、すなわち、付加的な温度
上昇が僅かであつても、膜の曲がりを生じること
を回避するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、この発明によるマスク
の実施例を示す概略断面図である。第３図は、断
面に沿つて、第１図および第２図の膜上にプロツ
トした、ａ放射時に現れる温度差、およびｂ照射
ならびにこれによつて生じるａにしたがつた温度
差と無関係に、張力のかからない膜を達成する、
この発明によるドーピングを示すグラフである。
第４図は、所定の設計および所定のビーム電流の
膜に対する第３図の曲線ｂを示すグラフである。
第５図は、マスクに衝突するビーム電流に対して
プロツトされた、この発明のドーピングが存在し
ない場合に現れる最大ひずみ（曲線ａ）、および
対応するビーム電流のひずみを完全に（曲線ａ）、
あるいは画定された残余部分の排除のいずれかま
で阻止する、膜の中心部と周辺部との間のホウ素
ドーピングの相違（破線の曲線ｂ）を示すグラフ
である。第６図は、従来技術によるエツチ・スト
ツプ・ドーピングを有するマスク膜の曲げｙを、
温度に対して示すグラフである。第７Ａ図、第７
Ｂ図および第７Ｃ図は、この発明によるマスクの
３つの実施例の膜の断面に対してプロツトしたホ
ウ素および、選択的にはゲルマニウムのドーピン
グ・プロフイルを示すグラフである。 １……ウエハ、２……凹部、３……膜、４……
透孔のパターン、５……層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体ウエハを有し、このウエハの一表面の
   ドーピングの深さが局部的にこのウエハの他の部
   分と少なくとも２乃至3μｍ異なつており、前記
   ウエハの他の表面から前記深さが異なるドーピン
   グが行なわれた層まで選択的にエツチングされ、
   この工程で膜が形成され、前記膜または該膜上に
   堆積された層にエツチングされるマスク・パター
   ンを画定する孔のパターンをさらに有するイオ
   ン、電子またはＸ線リソグラフイ用のマスクにお
   いて、 前記膜の中心部に対して高濃度に、前記膜の周
   辺部に対して低濃度に、引張応力発生ドーピング
   を施したことを特徴とするリソグラフイ用マス
   ク。