KR101075080B1 - 이온 주입용 스텐실 마스크 - Google Patents

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노구치히토시
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신에쓰 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
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    • H01J37/3171—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation for ion implantation

Abstract

(과제) 반도체 디바이스의 제작에 있어서의 이온 주입공정에서 사용하는 이온 주입용 스텐실 마스크로서, 이온 조사내성이 뛰어나고, 장시간에 걸쳐서 고정밀하고 또한 고순도의 이온 주입을 안정되게 행할 수 있는 이온 주입용 스텐실 마스크를 제공한다.
(해결수단) 반도체 디바이스의 제작에 있어서의, 이온 주입공정에서 사용하는 이온 주입용 스텐실 마스크로서, 적어도 기재부, 스텐실부를 구비하고, 상기 스텐실부가 다이아몬드층을 갖는 것을 특징으로 하는 이온 주입용 스텐실 마스크.

Description

이온 주입용 스텐실 마스크{STENCIL MASK FOR ION IMPLANTATION}
도 1은 본 발명의 이온 주입용 스텐실 마스크의 일례를 나타내는 개략단면도이다.
도 2는 이온 주입용 스텐실 마스크의 제작방법의 일례를 나타내는 설명도이다.
도 3은 마이크로파 CVD장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 이온 주입용 스텐실 마스크 11 : 패턴
12 : 스텐실부 13 : 기재부
20 : 마이크로파 CVD장치 21 : 가스 도입관
22 : 가스 배출관 23 : 챔버
24 : 마이크로파 도입창 25 : 스테이지
26 : 기재 27 : 마이크로파 전원
28 : 도파관
본 발명은, 반도체 디바이스 제작에 있어서의 이온 주입(Ion Implantation)공정에서 사용하는, 이온 주입용 스텐실 마스크에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제작에서는, 실리콘 단결정 기판에 Ⅲ족 및 Ⅴ족의 불순물원자를 도입하고, 그 도전형이나 불순물 프로파일을 제어하는 것이 중요하다. 그 불순물 원자를 도입하는 방법으로서는, 확산법과 이온 주입법을 들 수 있다.
확산법은 기판 결정격자중에 소망의 원자를 열적으로 확산시키는 것으로, 일반적으로는 불순물을 함유하는 유리층을 기판 표면에 형성하고, 그것과 기판원자 사이의 산화환원반응에 의한 치환으로, 불순물원자를 기판 내에 도입하는 것이다.
그러나, 최근, LSI의 고집적화에 대응하여, 보다 정밀한 불순물 제어(접합 깊이, 저항의 편차의 저감 등)가 요구되고, 또 양산화에 대응하여, 재현성의 향상, 처리능력의 향상이 요구되어 왔다.
그래서 또 하나의 불순물 제어법인, 이온 주입법의 중요도가 증가하여, 종래의 확산법을 대신하여 실용화되게 되었다. 그 원리는, 고에너지의 이온을 기판에 충돌시켜서 물리적으로 메워넣고, 그 후 열처리에 의해 결함의 회복과 불순물의 캐리어로서의 활성화를 하는 방법이다. 기판이 실리콘일 경우, 예를 들면 Ⅲ족의 B, V족의 P, As, Sb 등의 이온이 불순물로서 주입된다.
이 이온 주입법의 기본적인 특징으로서, 주입 영역을 제어하기 위한 마스킹이 가능한 것을 들 수 있다. 주입되는 이온의 활동범위보다 충분히 두꺼운 마스크재를 사용하면 이온은 그 내부에서 정지하고, 마스크 아래의 기판 내에는 도달하지 않는다. 이러한 이온 주입용 마스크로서, 종래, 기판상에 포토리소그래피 공정에 의해 소망 영역에 필요한 두께로 형성한 레지스트 마스크를 사용하는 방법이 사용되어져 왔다. 그러나, 종래의 포토리소그래피에 의한 레지스트 마스크에서는, 레지스트의 도포, 노광, 현상을 행해서 레지스트 마스크를 형성하고, 그 마스크를 반도체 디바이스 제작에 있어서의 이온 주입공정에서 사용한 후는, 불필요하게 된 레지스트 마스크를, 애싱(ashing) 제거하고, 최후에 세정한다고 하는 긴 공정이 필요해서, 공정시간의 단축이 요구되고 있었다.
