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JP6842841B2 - Ion implantation mask forming method and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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JP6842841B2 - Ion implantation mask forming method and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、イオン注入用マスクの形成方法及び半導体デバイス製造方法に関する。 The present invention relates to a method for forming an ion implantation mask and a method for manufacturing a semiconductor device.

現在のパワー半導体デバイスのほとんどは、半導体Siを用いて製造されている。Siを用いたパワー半導体デバイスにおいては、Siの材料物性に起因する性能の限界に近付いている。半導体材料として半導体SiCを用いた場合、半導体Siを大きく上回る耐電圧特性、高飽和電子移動度、高い熱伝導度を有することから、パワー半導体デバイスの性能向上や、低損失化、及びデバイス冷却機構を簡略化によるシステムの小型化が可能であるため、次世代のパワー半導体材料として有望である。 Most of the current power semiconductor devices are manufactured using semiconductor Si. In power semiconductor devices using Si, the performance limit due to the material properties of Si is approaching. When semiconductor SiC is used as the semiconductor material, it has withstand voltage characteristics, high saturated electron mobility, and high thermal conductivity that greatly exceed those of semiconductor Si. Therefore, the performance of power semiconductor devices is improved, the loss is reduced, and the device cooling mechanism is used. Since it is possible to reduce the size of the system by simplifying the above, it is promising as a next-generation power semiconductor material.

SiCパワーデバイスの製造のためには、SiC中の所望の部分にイオンを注入しキャリアをドープすることが必要である。SiCへのイオンドープにおいては、SiCのドーパントの拡散係数が小さく、熱拡散法の適用は困難であるため、イオン注入によるドーピング法が広く用いられる。 For the manufacture of SiC power devices, it is necessary to inject ions into desired portions of SiC to dope carriers. In ion doping to SiC, the diffusion coefficient of the dopant of SiC is small and it is difficult to apply the thermal diffusion method. Therefore, the doping method by ion implantation is widely used.

SiCをイオン注入により低抵抗化する工程においては、高ドーズのイオン注入を行う必要がある。しかし室温で高濃度のイオン注入を行うと、SiCのアモルファス化が起きるため、期待するデバイス性能が得られない。また、一旦アモルファス化したSiCは、熱焼成などによっても、イオン注入前と同等の結晶性をもつ同多形の構造に復元することは困難である。 In the step of reducing the resistance of SiC by ion implantation, it is necessary to perform high-dose ion implantation. However, when high-concentration ion implantation is performed at room temperature, SiC is amorphized, so that the expected device performance cannot be obtained. Further, it is difficult to restore the once amorphized SiC to the same polymorphic structure having the same crystallinity as before ion implantation by heat firing or the like.

そこで、SiCへのイオン注入工程において基材を200℃以上の高温に保持することにより、イオン注入と同時に基材の結晶性の回復を図り、デバイスの電気的特性の低下を防ぐ、高温イオン注入法が知られている。 Therefore, by keeping the base material at a high temperature of 200 ° C. or higher in the ion implantation step into SiC, the crystallinity of the base material is restored at the same time as the ion implantation, and the deterioration of the electrical characteristics of the device is prevented. The law is known.

上記の高温イオン注入法では、イオン注入を200℃以上の高温で行うため、イオン注入用マスク層として、シリコンに対するイオン注入のような室温でのイオン注入で用いられるフォトレジスト材料、例えば化学増幅型フォトレジストを利用することができない。 In the above high-temperature ion implantation method, since ion implantation is performed at a high temperature of 200 ° C. or higher, a photoresist material used for ion implantation at room temperature, such as ion implantation into silicon, as a mask layer for ion implantation, for example, a chemically amplified type. Photoresist cannot be used.

したがって、上記の高温イオン注入法においては、イオン注入用マスクとして、イオン注入工程の基材温度で十分な耐熱性を有するSiO等の無機膜、例えば化学気相堆積法(CVD:Chemical Vapor Deposition)などで堆積されたSiO等の無機膜を用いることが提案されている(例えば特許文献1)。このような耐熱性のイオン注入用マスクを半導体SiC上に予めパターニングすることにより、イオン注入用マスクの開口部を通じて、半導体SiC中の所望の領域にキャリアドーピングを行うことができる。 Therefore, in the above-mentioned high-temperature ion implantation method, as a mask for ion implantation, an inorganic film such as SiO 2 having sufficient heat resistance at the substrate temperature of the ion implantation step, for example, Chemical Vapor Deposition (CVD). ) And the like, it has been proposed to use an inorganic film such as SiO 2 (for example, Patent Document 1). By pre-patterning such a heat-resistant ion implantation mask on the semiconductor SiC, carrier doping can be performed on a desired region in the semiconductor SiC through the opening of the ion implantation mask.

このような耐熱性のイオン注入用マスクのパターニングには、フォトレジストをマスクとして用いた、ウェットエッチング法、反応性イオンエッチング法(RIE)などのドライプロセスが利用される。 A dry process such as a wet etching method or a reactive ion etching method (RIE) using a photoresist as a mask is used for patterning such a heat-resistant ion implantation mask.

上記のイオン注入用マスク形成工程及びイオン注入工程の例を、図2を用いて説明する。 An example of the above-mentioned ion implantation mask forming step and ion implantation step will be described with reference to FIG.

まず、SiCエピタキシャル膜(1)を有するSiC基材(2)を提供し(図2(a))、このSiCエピタキシャル膜(1)上に、CVD法等によりSiO膜(3)を堆積させる(図2(b))。次に、SiO膜(3)上に感光性レジスト(4)を製膜する(図2(c))。その後、通常のフォトリソ工程である、パターニング露光及び現像を行い、感光性レジストのパターン形成を行う(図2(d))。その後、フッ化水素酸などにより、SiO膜の除去を行い、マスクパターン開口部(12)を有する所望のSiO膜パターンを得る(図2(e))。次いで、Oアッシングにより感光性レジストの剥離を行う(図2(f))。その後、ドーパントイオンのビーム(7)を用いて、200℃以上の高温でイオン注入を行って、イオン注入領域(6)を形成し(図2(g))、そしてフッ化水素酸などを用いたウェットプロセスでSiO膜を剥離する(図2(h))。 First, a SiC base material (2) having a SiC epitaxial film (1) is provided (FIG. 2 (a)), and a SiO 2 film (3) is deposited on the SiC epitaxial film (1) by a CVD method or the like. (Fig. 2 (b)). Next, a photosensitive resist (4) is formed on the SiO 2 film (3) (FIG. 2 (c)). After that, patterning exposure and development, which are normal photolithography steps, are performed to form a pattern of the photosensitive resist (FIG. 2 (d)). Then, the SiO 2 film is removed with hydrofluoric acid or the like to obtain a desired SiO 2 film pattern having the mask pattern opening (12) (FIG. 2 (e)). Next, the photosensitive resist is peeled off by O 2 ashing (FIG. 2 (f)). Then, using a beam of dopant ions (7), ion implantation is performed at a high temperature of 200 ° C. or higher to form an ion implantation region (6) (FIG. 2 (g)), and hydrofluoric acid or the like is used. The SiO 2 film is peeled off by the wet process (FIG. 2 (h)).

このイオン注入プロセスは工程数が多く、煩雑で高コストプロセスであるため、プロセスの簡略化が求められている。 Since this ion implantation process has a large number of steps, is complicated and is a high-cost process, simplification of the process is required.

プロセスを簡略化するために、化学増幅型フォトレジストをイオン注入用マスクとして利用して、室温においてイオン注入を行う手法が提案されている(例えば特許文献2)。 In order to simplify the process, a method of ion implantation at room temperature using a chemically amplified photoresist as an ion implantation mask has been proposed (for example, Patent Document 2).

