TWI284686B - A stencil mask for ion implantation - Google Patents

Description

1284686 九、發明說明： 一、【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於在半導體元件之製作之離子植入（Ion Implantation)製程使用之離子植入用模板遮罩。 二、【先前技術】 於半導體元件製作中，在石夕單結晶基板引入m族及V族之雜 質原子，控機導電型祕質輪廓係重要之事。瞻引入該雜質 原子之方法有例如擴散法及離子植入法。 /擴散法係令所要之原子在熱上擴散至基板結晶格子中，一般 係對基板t©形成包含雜質之玻韻，藉著_玻璃層和基板原 子之間之氧化還原反應所引起之置換，對基板内引入雜質原子。 可疋，近年來，因應LSI之高密集化的要求，而要求更精密 之雜質控制（接合深度、電阻之變動之減少等），又因應於量產化 而要求提高重現性及處理性能。 因此，另一種雜質控制法亦即離子植入法之重要性增加，開 始替代擴散法而變得實用化。本方法之原理係令高能量之離子碰 撞基板，進行物理性埋入，其後利用熱處理恢復缺陷，及使得作 為雜質之載子活化。在基板為矽之情況下，例如將皿族之B、v族 之P、As、Sb等離子作為雜質植入。 、 、，離^植入法之基本之特徵例如為可進行用以控制植入區域 ^遮蔽。若使用遠比植入之離子之移動距離厚之遮罩材料，離子 停在内，，未到達遮罩下之基板内。在這種離子植入用模板遮罩 上’以往使用利用光蝕刻製程在基板上之所要之區域以所需之厚 度所形成之光阻劑遮罩之方法。可是，在依據以往之光蝕刻之光 阻劑遮^，進行光阻劑之塗抹、曝光以及顯像後，形成光阻劑遮 罩，，半導體元件製作之離子植入製程使用該遮罩後，需要將不 要之光阻遮罩灰化除去，最後進行洗淨，由於須要如此漫長的製 程，乃須要縮短製程時間。 1284686 其中，最近提議使用離子植入用模板遮罩之離子植入技術(參 照非專利文獻1)。在本離子植入技術，報告可縮短製程時間、降 低費用及減少所需之裝置佔有面積。 [非專利文獻1] T.Shibata ^ et al. ^ Stencil Mask Ion Implantation

Technology for High Performance MOSFETs” ，IEDM 2000 Proceedings，San Francisco，CA(Dec· 11-13，2000) 三、【發明内容】 登明要解決之譯籲 以往之離子植入用模板遮罩係藉題容易取得之

On Insulator)基板所製作的，模板部係矽單結晶材 絲1 _載之離子獻賴械罩， ϊίί m之石夕所構成之基材部來支撐由厚度5卿之石夕 案之模板部。可是’在像這樣模板部係由石夕構 成的情況下，在實際使用時之壽命成為問題。 再 舰i體=言，具有町之醜，⑴接受料騎後由雜成之 餅hi力發生變化，植人精度降低。⑵ 斷掉，树軒成為雜質而砸人。 板遮之問題點，其目的在提供一種離子植入用模 Ζίίΐ離照射性優異，可長時間安定地進行高精度 為解决上述之問題點，本發明提_一種Λ E 罩，係在半導體元件之製入用模板遮 板遮罩，其特徵為至少且植製滅用之離子植入用模 層（請求項1)為 備基材部及模板部，該模板部具有鐵石 於疋’右使職板部係具細石層之離子植人用模板遮罩， 1284686 在半導體元件製作之離子植 部之應力變化也小，又，模 ’長時間受到離子照射，模板 體元件。因此，可長時間高^原子也不會作為雜質植入半導 半導體元件製造良率提高的進行高純度之離子植入， 在此情況，贿;之效果。 範圍較好（請求項2)。 又以上30· 〇#ιη以下之 圍，==32=·1 〃叫3。· _以下之範 罩可確實發揮功能之之=，子植入用模板遮 係有利。 石層之製膜費用上該範圍之厚度 該具有導i性之鐵具有，性之鑽石， 範圍較好(請求項3)。 I係在20 0時位於10 3Ω · ΟΠ以下之 有導若該具 導電；二具有 於是，係在模板部之鐵石層之全表面或 有導電性之鐵石的，若厚度位於25』“以下ί 高2子照射性之優異之特性下利 性而使用摻雜劑之情況，因可減少摻雜劑之量， 性之降低抑制成最低限，又，也有f用降低^_石之結晶 項5) 在此情況’該具有導電性之鑽石之摻雜劑係硼或磷較 好(請求 於疋’相具有導雜讀石之摻雜舰贼磷，因這些摻 1284686 容易的摻入鑽石’可簡單的將錢石之電阻率控制成所 ‘之=石具層有之導全=二^ 〇 ·«?r^2 c〇〇：n；3 之範圍也可（請求項6)。 μ社U00"m以下 藉著入用模板遮罩，也在離子植入製程’ 確實的防止離子植人精度降低 儲存’可 石，也可充分利用鐵石::二二使用高純度之鑽 性之優異之特性。触八價、，、0 5力所引起之高耐離子照射 在此情況，該具有導電性之材料係用自Si、 3石 ftm、cr、M〇、Ru、Rh、Ag、in、sn、Ta、w、t 始這些具有導電性之材料係在離子植入時可確實ttilj子 之g模板遮罩之電荷儲存，又在遮罩之長壽命化上也具有充分 以下，說明本發明。 本發明者們經由再三的專心檢討之結果，若離