그러한 중, 최근에 와서 이온 주입용 스텐실 마스크를 사용한, 이온 주입 기술이 제안되었다(비특허문헌 1 참조). 본 이온 주입기술에서는, 프로세스 시간의 단축, 비용저감, 필요로 하는 장치 점유면적의 저감이 얻어진다고 보고되어 있다.
[비특허문헌 1]
T.Shibata, et al., "Stencil Mask Ion Implantation Technology for High Performance MOSFETs", IEDM 2000 Proceedings, San Francisco, CA(Dec.11-13, 2000)
종래의 이온 주입용 스텐실 마스크는, 입수가 용이한 SOI(Silicon On Insulator)기판을 기초로 제작한 것이며, 스텐실부가 실리콘 단결정 재료인 것이었다. 예를 들면, 상기 비특허문헌 1에 기재된 이온 주입용 스텐실 마스크는, 5㎛∼10㎛ 두께의 실리콘으로 이루어지는, 패턴을 형성한 스텐실부를, 500㎛ 두께의 실리콘으로 이루어지는 기재부가 지지하는 구조이다. 그러나, 이와 같이 스텐실부가 실리콘으로 이루어지는 것일 경우, 실사용에 있어서의 수명이 문제였다.
구체적으로는, (1)이온의 조사를 받아서 실리콘으로 이루어지는 스텐실부의 응력이 변화되어 주입 정밀도가 저하하고, (2)스텐실 마스크의 실리콘의 결합이 끊어져서 실리콘 원자가 불순물로서 주입되어 버린다고 한 문제가 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 반도체 디바이스의 제작에 있어서의 이온 주입공정에서 사용하는 이온 주입용 스텐실 마스크로서, 이온 조사내성이 뛰어나고, 장시간에 걸쳐 고정밀하고 또한 고순도의 이온 주입을 안정되게 행할 수 있는 이온 주입용 스텐실 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 반도체 디바이스의 제작에 있어서의 이온 주입공정에서 사용하는, 이온 주입용 스텐실 마스크로서, 적어도 기재부, 스텐실부를 구비하고, 상기 스텐실부가 다이아몬드층을 갖는 것임을 특징으로 하는 이온 주입용 스텐실 마스크를 제공한다(청구항 1).
이와 같이, 스텐실부가 다이아몬드층을 갖는 것인 이온 주입용 스텐실 마스크를 사용하면, 반도체 디바이스 제작에 있어서의 이온 주입공정에서, 장시간 이온의 조사를 받아도 스텐실부의 응력변화는 작고, 또한, 스텐실부의 원자가 불순물로서 반도체 디바이스에 주입될 일도 없다. 따라서, 장시간에 걸쳐 고정밀하고 또한 고순도의 이온 주입을 안정되게 행할 수 있고, 반도체 디바이스 제조 수율이 향상되어 비용저감의 효과도 있다.
이 경우, 상기 다이아몬드층의 두께가 0.1㎛이상 30.0㎛이하의 범위인 것이 바람직하다(청구항 2).
이와 같이, 다이아몬드층의 두께가 0.1㎛이상 30.0㎛이하의 범위이면, 주입되는 이온의 활동범위보다 충분히 두꺼워, 이온 주입용 스텐실 마스크로서 확실하게 기능할 수 있는 두께이며, 다이아몬드층의 막형성 비용의 점에서도 상기 범위의 두께인 것이 유리하다.
이 경우, 상기 다이아몬드층의 전부 또는 일부가 전기 전도성을 갖는 다이아몬드이며, 상기 전기 전도성을 갖는 다이아몬드의 전기 저항율이, 20℃에서 1013Ω·㎝이하의 범위인 것이 바람직하다(청구항 3).