また、プロセスを簡略化するために、シロキサンを含有するフォトレジストをパターニング後、焼成し形成された、シロキサン含有フォトレジスト焼成パターンをイオン注入用マスクとして利用して、400℃等の高温においてにおいてイオン注入を行う手法が提案されている(例えば特許文献3)。 Further, in order to simplify the process, a siloxane-containing photoresist firing pattern formed by patterning a siloxane-containing photoresist and then firing it is used as an ion implantation mask to generate ions at a high temperature such as 400 ° C. A method of implanting has been proposed (for example, Patent Document 3).

また、真空プロセスと、基材又は基板上にパターニング露光する工程を省略し、簡便にイオン注入用マスク層を形成する手法としては、イオン注入用マスク材料が溶解した溶液を、インクジェット法を用いて基板又は基材上にパターニングすることで、イオン注入用マスクパターンを得る手法が提案されている(例えば特許文献4)。 Further, as a method of simply forming the ion implantation mask layer by omitting the vacuum process and the step of patterning exposure on the substrate or the substrate, a solution in which the ion implantation mask material is dissolved is used by an inkjet method. A method of obtaining a mask pattern for ion implantation by patterning on a substrate or a substrate has been proposed (for example, Patent Document 4).

なお、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)の問題を解決するために、注入イオンと逆の極性を持つ低エネルギーの2次イオンシャワーを基材表面に供給し、基材の帯電の中和を図る手法(例えば特許文献5)、イオン注入を行う際、絶縁性のイオン注入用マスクを金属膜やドープされた半導体膜などの導電性帯電防止膜で予め被覆する手法を利用する手法(例えば特許文献6)が知られている。 In order to solve the problem of charge-up generated in the substrate and the ion implantation mask, a low-energy secondary ion shower having a polarity opposite to that of the implanted ion is supplied to the substrate surface to supply the substrate. (For example, Patent Document 5), a method of pre-coating an insulating ion implantation mask with a conductive antistatic film such as a metal film or a doped semiconductor film when ion implantation is performed. A method to be used (for example, Patent Document 6) is known.

また、イオン注入用マスクのイオンブロッキング層としての性能向上を目的として、密度が大きくイオン遮蔽性能の高い、チタンやモリブデンなどの金属薄膜をイオン注入用マスクとして利用する手法が提案されている(例えば特許文献7)。 Further, for the purpose of improving the performance of the ion implantation mask as an ion blocking layer, a method of using a metal thin film such as titanium or molybdenum, which has a high density and high ion shielding performance, as an ion implantation mask has been proposed (for example). Patent Document 7).

特開2006−324585号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-324585 特開2008−108869号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-108869 国際公開第2013/099785号International Publication No. 2013/0997785 国際公開第2001/011426号International Publication No. 2001/011426 特開平6−295700号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-295700 特開平7−58053号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-58053 特開2007−42803号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-42803

特許文献1に記載された、CVD法で成長したSiO膜をイオン注入用マスクとして利用する手法は、耐熱性に優れ、高温でのイオン注入が可能であるが、SiO膜の形成に煩雑なCVD法を使用するため高コストである。また、SiO膜のパターニングに煩雑なプロセスにフォトリソグラフィー法を用いるため、パターニング露光や現像工程等の煩雑なプロセスが必要であるため高コストである。 The method described in Patent Document 1 in which a SiO 2 film grown by a CVD method is used as an ion implantation mask has excellent heat resistance and allows ion implantation at a high temperature, but the formation of the SiO 2 film is complicated. It is expensive because it uses a flexible CVD method. Further, since the photolithography method is used for a complicated process for patterning the SiO 2 film, a complicated process such as patterning exposure and a developing process is required, which is costly.

特許文献2に記載された、化学増幅型フォトレジストをイオン注入用マスクとして利用する手法は、耐熱性が低いため、高温イオン注入プロセスを適用できない課題がある。また、パターニング露光や現像工程等の煩雑なプロセスが必要であるため高コストである。 The method of using a chemically amplified photoresist as an ion implantation mask described in Patent Document 2 has a problem that a high temperature ion implantation process cannot be applied because of its low heat resistance. In addition, it is expensive because it requires complicated processes such as patterning exposure and development process.

特許文献3に記載された、パターニングされたシロキサン含有フォトレジストをイオン注入用マスクとして利用する手法は、高い耐熱性を有するため、高温イオン注入プロセスを適用できるが、パターニング露光や現像工程、高温での焼成工程等の煩雑なプロセスが必要であるため高コストである。 The method described in Patent Document 3 in which a patterned siloxane-containing photoresist is used as an ion implantation mask has high heat resistance, so that a high-temperature ion implantation process can be applied. It is expensive because it requires a complicated process such as a firing process.

特許文献4に記載された、インクジェット法によって基材又は基板上にイオン注入用マスク層を形成する手法は、真空プロセスや、基材または基板上にパターニング露光する工程を含まないため省プロセスであるが、インクジェット法で到達可能なパターン解像度は高くても50μm〜100μmであり、SiCパワーデバイスの形成に不十分である。 The method of forming an ion implantation mask layer on a substrate or a substrate by an inkjet method described in Patent Document 4 is a process-saving process because it does not include a vacuum process or a step of patterning exposure on the substrate or the substrate. However, the pattern resolution that can be reached by the inkjet method is 50 μm to 100 μm at the highest, which is insufficient for forming a SiC power device.

本発明では、上述のような背景を鑑みてなされたものであり、特に、高温耐熱性かつ導電性を有し、半導体基材に対して金属不純物を生じる懸念がなく、1μm級の高解像度のイオン注入用マスクパターン形成が可能で、かつ低コストで高温のイオン注入プロセスに適用できる、半導体デバイス製造方法を提供する。 The present invention has been made in view of the above background, and in particular, it has high temperature heat resistance and conductivity, and there is no concern that metal impurities are generated in the semiconductor substrate, and the resolution is as high as 1 μm. Provided is a semiconductor device manufacturing method capable of forming a mask pattern for ion implantation and being applicable to a high temperature ion implantation process at low cost.

上記の課題に対して、本件の発明者らは下記の本発明に想到した。 In response to the above problems, the inventors of the present invention came up with the following invention.