ίίίί少？板部係具有鑽石層的，鑽石因具有由強的共價H 子照射性，想到在離子植入製程可長期的進行 间精度且Γ%純度之離子植人，令完成本發I 肩進灯 四、【實施方式】 3明明之實施形態’但是本發明並不限定於此。 植人板遮罩係在半導體元件之製作之離子 部，該模板部具有鑽石層。 主八備HP及模板 在圖1表示這種本發明之離子植入用模板遮罩例。 1284686 本離子植入用模板遮罩1〇尤 Π 12 在半2元之離子植入用模板遮罩， 之應力變化也小，X，模板部間接受離子照射，模板部 元件。於是，因模板部之鑽石係、耐入半導體 提時=有度==度之離子； 範圍=:系°.、1 _以上3〇· 以下之 到對於離子確實賴之效果；而若’在離子植人時，可得 之移動距離（range)不超過30 o^m、尤奋以m以下，因一般離子 厚度為止，在費用上也H· 〇_’不會將鐵石層製膜至多餘之 射，導電率低子子之離子之照 部或-部分之鑽石之電阻率係在之鑽石層之全 圍，可確實的防止電荷儲存。C寺位於10 Ω · on以下之範 或4分用板:之鑽石層之全部 2〇t:時位位於，Ω · _下;^導電性之鐵石之電阻率係在 可確入製程 防止二，儲存 厚度設為25· 〇二以下之}圍二【成具有導性之鑽石，將其 Ρ方止電荷儲存。又，鑽石藉著照這樣做’可更有效的 之鑽石’可直接利用鑽石;高;離。射係=高 !284686 it 導雜錢赌賴之情況，因麵上可減少摻 果。、鑽之結晶性降低抑制成最低限，也有費用減少之效 劑可導電性之鑽石之摻雜劑_或磷，因這些摻雜 易的摻人鑽石，可簡單的_石之電阻率控制成所要 電性模板部之鑽石層之全表面或部分表面上形成具有導 在？疋鑽石之材料的’該具有導電性之材料也可設為電阻率 ===⑽下之齡㈣度在^= 石，; ;=著=子植人ϊ;===ΐ 〜勿域仔，藉者在鑽石層上具備具有 屯 有間=防止離子植入精度降低。此ί’，Ζ 的，可確實的防止電荷儲存。〃 乂上2. _⑽以下之範圍 在這種具有導電性之材料上列舉例如用自s·、 ^i^r^o^Rh ： t§ ^ S τ； W ； ^