이와 같이, 다이아몬드층의 전부 또는 일부가 전기 전도성을 갖는 다이아몬드이며, 상기 전기 전도성을 갖는 다이아몬드의 전기 저항율이, 20℃에서 1013Ω·㎝이하의 범위이면, 반도체 디바이스 제작에 있어서의 이온 주입공정에서 스텐실부의 전하축적을 확실하게 방지할 수 있으며, 장시간, 정밀도가 높은 주입이 가능해 진다.
상기 다이아몬드층의 일부인 전기 전도성을 갖는 다이아몬드는, 다이아몬드층의 전체 표면 또는 일부 표면에 형성되어 있는 것으로서, 두께가 25.0㎛이하의 범위인 것임이 바람직하다(청구항 4).
이와 같이, 다이아몬드층의 일부인 전기 전도성을 갖는 다이아몬드가, 다이아몬드층의 전체 표면 또는 일부 표면에 형성되어 있는 것으로서, 두께가 25.0㎛이하의 범위인 것이면, 벌크부에 있어서의 순도가 높은 다이아몬드의 강한 공유결합력에 기인하는 높은 이온 조사내성이라는 뛰어난 특성을 충분히 이용하면서, 표면 에 있어서의 전기 전도성 다이아몬드에 의해 전하축적의 문제를 충분히 해소할 수 있다. 또한, 예를 들면 전기 전도성을 부여하기 위해서 도펀트를 사용할 경우, 도펀트의 양을 절감하거나 할 수 있기 때문에, 다이아몬드의 결정성 저하를 최소한으로 억제할 수 있고, 또한, 비용저감의 효과도 있다.
이 경우, 상기 전기 전도성을 갖는 다이아몬드의 도펀트가 붕소 또는 인인 것이 바람직하다(청구항 5).
이와 같이, 상기 전기 전도성을 갖는 다이아몬드의 도펀트가 붕소 또는 인이면, 이들 도펀트는 비교적 용이하게 다이아몬드에 도핑할 수 있기 때문에, 다이아몬드의 전기 저항율을 소망의 전기 저항율로 제어하는 것을 간단히 할 수 있다.
또한, 다이아몬드층의 전체 표면 혹은 일부 표면상에, 전기 전도성을 갖는 다이아몬드가 아닌 재료가 형성된 것으로서, 상기 전기 전도성을 갖는 재료는 전기 저항율이 20℃에서 1013Ω·㎝이하의 범위이고, 또한 두께가 0.001㎛이상 2.000㎛이하의 범위인 것으로 할 수도 있다(청구항 6).
본 구조를 갖는 이온 주입용 스텐실 마스크이더라도, 이온 주입공정에 있어서 다이아몬드층상의 전기 전도성을 갖는 재료에 의해, 장시간, 전하축적을 방지할 수 있고, 이온 주입 정밀도의 저하를 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 다이아몬드층은 순도가 높은 다이아몬드를 사용할 수 있기 때문에, 다이아몬드의 강한 공유결합력에 기인하는 높은 이온 조사내성이라는 뛰어난 특성을 충분히 이용할 수도 있다.
이 경우, 상기 전기 전도성을 갖는 재료가, Si, SiC, SiN, 다이아몬드 구조가 아닌 C, Ti, Cr, Mo, Ru, Rh, Ag, In, Sn, Ta, W, Ir, Pt, Au로 이루어지는 군으로부터 선택되는 단체 또는 화합물로 구성되는 것임이 바람직하다(청구항 7).
이들의 전기 전도성을 갖는 재료는, 이온 주입시에 이온 주입용 스텐실 마스크에의 전하축적을 확실하게 억제할 수 있는 것이며, 또 마스크의 장수명화의 점에서도 충분히 효과가 있는 것이다.
이하, 본 발명에 대해서 설명한다.