〈1〉下記工程を少なくとも含む、開口部を有するイオン注入用マスクを半導体層又は基材上に形成する方法:
(a)粒子、及び分散媒を少なくとも含有している粒子分散体を、直接に又は転写基材を介して上記半導体層又は基材の全面又は一部に適用することによって、粒子膜を形成する工程;並びに
(b)上記粒子膜の一部に光照射を行って、上記粒子膜の光照射された部分を除去することによって、上記開口部を形成する工程。
〈2〉上記光照射がレーザー照射である、上記〈1〉項に記載の方法。
〈3〉上記イオン注入用マスクが、粒子、及び耐熱性バインダーを含有している、上記〈1〉又は〈2〉項に記載の方法。
〈4〉上記イオン注入用マスクのシート抵抗が、1012Ω/□以下である、上記〈1〉〜〈3〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈5〉上記粒子分散体が耐熱性バインダー形成成分を含有している、上記〈1〉〜〈4〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈6〉上記耐熱性バインダー形成成分が、シロキサンである、上記〈5〉項に記載の方法。
〈7〉上記粒子分散体が一時的バインダー形成成分を更に含有している、上記〈1〉〜〈6〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈8〉上記一時的バインダー形成成分が、ポリマーである、上記〈7〉項に記載の方法。
〈9〉上記粒子が、導電性及び/又は半導体粒子であり、かつ/又は
上記導電性及び/又は半導体粒子の材料の抵抗率が1×10Ωcm以下である、
上記〈1〉〜〈8〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈10〉上記粒子が、シリコン粒子である、上記〈9〉項に記載の方法。
〈11〉上記シリコン粒子が、ホウ素又はリンをドーパントとして含有している、上記〈10〉項に記載の方法。
〈12〉上記粒子分散体のうち上記粒子の占める割合が、1重量%〜90重量%の範囲である、上記〈1〉〜〈11〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈13〉上記イオン注入用マスクの上記粒子膜に40keVの運動エネルギーを有するAlイオンを1×1014cm−2の数密度で入射した際に、粒子膜を通過するAlイオンが、入射したイオンの数の1%以下である、上記〈1〉〜〈12〉項のいずれか一項に記載の方法。
〈14〉上記〈1〉〜〈13〉項のいずれか一項に記載の方法で形成したイオン注入用マスクの開口部を通じて、上記半導体層又は基材にイオンを注入する工程を含む、半導体デバイスの製造方法。
<1> A method for forming an ion implantation mask having an opening on a semiconductor layer or a base material, which comprises at least the following steps:
(A) A particle film is formed by applying particles and a particle dispersion containing at least a dispersion medium to the entire surface or a part of the semiconductor layer or the base material directly or via a transfer base material. Steps; and (b) A step of forming the opening by irradiating a part of the particle film with light and removing the light-irradiated portion of the particle film.
<2> The method according to the above item <1>, wherein the light irradiation is laser irradiation.
<3> The method according to the above <1> or <2>, wherein the ion implantation mask contains particles and a heat-resistant binder.
<4> The method according to any one of the above items <1> to <3>, wherein the sheet resistance of the ion implantation mask is 10 12 Ω / □ or less.
<5> The method according to any one of <1> to <4> above, wherein the particle dispersion contains a heat-resistant binder-forming component.
<6> The method according to item <5> above, wherein the heat-resistant binder-forming component is siloxane.
<7> The method according to any one of <1> to <6> above, wherein the particle dispersion further contains a temporary binder-forming component.
<8> The method according to <7> above, wherein the temporary binder forming component is a polymer.
<9> The particles are conductive and / or semiconductor particles, and / or the resistivity of the material of the conductive and / or semiconductor particles is 1 × 10 3 Ωcm or less.
The method according to any one of the above items <1> to <8>.
<10> The method according to item <9> above, wherein the particles are silicon particles.
<11> The method according to <10> above, wherein the silicon particles contain boron or phosphorus as a dopant.
<12> The method according to any one of the above items <1> to <11>, wherein the proportion of the particles in the particle dispersion is in the range of 1% by weight to 90% by weight.
<13> When Al + ions having a kinetic energy of 40 keV are incident on the particle film of the ion implantation mask at a number density of 1 × 10 14 cm- 2 , Al + ions passing through the particle film are incident. The method according to any one of the above items <1> to <12>, wherein the number of ions is 1% or less.
<14> A semiconductor device including a step of implanting ions into the semiconductor layer or a base material through an opening of an ion implantation mask formed by the method according to any one of the above items <1> to <13>. Manufacturing method.

イオン注入用マスクを形成する本発明の方法は、高耐熱性を有し、かつ導電性を有するイオン注入用マスク層の形成を可能にする。また特に、イオン注入用マスクを形成する本発明の方法は、光照射によってパターンを形成するので、従来法と比較して、高い生産性及び低コストでイオン注入用マスクを形成することができる。 The method of the present invention for forming an ion-implanted mask enables the formation of an ion-implanted mask layer having high heat resistance and conductivity. Further, in particular, since the method of the present invention for forming an ion implantation mask forms a pattern by light irradiation, the ion implantation mask can be formed with high productivity and low cost as compared with the conventional method.

図1は、本発明におけるイオン注入のプロセスの模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of the ion implantation process in the present invention. 図2は、従来技術におけるイオン注入のプロセスの模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the ion implantation process in the prior art.

《イオン注入用マスク形成用分散体》
本発明のイオン注入用マスク形成用分散体は、分散媒、及び分散媒中に分散している粒子を含有している。
<< Dispersion for forming mask for ion implantation >>
The dispersion for forming a mask for ion implantation of the present invention contains a dispersion medium and particles dispersed in the dispersion medium.

〈粒子〉
イオン注入工程におけるパターン形状を安定にする観点から、本発明で用いられる粒子は、イオン注入工程における半導体層又は基材の温度を超える融点を有する材料の粒子であることが好ましい。
<particle>
From the viewpoint of stabilizing the pattern shape in the ion implantation step, the particles used in the present invention are preferably particles of a material having a melting point exceeding the temperature of the semiconductor layer or the substrate in the ion implantation step.

したがって、例えば本発明で用いられる粒子としては、例えば400℃以上、600℃以上、800℃以上、1000℃以上、1200℃以上、1500℃以上の融点を有する材料の粒子を用いることができる。 Therefore, for example, as the particles used in the present invention, particles of a material having a melting point of, for example, 400 ° C. or higher, 600 ° C. or higher, 800 ° C. or higher, 1000 ° C. or higher, 1200 ° C. or higher, 1500 ° C. or higher can be used.

本発明で用いられる粒子の平均一次粒径は、500nm以下、200nm以下、100nm以下、50nm以下、20nm以下、又は5nm以下にすることができる。また、本発明で用いられる粒子の一次粒径は0.1nm以上、又は1nm以上とすることができる。 The average primary particle size of the particles used in the present invention can be 500 nm or less, 200 nm or less, 100 nm or less, 50 nm or less, 20 nm or less, or 5 nm or less. Further, the primary particle size of the particles used in the present invention can be 0.1 nm or more, or 1 nm or more.

また、本発明で用いられる粒子の平均一次粒径は、粒子の粒径に起因するパターンの歪みを低減するため、200nm以下、100nm以下、50nm以下、20nm以下、又は5nm以下とすることが好ましい。 The average primary particle size of the particles used in the present invention is preferably 200 nm or less, 100 nm or less, 50 nm or less, 20 nm or less, or 5 nm or less in order to reduce pattern distortion due to the particle size of the particles. ..

ここで、本発明においては、粒子の平均一次粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)、透過型電子顕微鏡(TEM)等による観察によって、撮影した画像を元に直接に投影面積円相当径を計測し、集合数100以上からなる粒子群を解析することで、数平均一次粒子径として求めることができる。 Here, in the present invention, the average primary particle diameter of the particles is the diameter equivalent to the projected area circle directly based on the image taken by observation with a scanning electron microscope (SEM), a transmission electron microscope (TEM), or the like. By measuring and analyzing a particle group consisting of 100 or more aggregates, it can be obtained as a number average primary particle diameter.

本発明で用いられる粒子としては、単一の種類の粒子を用いてもよいし、2種類以上の粒子を組み合わせて使用してもよい。 As the particles used in the present invention, a single type of particles may be used, or two or more types of particles may be used in combination.

イオン注入用マスクのような絶縁体膜で覆われた半導体へ高密度イオン注入を行う場合、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)が問題となる。イオン注入工程中に基材及びイオン注入用マスクが帯電すると、半導体中のイオン注入がなされた領域、イオン注入用マスクなどの絶縁体、及び半導体基材の間で電位差が生じ、放電現象が生じることがある。また、帯電により発生した空間電場により、注入されるイオン密度の不均一化が発生することがある。このような原因により、絶縁体膜で覆われた半導体へ高密度イオン注入を行う場合には、半導体デバイスの性能及び歩留まりの低下を招くことが知られている。この帯電現象は、特に半導体表面がSiOをはじめとした絶縁体膜で覆われている場合に顕著である。 When high-density ion implantation is performed on a semiconductor covered with an insulator film such as an ion implantation mask, the charge-up generated in the substrate and the ion implantation mask becomes a problem. When the substrate and the ion implantation mask are charged during the ion implantation process, a potential difference occurs between the ion-implanted region in the semiconductor, the insulator such as the ion implantation mask, and the semiconductor substrate, and a discharge phenomenon occurs. Sometimes. In addition, the spatial electric field generated by charging may cause non-uniformity of the injected ion density. Due to such a cause, it is known that when high-density ion implantation is performed into a semiconductor covered with an insulator film, the performance and yield of the semiconductor device are deteriorated. This charging phenomenon is particularly remarkable when the semiconductor surface is covered with an insulator film such as SiO 2.