Pt、All所構成之群選擇之單體或化合物構一此W^r、 植入時可確實抑制對離子植入用模板遮罩之電二材料，離子 之長壽命化也具有充分的效果。 權存，又在遮罩 法，但是製作;離子植入用模板遮罩之製作方 明，本模板部12係具麵石層的材6城賴板部12。在本發 在這種鑽石層之製膜方法上例如有氣相合成法。在此，說明 1284686 利用氣相合成法將鑽石層製膜之方法。 表面I先可上將鐵石層製膜時，藉著令鐵石粒子位於基材 ί懸=’ 2得到薄且均勻之連續膜，藉著在基材表面Κί 箄5美^石_液之超音波處理、用鑽石粒子之擦傷處理 荨對在基材表面將鑽石粒子植種之前處理有效。 雷前處理之基材上’可利用例如將直流電弧放 電、直k輝先放電、燃燒火焰、高頻(RF)、微波、熱燈 ίΐΐϊΐ合成法將鑽石層製膜。尤其，微波CVD法及熱燈絲^) 法因可將大面積且結晶性良好之鑽石層製膜而較好。

在此，參照圖3所示之微波CVD裝置說明利用微波CVD法將 鑽石層製膜之方法。 本微波CVD裝置20在具備氣體引入管21和氣體排出管22之 室23内配置裝了加熱器等加熱體之工作台25。然後，為了在室 23内可產生電漿，經由導波管28將微波電源27和微波引入窗24 連接。

使用本微波CVD裝置20進行鑽石層之製膜時，首先將進行鑽 石層之製膜之基材26放置於工作台25上，然後，用圖上未示之 旋轉栗將室23内排氣而降壓。接著，自氣體引入管21將所要流 量之原料氣體(例如甲烷+氫）引入室23内。此時，例如，藉著= 原料氣體添加含有既定之摻雜劑之元素之氣體(例如，b(〇(^3)3、 乙硼烷(B2H6)、磷化氳(PH3)等），可將摻雜劑摻入鑽石。接著，調 整氣體排出管22之閥，將室23内設為既定氣壓後，自微波電& 27及導波管28施加微波，在室23内產生電漿，在基材26上將鑽 石層製膜。若使得只在CVD反應之後半引入摻雜劑氣體，可變成 只有鑽石層之表面具有導電性。 其次，如圖2(c)所示，除了背面中央部以外遮蔽基材26，利 用濕蝕刻法自背面例如用KOH水溶液、氫氟酸等蝕刻後，形成基 材部13。 & 11 1284686 然後’如圖2(d)所示，用乾餘刻等將模板部12之圖案形 所要之圖案11後，令完成離子植入用模板遮罩1〇。 為 【實施例】 以下列舉實施例及比較例具體說明本發明。 ，照圖2所示之製作步驟，製作了離子植入用模板遮罩。 ^基材26上準備直控100mm、厚度lmm、方位<ι〇〇>之雙面 磨單結晶石夕晶圓（圖2(a))。 呀 製膜然後，在本基材26上，經由前處理製程、製膜製程將鑽石層 進行以下戶斤 在前處理製程，為了令鑽石之核產生密度提高 示之前處理。 首先’旋轉塗抹裝置真空吸住基材，在表面滴下5〇ml之鑽石 粒子之懸濁液（平均粒徑50nm cluster鑽石）。 接著，令基材以3000r· p· m轉動30秒鐘，將表面之鑽石粒子 之懸濁液設為均勻塗抹狀態，然後，令自然乾燥，在基材表面 成了鑽石之植種層。 ^ 接著，在該前處理製程後之製膜製程，利用微波CVD法在 處理後之基材上將鑽石層製膜。 首先，將前處理後之基材設定於圖3所示之微波CVD裝 之室23内之基材座25上。 ，著，用旋轉泵排氣至10-3T〇rr以下之降壓狀態後，自氣體 =入管21供給由甲烷氣體、氫氣、队〇CH3)3氣體構成之原料氣體。 按照:烧氣體肌Gsccm、氫氣95〇·。咖⑽叫氣體1Q· 〇sccm ^各氣體引人室23内’將體積比設為曱烧氣體/氫氣/b_3) 體=4· 0/95. 0/1.0。 接著，調整氣體排出管22之閥，將室23内設為20Torr後， 利用微波電源27施加3000W之微波，產生電漿，在基材上進行鑽 石層之製膜19小時。在本製膜時，基材因吸收微波而發熱，表面 12 1284686 溫度達到860°C。 之在由鑽石層構成之模板部12之中央35麵正方 厚if 1〇_ ’表面粗糙度係在Ra為2随，量測由該鑽 石層構成之模板部12之電阻率值，在2〇它係2〇〇Ω · cm。 美材==基=26 用95°c之腿水溶液濕侧後， 土材口P 13 ,使付鑽石膜片變成35麵正方之形狀（圖2(c))。此 有氧氣之氣翻電漿侧將鑽石則之贿形成為所要之 圖案11，令完成離子植入用模板遮罩1〇(圖2(d))。