본 발명자들은, 예의 검토를 거듭한 결과, 이온 주입용 스텐실 마스크의 적어도 스텐실부가 다이아몬드층을 갖는 것이면, 다이아몬드는 강한 공유결합력에 기인하는 높은 이온 조사내성을 갖기 때문에, 이온 주입공정에 있어서 고정밀하고 또한 고순도의 이온 주입을 장기에 걸쳐서 행하는 것이 가능한 것에 생각이 미치어, 본 발명을 완성시킨 것이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의, 이온 주입용 스텐실 마스크는, 반도체 디바이스의 제작에 있어서의 이온 주입공정에서 사용하는, 이온 주입용 스텐실 마스크로서, 적어도 기재부, 스텐실부를 구비하고, 상기 스텐실부가 다이아몬드층을 갖는 것이다.
이러한 본 발명의 이온 주입용 스텐실 마스크의 일례를 도 1에 나타낸다.
이 이온 주입용 스텐실 마스크(10)는, 소망의 패턴(11)으로 스텐실 가공된, 다이아몬드층을 갖는 스텐실부(12)가, 중앙부가 제거된 실리콘 등의 기재부(13)에 지지된 구조로 되어 있다.
이와 같이, 스텐실부가 다이아몬드층을 갖는 것인 이온 주입용 스텐실 마스크를 사용하면, 반도체 디바이스 제작에 있어서의 이온 주입공정에서 장시간 이온의 조사를 받아도 스텐실부의 응력변화는 작고, 또한, 스텐실부의 원자가 불순물로서 반도체 디바이스에 주입될 일도 없다. 이와 같이, 스텐실부의 다이아몬드는 이온 조사내성이 높은 재료이기 때문에, 장시간에 걸쳐서 고정밀도이고 고순도의 이온 주입을 안정되게 행할 수 있고, 반도체 디바이스 제조수율이 향상되어 비용저감의 효과도 있다.
또, 스텐실부의 다이아몬드층의 두께는, 0.1㎛이상 30.0㎛이하의 범위인 것이 바람직하다. 다이아몬드층의 두께가 0.1㎛이상이면, 이온 주입시에 이온에 대하여 확실한 마스킹 효과를 얻을 수 있고, 한편 30.0㎛이하이면, 이것을 초과하는 이온의 범위는 통상 없고, 여분의 두께까지 다이아몬드층을 형성하는 일이 없기 때문에, 가격의 면에서도 유리하다.
여기에서, 스텐실부는 이온 주입시에 하전(荷電)입자인 이온의 조사를 받기 때문에, 전기 전도율이 낮으면 전하가 축적되어 고정밀도한 이온 주입을 할 수 없게 될 우려가 있다. 그래서, 본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 스텐실부의 다이아몬드층의 전부 또는 일부의 다이아몬드의 전기 저항율이, 20℃에서 1013Ω·㎝이하의 범위이면 확실하게 전하축적을 방지할 수 있는 것을 발견하였다.
즉, 본 발명의 이온 주입용 스텐실 마스크는, 스텐실부의 다이아몬드층의 전 부 또는 일부가 전기 전도성을 갖는 다이아몬드로서, 상기 전기 전도성을 갖는 다이아몬드의 전기 저항율이 20℃에서 1013Ω·㎝이하의 범위인 것이다.
이러한 이온 주입용 스텐실 마스크는, 반도체 디바이스 제작에 있어서의 이온 주입공정에서 스텐실부의 전하축적을 확실하게 방지하는 것이 가능하며, 장시간에 걸쳐서 정밀도가 높은 이온 주입이 가능해진다.