したがって、イオン注入用マスクに導電性を付与し、帯電の問題の解決を図る観点からは、本発明で用いられる粒子としては、導電性及び/又は半導体材料の粒子を用いることが好ましい。 Therefore, from the viewpoint of imparting conductivity to the ion implantation mask and solving the problem of charging, it is preferable to use particles of conductive and / or semiconductor material as the particles used in the present invention.

導電性及び/又は半導体材料は、本発明の方法によっ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。 The conductive and / or semiconductor material forms an ion-implanted mask by the method of the present invention, and when ion-implanted, the semiconductor layer or substrate and the ion-implanted mask are charged (charge-up). The mask can be selected to have sufficient conductivity to suppress.

具体的には、この導電性及び/又は半導体材料としては、例えば1×1012Ωm以下、1×10Ωm以下、1×10Ωm以下、1×10Ωm以下、1Ωm以下、1×10−3Ωm以下、又は1×10−6Ωm以下の抵抗率を有する材料を選ぶことができる。 Specifically, the conductive and / or semiconductor material includes, for example, 1 × 10 12 Ωm or less, 1 × 10 9 Ωm or less, 1 × 10 6 Ωm or less, 1 × 10 3 Ωm or less, 1 Ωm or less, 1 ×. Materials having a resistivity of 10 -3 Ωm or less or 1 × 10 -6 Ωm or less can be selected.

これらのうち、100mA級の高ビーム密度で行われる高スループットのイオン注入工程においても帯電を防止する観点からは、この導電性及び/又は半導体材料として、好ましくは1×10Ωm以下、より好ましくは1Ωm以下、さらに好ましくは1×10−3Ωm以下、特に好ましくは1×10−6Ωm以下の抵抗率を有する材料を選ぶことができる。 Of these, from the viewpoint of preventing charge even in a high-throughput ion implantation step performed at a high beam density of 100 mA class, the conductive and / or semiconductor material is preferably 1 × 10 3 Ωm or less, more preferably. Can be selected from materials having a resistivity of 1 Ωm or less, more preferably 1 × 10 -3 Ωm or less, and particularly preferably 1 × 10 -6 Ωm or less.

また、導電性及び/又は半導体材料は、膜厚0.5μmの粒子膜で形成されたイオン注入用マスク層を得たときに、このイオン注入用マスク層のシート抵抗が、1012Ω/□以下、1011Ω/□以下、又は1010Ω/□以下であるように選択することもできる。 Further, in the conductive and / or semiconductor material, when an ion implantation mask layer formed of a particle film having a thickness of 0.5 μm is obtained, the sheet resistance of the ion implantation mask layer is 10 12 Ω / □. Hereinafter, it can be selected to be 10 11 Ω / □ or less, or 10 10 Ω / □ or less.

本発明で用いられる粒子としては、金属、半金属、又はそれらの組合せの粒子を使用してもよい。ここで、半金属としては、ケイ素、ゲルマニウム等を挙げることができる。 As the particles used in the present invention, particles of metal, metalloid, or a combination thereof may be used. Here, examples of the metalloid include silicon and germanium.

半導体層又は基材を高温に加熱してイオン注入を行う工程において、金属不純物による半導体層又は基材の汚染を防ぐために、半導体材料の粒子を用いることがさらに好ましい。 In the step of heating the semiconductor layer or the base material to a high temperature and performing ion implantation, it is more preferable to use particles of the semiconductor material in order to prevent contamination of the semiconductor layer or the base material by metal impurities.

したがって、例えば本発明で用いられる粒子は、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ダイヤモンド(C)、炭化シリコン(SiC)、シリコンゲルマニウム(SiGe)、窒化ガリウム(GaN)、リン化インジウム(InP)、ヒ化ガリウム(GaAs)、硫化カドミウム(CdS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、酸化亜鉛(ZnO)などの半導体材料の粒子であってよい。 Therefore, for example, the particles used in the present invention are silicon (Si), germanium (Ge), diamond (C), silicon carbide (SiC), silicon germanium (SiGe), gallium arsenide (GaN), indium phosphate (InP). , Gallium arsenide (GaAs), cadmium sulfide (CdS), zinc selenium (ZnSe), zinc oxide (ZnO) and other semiconductor material particles.

この半導体材料の粒子、特にシリコン粒子は、不純物ドーパントによって予めドーピングされ、それによって好ましい導電性を有していてもよい。 The particles of the semiconductor material, especially the silicon particles, may be pre-doped with an impurity dopant and thereby have favorable conductivity.

この場合の半導体材料の粒子、特にシリコン粒子は、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てよい。すなわち、ドーパントはp型であってもn型であってもよく、例えば、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、リン(P)、ヒ素(As)、アンチモン(Sb)、又はそれらの組み合わせからなる群より選択されるドーパント、例えばホウ素又はリンをドーパントを含有していてよい。 The particles of the semiconductor material in this case, particularly silicon particles, may contain at least one element of Group 13 and Group 15 elements as a dopant. That is, the dopant may be p-type or n-type, and for example, boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), titanium (Ti), iron (Fe), and the like. The dopant may contain a dopant selected from the group consisting of phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb), or a combination thereof, such as boron or phosphorus.

特に、シリコン粒子が、ホウ素をドーパントとして含有している場合、ホウ素がシリコン粒子に好ましい導電性を提供する一方で、イオン注入工程においては、ホウ素がシリコン粒子から半導体基材に移動しにくい点で好ましい。 In particular, when the silicon particles contain boron as a dopant, boron provides preferable conductivity to the silicon particles, but in the ion implantation step, boron is difficult to move from the silicon particles to the semiconductor substrate. preferable.

半導体粒子、特にシリコン粒子におけるドーパントの濃度は、1018atoms/cm以上、1019atoms/cm以上、又は1020atoms/cm以上であってよい。 The concentration of the dopant in the semiconductor particles, particularly the silicon particles, may be 10 18 atoms / cm 3 or more, 10 19 atoms / cm 3 or more, or 10 20 atoms / cm 3 or more.

半導体層又は基材を高温に加熱してイオン注入を行う工程において、金属不純物による半導体層又は基材の汚染を防ぐため、半導体粒子に含まれる金属不純物の濃度がそれぞれ、100ppb以下、50ppb以下、20ppb、又は10ppb以下である半導体粒子を用いることができる。ここで、半導体が金属を構成要素として含む化合物半導体である場合、「金属不純物」は、半導体を構成する金属以外の金属を意味している。 In the step of heating the semiconductor layer or the base material to a high temperature and performing ion implantation, in order to prevent the semiconductor layer or the base material from being contaminated by metal impurities, the concentrations of the metal impurities contained in the semiconductor particles are 100 ppb or less and 50 ppb or less, respectively. Semiconductor particles of 20 ppb or 10 ppb or less can be used. Here, when the semiconductor is a compound semiconductor containing a metal as a constituent element, the "metal impurity" means a metal other than the metal constituting the semiconductor.