將用鑽石層構成了本模板部12之離子植入用模板遮罩1〇 於lOOkeV、B+離子之實際之植入之結果，在1〇2ii〇ns/cm2之植入， 圖案位置精度也4nm以下，相對於植入原子離子數之c之污染係 未滿lOppm。又，在本離子植入，完全未發生電荷儲存所引起之植 入精度降低。目此，可確娜子植人賴板料具有極高之耐離 子照射性。 實施例2

=在利用微波CVD法之鑽石層之製膜製程，除了只在製膜中之 最後之2小時引入作為摻雜劑2B(〇CH3)3氣體，將具有導電性之 鑽石只作為鑽石層之表面以外，和實施例丨一樣的製作 入用模板遮罩。 將用鑽石層（只有表面具有導電性)構成了本模板部之離子植 入$模板遮罩用於lOOkeV、B+離子之實際之植入之蟀果，在 10 ions/cm之植入，圖案位置精度也2nm以下，相對於植入原子 離子數之C之污染係未滿7ppm。又，在本離子植入，完全未‘生 電荷儲存所引起之植入精度降低。因此，本離子植入用模板^罩 和實施例1相比，可確認具有更高之耐離子照射性。、 比較例1 準備直徑100刪、由矽構成之基底層之厚度lmm、中間層之絕 13 1284686 射狀基底層之中央部，使得上層之所ίΊ :£:Ξ;=== ίϊΙίί^5ρ7 ^0 上相t 疋_子照射性低，和實施例ι相比，實用性 明之』:範ί有一樣之作用效果的’係任何形態都包含於本發 &明之效¥ 五、【圖式簡單說明】 圖 圖1係表示本發明之離子植入用模板遮罩例之概略剖面 1284686 圖2(a)〜(d)係表示離子植入用模板遮罩之製作方法例之說明 圖。 圖3係表示微波CVD裝置例之概略圖。 【主要元件符號說明】 10離子植入用模板遮罩 11圖案 12模板部、 13基材部 26基材 20微波CVD裝置 21氣體引入管 22氣體排出管 23室 24微波引入窗 25工作台 27波電源 28導波管

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Claims (1)

1. __號專利_中文_利範圍修正本纖年日⑼

   十、申請專利朗： ¾:丨— 植入人用模板遮罩^件之夢作之離子 :板部，該模板部具有鑽石層，且該鑽寺;== 才部 ^石，該具有導電性之鑽石之以二電 層之一部分之具有導電性之鑽石曰^^1Γ〇形成該鑽石 該具有導電性之鑽石之摻雜劑_=在25.G⑽以下之範圍； 2. 種離子植入用模板遮罩，你在本墓4丨 植入製程使用之離子植入用模板遮罩在乍^離子 以上柳m以下之範圍;在4鑽2度係在0〜 J為具有導電性之非為鑽石之材料，4 J‘二念形 率係在2(TC時為1013Ω ·〇η以下之_ 材枓之電P且 以上2. 00_以下之範圍乂下之辄圍，而且厚度係在__ 3. 如帽專·圍第2奴離子植人關板 广有導電性之材料係以選自於由Si m’謗 C'Ti'CpMo'Ru'Rh'Agqn、。、？ \ f為鑽石構造之 成之族群之單體或化合物所構成。 &、、r、Pt、Au所構 十一、圖式·· 16