특히, 이온 주입공정에서는, 전하는 다이아몬드층의 표면에 축적되기 쉽기 때문에, 이것을 방지하기 위해서는, 전기 전도성을 갖는 다이아몬드는 다이아몬드층의 전체 표면 또는 일부 표면에 형성되어 있는 것으로서, 두께가 25.0㎛이하의 범위인 것으로 하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 전하의 축적을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 다이아몬드층의 그 밖의 부분, 특히 벌크부는 순도가 높은 다이아몬드이기 때문에, 다이아몬드의 고이온 조사내성이라는 뛰어난 특성을 그대로 이용할 수 있다. 또한, 다이아몬드에 전기 전도성을 부여하기 위해서 도펀트를 사용할 경우에는, 전체로서 도펀트의 사용량을 절감할 수 있기 때문에, 다이아몬드의 결정성 저하를 최소한으로 억제할 수 있고, 비용저감의 효과도 있다.
또, 전기 전도성을 갖는 다이아몬드의 도펀트가 붕소 또는 인이면, 이들의 도펀트는, 비교적 용이하게 다이아몬드에 도핑할 수 있기 때문에, 다이아몬드의 전기 저항율을 소망의 전기 저항율로 제어하는 것을 간단히 할 수 있다.
한편, 스텐실부의 다이아몬드층의 전체 표면 혹은 일부 표면상에, 전기 전도성을 갖는 다이아몬드가 아닌 재료가 형성된 것으로서, 상기 전기 전도성을 갖는 재료는, 전기 저항율이 20℃에서 1013Ω·㎝이하의 범위이고, 또한 두께가 0.001㎛이상 2.000㎛이하의 범위인 것으로 할 수도 있다.
이러한 이온 주입용 스텐실 마스크이면, 다이아몬드층이 순도가 높은 다이아몬드로 할 수 있기 때문에, 다이아몬드의 강한 공유결합력에 기인하는 높은 이온 조사내성이라는 뛰어난 특성을 충분히 이용할 수 있다. 또한, 이온 주입공정에서는, 특히 다이아몬드층의 표면에 전하가 축적되기 쉽기 때문에, 다이아몬드층상에 전기 전도성을 갖는 재료를 구비함으로써 효율적으로 전하축적을 방지할 수 있고, 장시간, 이온 주입 정밀도의 저하를 방지할 수 있다. 또, 상기와 같이, 전기 전도성을 갖는 재료의 전기 저항율이 20℃에서 1013Ω·㎝이하의 범위이고, 또한 두께가 0.001㎛이상 2.000㎛이하의 범위인 것이면, 확실하게 전하축적을 방지할 수 있다.
이러한 전기 전도성을 갖는 재료로서는, 예를 들면, Si, SiC, SiN, 다이아몬드 구조가 아닌 C, Ti, Cr, Mo, Ru, Rh, Ag, In, Sn, Ta, W, Ir, Pt, Au로 이루어지는 군으로부터 선택되는 단체 또는 화합물로 구성되는 것을 들 수 있다. 이들의 것은, 이온 주입시에, 이온 주입용 스텐실 마스크에의 전하축적을 확실하게 억제할 수 있는 것이며, 또 마스크의 장수명화에도 충분히 효과가 있는 것이다.
이하, 본 발명의 이온 주입용 스텐실 마스크의 제작방법에 대해서 도 2를 참조하면서 설명하지만, 제작방법은 이것에 한정되는 것이 아니다.
우선, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 예를 들면 실리콘 웨이퍼라고 하는 기재(26)를 준비한다.
다음에, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 기재(26) 위에 스텐실부(12)를 형성한다. 본 발명에서는, 이 스텐실부(12)가 다이아몬드층을 갖는 것이다.
이러한 다이아몬드층의 막형성 방법으로서는, 예를 들면 기상합성법이 있다. 여기에서는, 기상합성법에 의해 다이아몬드층을 막형성하는 방법에 대해서 설명한다.
우선, 다이아몬드층을 기재상에 형성할 때는, 기재 표면상에 다이아몬드 입자를 존재시킴으로써 다이아몬드의 핵발생 밀도를 높게 할 수 있고, 기상합성 다이아몬드의 형성이 용이하게 된다. 그래서, 얇고도 균일한 연속막을 얻기 위해서, 기재 표면에 다이아몬드 현탁액의 도포, 다이아몬드 현탁액에서의 초음파처리, 다이아몬드 입자에 의한 스크래치처리 등에 의해, 다이아몬드 입자를 기재 표면에 붙이는 전처리를 행하는 것이 효과적이다.