本発明で用いられる粒子は、イオン注入用マスクを形成できる範囲で任意の濃度で用いることができる。例えば、本発明で用いられる粒子は、分散体に対して、5重量%以上、10重量%以上、15重量%以上、又は20重量%以上であってよい。また、本発明で用いられる粒子は、分散体に対して、95重量%以下、90重量%以下、80重量%以下、70重量%以下、60重量%以下、50重量%以下、40重量%以下、又は30重量%以下であってよい。 The particles used in the present invention can be used at any concentration within a range in which an ion implantation mask can be formed. For example, the particles used in the present invention may be 5% by weight or more, 10% by weight or more, 15% by weight or more, or 20% by weight or more with respect to the dispersion. Further, the particles used in the present invention are 95% by weight or less, 90% by weight or less, 80% by weight or less, 70% by weight or less, 60% by weight or less, 50% by weight or less, 40% by weight or less with respect to the dispersion. , Or 30% by weight or less.

粒子の濃度を上記の濃度とすることで、印刷法でパターニングを行うために好適な粘度を有する分散体を提供することができる。また、上記の濃度範囲であれば、分散体の印刷によって、イオン注入工程において十分なイオン遮蔽能を有するイオン注入用マスクパターンを形成することができる。 By setting the density of the particles to the above-mentioned concentration, it is possible to provide a dispersion having a viscosity suitable for patterning by a printing method. Further, within the above concentration range, it is possible to form an ion implantation mask pattern having sufficient ion implantation ability in the ion implantation step by printing the dispersion.

〈分散媒〉
本発明の分散体は分散媒を含有する。分散媒の種類に特に制限はないが、本発明で用いる粒子を均一に分散できる分散媒を選択することが好ましい。また、この分散媒は、分散体に含まれる随意の他の成分、例えば耐熱性バインダー形成成分を溶解させることが好ましい。
<Dispersion medium>
The dispersion of the present invention contains a dispersion medium. The type of dispersion medium is not particularly limited, but it is preferable to select a dispersion medium capable of uniformly dispersing the particles used in the present invention. Further, it is preferable that the dispersion medium dissolves other optional components contained in the dispersion, for example, a heat-resistant binder-forming component.

本発明の分散体に含有される分散媒の大気圧下での沸点は、100℃〜400℃であることが好ましい。沸点が100℃以上の分散媒を選択することで、分散体の製膜時に適切な速度で分散媒が蒸発し、均一な膜が得られる。また沸点が400℃以下の分散媒を選択することで、分散体の膜の製膜後に、分散体の膜に残存する分散媒を少なくすることができるため、焼成時の膜収縮によるクラックや表面平坦性の低下を抑制することができる。 The boiling point of the dispersion medium contained in the dispersion of the present invention under atmospheric pressure is preferably 100 ° C. to 400 ° C. By selecting a dispersion medium having a boiling point of 100 ° C. or higher, the dispersion medium evaporates at an appropriate rate during film formation of the dispersion, and a uniform film can be obtained. Further, by selecting a dispersion medium having a boiling point of 400 ° C. or lower, it is possible to reduce the amount of the dispersion medium remaining in the dispersion film after the dispersion film is formed, so that cracks and surfaces due to film shrinkage during firing can be reduced. It is possible to suppress a decrease in flatness.

具体的な分散媒としては、本発明で用いる粒子と反応しない有機分散媒を用いることができる。具体的にはこの分散媒は、非水系分散媒、例えばアルコール、アルカン、アルケン、アルキン、ケトン、エーテル、エステル、芳香族化合物、又は含窒素環化合物、特にイソプロピルアルコール(IPA)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、テルピネオール等であってよい。また、アルコールとしては、プロピレングリコール、エチレングリコールのようなグリコール(2価アルコール)を用いることもできる。なお、本発明で用いる粒子が金属及び/又は半導体の粒子である場合、これらの粒子の酸化を抑制するために、脱水分散媒であることが好ましい。 As a specific dispersion medium, an organic dispersion medium that does not react with the particles used in the present invention can be used. Specifically, this dispersion medium is a non-aqueous dispersion medium such as alcohol, alkane, alkene, alkyne, ketone, ether, ester, aromatic compound, or nitrogen-containing ring compound, particularly isopropyl alcohol (IPA), N-methyl-. It may be 2-pyrrolidone (NMP), terpineol or the like. Further, as the alcohol, glycol (divalent alcohol) such as propylene glycol and ethylene glycol can also be used. When the particles used in the present invention are metal and / or semiconductor particles, a dehydration dispersion medium is preferable in order to suppress the oxidation of these particles.

〈耐熱性バインダー形成成分〉
本発明の分散体は、粒子同士を結着させ、安定なイオン注入用マスクを形成することを目的として、耐熱性バインダー形成成分を更に含有してもよい。
<Heat-resistant binder forming component>
The dispersion of the present invention may further contain a heat-resistant binder-forming component for the purpose of binding particles to each other to form a stable ion implantation mask.

ここで、本発明に関して、耐熱性バインダー形成成分は、イオン注入用マスクを使用してイオン注入を行う雰囲気、例えば400℃の温度の減圧雰囲気において安定なバインダーを形成できる成分を意味している。この耐熱性バインダー形成成分は、本発明の分散体の分散媒に溶解していることが均一性に関して好ましいが、溶解せずに分散していてもよい。また、この耐熱性バインダー形成成分は、本発明の分散体の膜の乾燥及び/又は焼成の際に化学的に変化して、耐熱性バインダーを形成するものであっても、化学的には変化せずに形状のみが変化して耐熱性バインダーを形成するものであってもよい。 Here, with respect to the present invention, the heat-resistant binder forming component means a component capable of forming a stable binder in an atmosphere where ion implantation is performed using an ion implantation mask, for example, a reduced pressure atmosphere at a temperature of 400 ° C. The heat-resistant binder-forming component is preferably dissolved in the dispersion medium of the dispersion of the present invention in terms of uniformity, but may be dispersed without being dissolved. Further, this heat-resistant binder-forming component chemically changes during drying and / or firing of the film of the dispersion of the present invention to form a heat-resistant binder, but also chemically changes. Instead, only the shape may be changed to form a heat-resistant binder.

このような耐熱性バインダー形成成分は、シリカ、リン酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム等の無機バインダーを形成する無機バインダー形成成分であっても、フッ素系ポリマー等の有機バインダーを形成する有機バインダー形成成分であってもよい。無機バインダー形成成分としては、シロキサン化合物、リン酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウム等を挙げることができ、また有機バインダー形成成分としては、フッ素系ポリマー等を挙げることができる。 Such a heat-resistant binder-forming component is an organic binder-forming component that forms an organic binder such as a fluoropolymer, even if it is an inorganic binder-forming component that forms an inorganic binder such as silica, sodium phosphate, or sodium silicate. There may be. Examples of the inorganic binder forming component include a siloxane compound, sodium phosphate, sodium silicate and the like, and examples of the organic binder forming component include a fluoropolymer and the like.

耐熱性バインダー形成成分を用いる場合には、分散体の層を形成した後に、耐熱性バインダー形成成分の焼成を目的とした、焼成を行うことが好ましい。焼成を行うことにより、イオン注入用マスク層を構成する粒子同士を結着させ、安定なイオン注入用マスクを形成することができる。また、焼成を行うことにより、イオン注入工程における、イオン注入用マスクからの放出ガスによる、イオン注入装置内の汚染及び真空度の低下を防ぐことができる。 When the heat-resistant binder-forming component is used, it is preferable to perform firing for the purpose of firing the heat-resistant binder-forming component after forming the layer of the dispersion. By firing, the particles constituting the ion implantation mask layer can be bound to each other to form a stable ion implantation mask. Further, by performing the firing, it is possible to prevent contamination in the ion implantation apparatus and a decrease in the degree of vacuum due to the gas released from the ion implantation mask in the ion implantation step.

なお、耐熱性バインダーが、酸等によって溶解される材料である場合、例えば耐熱性バインダー形成成分がシロキサンであり、その焼成によって耐熱性バインダーとしてのガラス質材料が形成される場合、イオン注入後にイオン注入用マスクを酸等で処理することによって、イオン注入用マスクの除去性を向上させることができる。また、耐熱性バインダーが、イオン注入よりも高い温度での加熱によって融解又は分解する材料である場合、例えば耐熱性バインダーがフッ素系ポリマーである場合、イオン注入後にイオン注入用マスクを更に加熱処理することによって、イオン注入用マスクの除去性を向上させることができる。 When the heat-resistant binder is a material that is dissolved by an acid or the like, for example, when the heat-resistant binder forming component is siloxane and a vitreous material as a heat-resistant binder is formed by firing the heat-resistant binder, ions are ion-implanted. By treating the implantation mask with an acid or the like, the removability of the ion implantation mask can be improved. Further, when the heat-resistant binder is a material that melts or decomposes by heating at a temperature higher than that of ion implantation, for example, when the heat-resistant binder is a fluoropolymer, the ion implantation mask is further heat-treated after ion implantation. Thereby, the removability of the ion implantation mask can be improved.

〈一時的バインダー形成成分〉
本発明の分散体は、形成される分散体の膜のパターンを安定に形成することを目的として、一時的バインダー形成成分を更に含有してもよい。
<Temporary binder forming component>
The dispersion of the present invention may further contain a temporary binder-forming component for the purpose of stably forming the pattern of the film of the dispersion to be formed.

ここで、本発明に関して、一時的バインダー形成成分は、イオン注入用マスクを形成する過程において形成される粒子膜を安定に形成するためのものであり、最終的なイオン注入用マスクを形成する際に加熱等によって除去されるものである。この一時的バインダー形成成分は、本発明の分散体の分散媒に溶解していることが均一性に関して好ましいが、溶解せずに分散していてもよい。また、この一時的バインダー形成成分は、本発明の分散体の膜の乾燥の際に化学的に変化して、一時的バインダーを形成するものであっても、化学的には変化せずに形状のみが変化して一時的バインダーを形成するものであってもよい。 Here, with respect to the present invention, the temporary binder forming component is for stably forming the particle film formed in the process of forming the ion implantation mask, and when forming the final ion implantation mask. It is removed by heating or the like. The temporary binder-forming component is preferably dissolved in the dispersion medium of the dispersion of the present invention in terms of uniformity, but may be dispersed without being dissolved. Further, even if this temporary binder forming component chemically changes when the film of the dispersion of the present invention is dried to form a temporary binder, the shape does not change chemically. Only may change to form a temporary binder.

このような一時的バインダー形成成分は、ポリマー等の有機バインダーを形成する有機バインダー形成成分であってよい。有機バインダー形成成分としては、エチルセルロース等のポリマーを挙げることができる。 Such a temporary binder-forming component may be an organic binder-forming component that forms an organic binder such as a polymer. Examples of the organic binder forming component include polymers such as ethyl cellulose.

一時的バインダー形成成分を用いる場合には、粒子膜を安定に形成及び/又は維持するという一時的バインダーの役割が終わった後で、一時的バインダーの除去を目的とした、焼成を行うことが好ましい。一時的バインダーの除去を行うことにより、イオン注入工程において、イオン注入用マスクからの放出ガスによる、イオン注入装置内の汚染及び真空度の低下を防ぐことができる。 When a temporary binder forming component is used, it is preferable to perform firing for the purpose of removing the temporary binder after the role of the temporary binder for stably forming and / or maintaining the particle film is completed. .. By temporarily removing the binder, it is possible to prevent contamination in the ion implantation apparatus and a decrease in the degree of vacuum due to the gas released from the ion implantation mask in the ion implantation step.

《イオン注入用マスク》
本発明のイオン注入用マスクは、粒子、及び随意の耐熱性バインダーを含有している。
《Ion implantation mask》
The ion implantation mask of the present invention contains particles and an optional heat-resistant binder.

本発明のイオン注入用マスクが含有している粒子及び随意の耐熱性バインダーとしては、本発明の分散体に関して説明したものを挙げることができる。 Examples of the particles contained in the ion implantation mask of the present invention and the optional heat-resistant binder include those described with respect to the dispersion of the present invention.

本発明のイオン注入用マスクは、40keVの運動エネルギーを有するAlイオンを1×1014cm−2の数密度で入射した際に、分散体膜を通過するAlイオンが、入射したイオンの数の1%以下であってよい。また、本発明のイオン注入用マスクのシート抵抗は、1012Ω/□以下、1011Ω/□以下、又は1010Ω/□以下であってよい。 In the ion implantation mask of the present invention, when Al + ions having a kinetic energy of 40 keV are incident at a number density of 1 × 10 14 cm- 2 , the Al + ions passing through the dispersion film are the particles of the incident ions. It may be 1% or less of the number. Further, the sheet resistance of the ion implantation mask of the present invention may be 10 12 Ω / □ or less, 10 11 Ω / □ or less, or 10 10 Ω / □ or less.

《イオン注入用マスクの形成方法、及び半導体デバイスの製造方法》
イオン注入用マスクを形成する本発明の方法は、粒子分散体を、例えば塗布法によって、直接に又は転写基材を介して半導体層又は基材に適用して分散体に含有されている粒子膜を得た後、この粒子膜に対して光照射、特にレーザー照射を行って、粒子膜の一部を除去することによって、粒子膜のパターンを半導体層又は基材上に形成する工程を含む。この方法では、半導体層又は基材上に形成された粒子膜、及び/又は転写基材上に形成された粒子膜を、乾燥及び/又は焼成する工程を更に含むことができる。
<< Method of forming a mask for ion implantation and method of manufacturing a semiconductor device >>
The method of the present invention for forming a mask for ion implantation applies a particle dispersion to a semiconductor layer or substrate by, for example, a coating method, directly or via a transfer substrate, and the particle film contained in the dispersion. After obtaining the particle film, the particle film is irradiated with light, particularly laser irradiation, to remove a part of the particle film, thereby forming a pattern of the particle film on the semiconductor layer or the base material. This method can further include a step of drying and / or firing the particle film formed on the semiconductor layer or the substrate and / or the particle film formed on the transfer substrate.

また、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:
イオン注入用マスクを形成する本発明の方法で半導体層又は基材上にイオン注入用マスクを形成する工程、又は本発明のイオン注入用マスクを半導体層又は基材上に提供する工程、
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。
In addition, the method of the present invention for manufacturing a semiconductor device includes the following steps:
Forming an Ion Implantation Mask A step of forming an ion implantation mask on a semiconductor layer or a substrate by the method of the present invention, or a step of providing an ion implantation mask of the present invention on a semiconductor layer or a substrate.
A step of injecting ions into the semiconductor layer or the base material through the pattern opening of the ion implantation mask, and a step of removing the ion implantation mask.

半導体デバイスを製造する本発明の方法の例について、図1を参照して下記で説明する。 An example of the method of the present invention for manufacturing a semiconductor device will be described below with reference to FIG.

まず、図1(a)に示すように、SiCエピタキシャル膜(1)を有するSiC基材(2)を提供し、そして図1(b)に示すように、粒子分散体に含有される粒子で構成されている粒子膜(11)を、SiC基材のエピタキシャル膜(1)上に任意の方法で形成する。光照射(5)を粒子膜の任意の部分に行うことによって、光照射がなされた部分の粒子膜を除去して粒子膜パターニングし、イオン注入用マスクを得る。これによれば、図1(c)に示すように、SiCエピタキシャル膜(1)を有するSiC基材(2)上に、マスクパターン開口部(12)を有するイオン注入用マスクが形成される。 First, as shown in FIG. 1 (a), a SiC substrate (2) having a SiC epitaxial film (1) is provided, and as shown in FIG. 1 (b), with particles contained in the particle dispersion. The formed particle film (11) is formed on the epitaxial film (1) of the SiC substrate by an arbitrary method. By performing light irradiation (5) on an arbitrary portion of the particle film, the particle film of the portion irradiated with light is removed and the particle film is patterned to obtain a mask for ion implantation. According to this, as shown in FIG. 1 (c), an ion implantation mask having a mask pattern opening (12) is formed on the SiC substrate (2) having the SiC epitaxial film (1).