이러한 전처리를 한 기재상에, 예를 들면, DC 아크방전, DC 글로우방전, 연소염, 고주파(RF), 마이크로파, 열필라멘트 등을 에너지원으로서 사용한 기상합성법에 의해 다이아몬드층을 막형성할 수 있다. 특히, 마이크로파 CVD법 및 열필라멘트 CVD법은, 대면적이고 또한 결정성이 좋은 다이아몬드층을 막형성할 수 있으므로 바람직하다.
여기서, 마이크로파 CVD법에 의해 다이아몬드층을 막형성하는 방법에 대해서, 도 3에 나타낸 마이크로파 CVD장치를 참조해서 설명한다.
이 마이크로파 CVD장치(20)는, 가스 도입관(21)과 가스 배출관(22)을 구비한 챔버(23) 내에, 히터 등의 가열체가 장착된 스테이지(25)가 배치되어 있다. 그리고, 챔버(23) 내에 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 마이크로파 전원(27)이 도파관(28)을 통해서 마이크로파 도입창(24)에 접속되어 있다.
이 마이크로파 CVD장치(20)를 사용해서 다이아몬드층의 막형성을 행하기 위해서는, 우선 다이아몬드층의 막형성을 행하는 기재(26)를 스테이지(25)상에 얹어두고, 그 후 챔버(23) 내를 도시하지 않은 로터리 펌프로 배기해서 감압한다. 다음에, 소정 유량의 원료가스(예를 들면, 메탄 + 수소)를 가스 도입관(21)으로부터 챔버(23)내에 도입한다. 이 때, 예를 들면, 소정의 도펀트의 원소를 함유하는 가스(예를 들면, B(OCH3)3, 디보란(B2H6), 포스핀(PH3) 등)를 원료가스에 첨가함으로써, 다이아몬드에 도펀트를 도핑하는 것이 가능하다. 다음에, 가스 배출관(22)의 밸브를 조절해서 챔버(23) 내를 소정기압으로 한 후, 마이크로파 전원(27) 및 도파관(28)으로부터 마이크로파를 인가해서 챔버(23) 내에 플라즈마를 발생시켜 기재(26)상에 다이아몬드층을 막형성한다. 도펀트 가스의 도입을 CVD반응의 후반에서만 도입하도록 하면, 다이아몬드층의 표면만이 도전성을 갖는 것으로 할 수 있다.
다음에, 도 2(c)에 나타낸 바와 같이, 기재(26)를, 이면 중앙부를 제외하고 마스킹하고, 이면에서, 예를 들면 KOH수용액, HF산 등으로 습윤에칭법에 의해 에칭 하여 기재부(13)를 형성한다.
그리고, 도 2(d)에 나타낸 바와 같이, 스텐실부(12)를 드라이에칭 등으로 소망의 패턴(11)으로 패턴형성하여, 이온 주입용 스텐실 마스크(10)를 완성시킨다.
(실시예)
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예를 들어서 구체적으로 설명한다.
(실시예 1)
도 2에 나타내는 제작순서로 이온 주입용 스텐실 마스크를 제작한다.
지름 100㎜, 두께 2㎜, 방위 <100>의 양면연마 단결정 실리콘 웨이퍼를 기재(26)로서 준비했다.(도 2(a))
그리고, 이 기재(26)상에 전처리 공정, 막형성 공정을 거쳐서 다이아몬드층을 형성했다.
전처리 공정에서는, 다이아몬드의 핵발생 밀도를 향상시키기 위해서 이하와 같은 전처리를 행한다.
우선, 기재를 스핀도포장치에 진공흡착하고, 표면에 다이아몬드 입자의 현탁액(평균입경 50㎚ 클러스터 다이아몬드)을 50㎖ 적하했다.