その後、粒子膜を乾燥及び焼成する随意の工程の後で、図1(d)に示すように、イオン注入装置を用い、イオン注入用マスク(11)のマスクパターン開口部(12)を通して、ドーパントイオンのビーム(7)でSiC基材(2)の表面のSiCエピタキシャル膜(1)中にイオン注入を行うことによって、イオン注入領域(6)が形成される。このとき、イオン注入される半導体層又は基材を、200℃以上の温度に加熱して、イオン注入の工程を行うことができる。 Then, after an optional step of drying and firing the particle film, as shown in FIG. 1 (d), a dopant is passed through the mask pattern opening (12) of the ion implantation mask (11) using an ion implantation device. The ion implantation region (6) is formed by implanting ions into the SiC epitaxial film (1) on the surface of the SiC substrate (2) with the ion beam (7). At this time, the ion-implanted semiconductor layer or substrate can be heated to a temperature of 200 ° C. or higher to perform the ion implantation step.

その後、図1(e)に示すように、イオン注入用マスク(11)を溶解可能な薬液への浸漬等の手段によって、除去することができる。 Then, as shown in FIG. 1 (e), the ion implantation mask (11) can be removed by means such as immersion in a soluble chemical solution.

〈半導体層又は基材〉
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。
<Semiconductor layer or base material>
As the semiconductor layer or base material, any semiconductor layer or base material intended to diffuse the dopant can be used.

したがって、半導体層又は基材としては、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、ダイヤモンド(C)、炭化シリコン(SiC)、シリコンゲルマニウム(SiGe)、窒化ガリウム(GaN)、リン化インジウム(InP)、ヒ化ガリウム(GaAs)、硫化カドミウム(CdS)、セレン化亜鉛(ZnSe)、酸化亜鉛(ZnO)、特に炭化シリコン(SiC)などが挙げられるが、これらに限定されない。 Therefore, as the semiconductor layer or the base material, silicon (Si), germanium (Ge), diamond (C), silicon carbide (SiC), silicon germanium (SiGe), gallium arsenide (GaN), indium phosphate (InP), Examples include, but are not limited to, gallium arsenide (GaAs), cadmium sulfide (CdS), zinc selenium (ZnSe), zinc oxide (ZnO), and in particular silicon carbide (SiC).

また、半導体層又は基材は、単一の層で構成されていてもよいし、1つ以上の半導体層を含む2種類以上の層で構成された積層体であってもよい。 Further, the semiconductor layer or the base material may be composed of a single layer, or may be a laminate composed of two or more types of layers including one or more semiconductor layers.

半導体層又は基材は、不純物ドーパントが1016cm−3以下の半導体層又は基材でもよく、不純物ドーパントで1016cm−3を超える濃度に予めドープされていてもよい。 The semiconductor layer or base material may be a semiconductor layer or base material having an impurity dopant of 10 16 cm -3 or less, and may be pre-doped with an impurity dopant to a concentration of more than 10 16 cm -3.

半導体層又は基材上に、金属膜や、金属の配線パターンが予め形成されていてもよい。 A metal film or a metal wiring pattern may be formed in advance on the semiconductor layer or the base material.

〈イオン注入用マスクの形成方法〉
イオン注入用マスクを形成する本発明の方法は、粒子分散体を、例えば塗布法によって、直接に又は転写基材を介して半導体層又は基材に適用した後、光照射を粒子膜に行うことによって分散体粒子の除去を行い、粒子膜のパターンを半導体層又は基材上に形成する工程を含む。
<Method of forming a mask for ion implantation>
In the method of the present invention for forming an ion implantation mask, the particle dispersion is applied to the semiconductor layer or the substrate by, for example, a coating method, directly or via a transfer substrate, and then light irradiation is performed on the particle membrane. This includes a step of removing the dispersion particles and forming a pattern of the particle film on the semiconductor layer or the base material.

〈粒子膜の形成工程〉
分散体に含有されている粒子で構成されている粒子膜を半導体層又は基材上に形成する工程は、この膜を半導体層又は基材上に形成することが可能な任意の手段で行うことができる。このような手段としては、例えば、スピンコート法、グラビアオフセットコート法、インクジェット法、スクリーンイン印刷法、スリットダイコート法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷、平板オフセット印刷、平版印刷法、樹脂凸版印刷法、フレキソ印刷法、マイクロコンタクト印刷法等が挙げられる。また、このような手段としては、予め別の基材上に任意の手法で形成した作製した粒子膜を半導体基材上に転写するラミネート法等を挙げることもできる。ただし、このような手段としては、これらに限定されない任意の手法を選択できる。
<Particle film formation process>
The step of forming the particle film composed of the particles contained in the dispersion on the semiconductor layer or the base material shall be performed by any means capable of forming the film on the semiconductor layer or the base material. Can be done. Examples of such means include spin coating method, gravure offset coating method, inkjet method, screen-in printing method, slit die coating method, screen printing method, gravure printing method, gravure offset printing, flat plate offset printing, and flat plate printing method. Examples include a resin offset printing method, a flexo printing method, and a microcontact printing method. Further, as such a means, a laminating method or the like in which a particle film formed in advance on another base material by an arbitrary method is transferred onto a semiconductor base material can be mentioned. However, as such a means, any method not limited to these can be selected.

上記の手法のうち、半導体デバイスの製造を効率的に行う観点からは、粒子膜を半導体層又は基材上の任意の位置に形成できる手法を用いることが好ましい。このような手段としては、例えば、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、グラビアオフセット印刷、平板オフセット印刷、平版印刷法、樹脂凸版印刷法、フレキソ印刷法、マイクロコンタクト印刷法等が挙げられるが、これらに限定されない任意の手法を選択できる。 Among the above methods, from the viewpoint of efficiently manufacturing the semiconductor device, it is preferable to use a method capable of forming the particle film at an arbitrary position on the semiconductor layer or the base material. Examples of such means include a screen printing method, a gravure printing method, a gravure offset printing, a flat plate offset printing, a lithographic printing method, a resin letterpress printing method, a flexo printing method, a microcontact printing method, and the like. Any method that is not limited can be selected.

粒子膜を半導体層又は基材上の任意の位置に形成する手法によれば、光照射によって粒子膜のパターンを形成する工程において、光照射を行う面積を小さくすることができるため、半導体デバイスの製造を効率的に行うことができる利点がある。 According to the method of forming the particle film at an arbitrary position on the semiconductor layer or the base material, the area to be irradiated with light can be reduced in the step of forming the pattern of the particle film by light irradiation, so that the semiconductor device can be used. There is an advantage that manufacturing can be performed efficiently.

粒子膜に含まれる分散媒の除去を目的として、パターニングされた粒子膜又はパターニングされる前の粒子膜を有する転写基材、半導体基板、又は半導体層を加熱することができる。分散媒の加熱除去の手法としては、オーブン、ホットプレート、赤外線など任意の加熱が可能な方法を用いることができる。 A transfer substrate, a semiconductor substrate, or a semiconductor layer having a patterned particle film or a particle film before patterning can be heated for the purpose of removing the dispersion medium contained in the particle film. As a method for removing the dispersion medium by heating, an oven, a hot plate, an infrared ray, or any other method capable of heating can be used.