다음에, 기재를 3000r.p.m.으로 30초간 회전시켜서 표면의 다이아몬드 입자의 현탁액을 균일 도포상태로 했다. 그 후 자연건조시켜서 기재 표면에 다이아몬드의 교배층을 형성했다.
다음에, 상기 전처리 공정 후의 막형성 공정에서는, 전처리한 기재상에 마이크로파 CVD법에 의해 다이아몬드층을 막형성한다.
우선, 도 3에 나타낸 마이크로파 CVD장치(20)의 챔버(23) 내의 기재대(25)상에 전처리한 기재(26)를 세트했다.
다음에, 로터리 펌프로 10-3Torr이하의 감압상태로 배기한 후, 메탄가스, 수소가스, B(OCH3)3가스로 이루어지는 원료가스를 가스 도입관(21)으로부터 공급했다. 각 가스는, 메탄가스 40.0sccm, 수소가스 950.0sccm, B(OCH3)3가스 10.0sccm으로 챔버(23) 내에 도입하고, 체적비율을 메탄가스/수소가스/B(OCH3)3가스=4.0/95.0/1.0으로 했다.
다음에, 가스 배출관(22)의 밸브를 조절해서 챔버(23) 내를 20Torr로 하고, 마이크로파 전원(27)에 의해 3000W의 마이크로파를 인가해서 플라즈마를 발생시켜, 기재상에 붕소도핑 다이아몬드층의 막형성을 19시간 행했다. 이 막형성시에, 기재는 마이크로파 흡수로 발열하여 표면온도는 860℃에 달하고 있었다.
다음에, 이렇게 해서 얻어진 붕소도핑 다이아몬드층을 연마가공해서 스텐실부(12)로 했다(도 2(b)).
연마가공 후, 다이아몬드층으로 이루어지는 스텐실부(12)의 중앙의 사방 35㎜ 영역에서는, 두께가 10㎛, 표면조도가 Ra로 2㎚이며, 상기 다이아몬드층으로 이루어지는 스텐실부(12)의 전기 저항율 값을 측정한 결과, 20℃에서 200Ω·㎝이었다.
그 후, 기재(26)를, 이면에서 95℃의 KOH수용액으로 웨트에칭하여 기재부(13)를 형성하고, 다이아몬드의 멤브레인(membrane)이 사방 35㎜의 형태로 되도록 하였다(도 2 (c)). 또한, 산소를 함유하는 가스에 의해 플라즈마 에칭으로 다이아몬드막을 소망의 패턴(11)으로 패턴형성하여 이온 주입용 스텐실 마스크(10)를 완성시켰다(도 2(d)).
이 스텐실부(12)가 다이아몬드층으로 구성된 이온 주입용 스텐실 마스크(10) 를 100keV, B+이온의 실제의 주입에 사용한 결과, 1021ions/㎠의 주입에서도 패턴 위치 정밀도 4㎚이하, C의 오염이 주입 원자 이온수에 대하여 10ppm미만이었다. 또한, 본 이온 주입에 있어서 전하축적에 의한 주입 정밀도 저하도 전혀 발생하지 않았다. 따라서, 본 이온 주입용 스텐실 마스크는 매우 높은 이온 조사내성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 2)
마이크로파 CVD법에 의한 다이아몬드층의 막형성 공정에 있어서, 도펀트로서 B(OCH3)3가스를 막형성중의 최후의 2시간에만 도입하여, 도전성을 갖는 다이아몬드를 다이아몬드층의 표면만으로 한 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 해서 이온 주입용 스텐실 마스크를 제작했다.
이 스텐실부가 다이아몬드층(표면만 도전성 있음)으로 구성된 이온 주입용 스텐실 마스크를 100keV, B+이온의 실제의 주입에 사용한 결과, 1021ions/㎠의 주입에서도 패턴 위치 정밀도 2㎚이하, C의 오염이 주입 원자 이온수에 대하여 7ppm미만이었다. 또한, 본 이온 주입에 있어서 전하축적에 의한 주입 정밀도 저하도 전혀 발생하지 않았다. 따라서, 본 이온 주입용 스텐실 마스크는 실시예 1과 비교해서 한층 높은 이온 조사내성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
(비교예 1)
지름 100㎜, 실리콘으로 이루어지는 베이스층의 두께가 1㎜, 중간층의 절연체층(SiO2층)이 0.5㎛, 상층의 실리콘층이 10㎛인 SOI기판을 준비했다. 상층의 실리콘층의 전기 저항율은 20℃에서 200Ω·㎝이었다. 기재 이면의 베이스층의 중앙부를, 상층의 실리콘층이 소망의 형상으로 멤브레인으로서 남도록, 95℃의 KOH수용액으로 에칭하여 제거하고, 계속해서 중간층의 SiO2층을 50%의 HF산으로 에칭해서 제거했다. 이것에 의해, 상층의 실리콘층이 사방 35㎜로 멤브레인화되어 있고, 또한, 베이스층의 프레임(기재부)에 지지되어 있는 상태로 되었다. 그 후, CF4함유 가스의 플라즈마 에칭으로 사방 35㎜의 실리콘 멤브레인을 소망의 패턴으로 패턴형성해서 이온 주입 스텐실 마스크를 완성시켰다.
이 스텐실부가 실리콘층으로 구성된 이온 주입용 마스크를, 실시예 1과 마찬가지로 100keV, B+이온의 실제의 주입에 사용한 결과, 불과 1015ions/㎠의 주입에서 패턴 위치가 500㎛이상 변형되고, 실리콘의 오염이 주입 원자 이온수에 대하여 15ppm이상이었다. 스텐실부가 도전성이 있는 실리콘층이기 때문에 전하축적은 발생하지 않았지만, 이온 조사내성이 낮고, 실시예 1의 것과 비교하여 실용성이 상당히 떨어지는 것이었다.
또, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 같은 작용 효과를 이루는 것은, 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 이온 주입용 스텐실 마스크의 적어도 스텐실부를 다이아몬드층을 갖는 것으로 함으로써, 높은 이온 조사내성을 갖는 것으로 할 수 있다. 또한, 스텐실부의 다이아몬드층의 전부 또는 일부, 특히 전체 표면 또는 일부 표면이, 전기 전도성을 갖는 다이아몬드를 갖는 것으로 함으로써, 이온 주입시에 전하축적에 의한 주입 정밀도 저하를 방지할 수 있다. 이러한, 본 발명의 이온 주입용 스텐실 마스크를 실제의 이온 주입에 사용하면, 고정밀도이며 또한 고순도의 이온 주입을 장기에 걸쳐서 행하는 것이 가능해진다.

Claims (7)

  1. 반도체 디바이스의 제작에 있어서의 이온 주입공정에서 사용하는 이온 주입용 스텐실 마스크로서, 기재부, 스텐실부를 구비하고, 상기 스텐실부가 다이아몬드층을 갖고,
    상기 다이아몬드층의 두께가, 0.1㎛이상 30.0㎛이하의 범위이며,
    상기 다이아몬드층의 일부가 전기 전도성을 갖는 다이아몬드로서, 상기 전기 전도성을 갖는 다이아몬드의 전기 저항율이 20℃에서 1013Ω·㎝이하의 범위이고,
    상기 다이아몬드층의 일부인 전기 전도성을 갖는 다이아몬드는, 다이아몬드층의 전체 표면 또는 일부 표면에 형성되어 있는 것으로서, 두께가 25.0㎛이하의 범위인 것임을 특징으로 하는 이온 주입용 스텐실 마스크.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 전기 전도성을 갖는 다이아몬드의 도펀트가 붕소 또는 인인 것을 특징으로 하는 이온 주입용 스텐실 마스크.
  6. 삭제
  7. 삭제
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