粒子分散体が耐熱性又は一時的バインダー形成材料を含有する場合には、転写基材、半導体基板、又は半導体層の加熱温度を、バインダー形成材料がバインダーを形成して、その結着性能を発揮できる温度とすることができる。 When the particle dispersion contains a heat-resistant or temporary binder-forming material, the binder-forming material forms a binder at the heating temperature of the transfer base material, the semiconductor substrate, or the semiconductor layer, and exhibits its binding performance. It can be a temperature that can be achieved.

なお、粒子分散体が耐熱性バインダー形成材料を含有する場合には、上記の耐熱性バインダー形成材料がバインダーを形成してその結着性能を発揮できる温度に半導体層又は基材を加熱する工程は、粒子膜を半導体層又は基材上に形成する工程の後に行ってもよいし、分散体粒子への光照射によるパターニング工程の後に行ってもよい。 When the particle dispersion contains a heat-resistant binder-forming material, the step of heating the semiconductor layer or the base material to a temperature at which the above-mentioned heat-resistant binder-forming material forms a binder and exhibits its binding performance is performed. , The particle film may be formed after the step of forming the particle film on the semiconductor layer or the base material, or may be carried out after the patterning step of irradiating the dispersion particles with light.

〈粒子膜のパターニングによるイオン注入用マスク形成工程〉
その後、光照射を粒子膜の任意の部分に行うことによって、光照射がなされた部分の粒子膜を除去する。これによれば、イオン注入用マスク形成工程は、従来のパターニングに用いられてきたに用いられてきた感光性樹脂等の取り扱いが難しい成分を含有しなくてもよく、従来のパターニングに用いられてきたフォトリソグラフィー法等、複雑で高コストなプロセスを含まなくてもよい。
<Process of forming a mask for ion implantation by patterning a particle film>
Then, by irradiating an arbitrary portion of the particle film with light, the particle film of the portion irradiated with light is removed. According to this, the ion implantation mask forming step does not have to contain a difficult-to-handle component such as a photosensitive resin that has been used for conventional patterning, and has been used for conventional patterning. It is not necessary to include a complicated and expensive process such as a photolithography method.

光照射を粒子膜の任意の部分に行うことにより、この膜の光照射された部分を除去することによって、半導体粒子膜をパターニングし、イオン注入用マスクを形成する。この際の光照射の手段としては、例えば、レーザー加工、フォトマスク等を通じたフラッシュランプ加工、メーザー加工等が挙げられるが、これらに限定されない任意の手法を選択できる。 By irradiating an arbitrary part of the particle film with light, the light-irradiated part of the film is removed to pattern the semiconductor particle film and form an ion implantation mask. Examples of the light irradiation means at this time include, but are not limited to, laser processing, flash lamp processing through a photomask, maser processing, and the like, and any method can be selected.

これらの手段のうち、パワー半導体の製造で用いられる高解像度のパターニングを行う観点からは、レーザー加工等の10μm以下の解像度でパターニングが可能な手法を用いることが好ましい。 Among these means, from the viewpoint of performing high-resolution patterning used in the production of power semiconductors, it is preferable to use a method capable of patterning at a resolution of 10 μm or less, such as laser processing.

レーザー加工に用いるレーザー光源に特に制限はないが、イオン注入用マスクを構成する粒子が吸収を有する波長を放出するレーザー光源を、好適に用いることができる。分散体に含有される粒子として、例えば、シリコン粒子を用いた場合、レーザー光源の波長は、例えば、1500nm以下、1200nm以下、600nm以下、又は550nm以下であってもよく、また100nm以上、200nm以上、又は350nm以上であってもよい。 The laser light source used for laser processing is not particularly limited, but a laser light source that emits a wavelength in which the particles constituting the ion implantation mask have absorption can be preferably used. When, for example, silicon particles are used as the particles contained in the dispersion, the wavelength of the laser light source may be, for example, 1500 nm or less, 1200 nm or less, 600 nm or less, or 550 nm or less, and 100 nm or more, 200 nm or more. , Or 350 nm or more.

レーザー加工に用いるレーザー光源の集光径は、10000μm以下、1000μm以下、100μm以下、50μm以下、20μm以下、10μm以下、5μm以下、2μm以下、1μm以下とすることができる。また、半導体製造プロセスの効率化の観点から異なる集光径をもつ複数のレーザー光源を組みあわせて用いることができる。 The focusing diameter of the laser light source used for laser processing can be 10,000 μm or less, 1000 μm or less, 100 μm or less, 50 μm or less, 20 μm or less, 10 μm or less, 5 μm or less, 2 μm or less, and 1 μm or less. Further, from the viewpoint of improving the efficiency of the semiconductor manufacturing process, a plurality of laser light sources having different focusing diameters can be used in combination.

レーザー加工に用いるレーザー光のエネルギー密度は、例えば532nmの波長のレーザー光をレーザー光源として用いる場合、1mJ/cm以上、10mJ/cm以上、50mJ/cm以上、又は100mJ/cm以上であってもよく、100J/cm以下、10J/cm以下、1J/cm以下、500mJ/cm以下、300mJ/cm以下であってもよいが、好ましくは0.1〜10J/cmの範囲とすることができる。上記の範囲内であれば、半導体層又は基材に与える損傷を最小限にして、半導体粒子等で構成されている粒子膜をパターニングし、イオン注入用マスクを形成できる利点がある。 The energy density of the laser light used for laser processing is, for example, 1 mJ / cm 2 or more, 10 mJ / cm 2 or more, 50 mJ / cm 2 or more, or 100 mJ / cm 2 or more when a laser light having a wavelength of 532 nm is used as a laser light source. It may be 100 J / cm 2 or less, 10 J / cm 2 or less, 1 J / cm 2 or less, 500 mJ / cm 2 or less, 300 mJ / cm 2 or less, but preferably 0.1 to 10 J / cm. It can be in the range of 2. Within the above range, there is an advantage that a particle film composed of semiconductor particles or the like can be patterned to form an ion implantation mask while minimizing damage to the semiconductor layer or the base material.

(イオン注入用マスクの膜厚)
イオン注入用マスクを構成する粒子膜の膜厚は、任意の厚さを選択することができる。膜厚は、分散体の組成、印刷条件、印刷方法などによって異なるが、例えば、粒子膜の膜厚が0.1μm〜100μmとなるように塗布することできる。
(Film thickness of ion implantation mask)
Any thickness can be selected for the film thickness of the particle film constituting the ion implantation mask. The film thickness varies depending on the composition of the dispersion, printing conditions, printing method, and the like, but for example, the film can be applied so that the film thickness of the particle film is 0.1 μm to 100 μm.

パターニングされた粒子膜を、イオン注入のマスク層として利用する観点からは、イオン注入のマスク層として十分な膜厚とすることが好ましい。したがって、例えば、イオン注入時の、SiC基材の温度、イオンの加速電圧、ドーパントイオン種などのイオン注入の侵入長に影響を与える要素を勘案して、得られるイオン注入用マスクが十分なイオン阻止能を有する膜厚であるように、粒子膜の膜厚を選択することができる。 From the viewpoint of using the patterned particle film as a mask layer for ion implantation, it is preferable that the film thickness is sufficient as a mask layer for ion implantation. Therefore, for example, considering factors that affect the penetration length of ion implantation, such as the temperature of the SiC substrate, the acceleration voltage of ions, and the dopant ion species during ion implantation, the obtained ion implantation mask is sufficient for ions. The film thickness of the particle film can be selected so that the film thickness has a stopping power.

〈一時的バインダー除去を目的とした焼成〉
粒子組成物に一時的バインダーが含まれる場合には、一時的バインダーの除去を目的として、半導体基板、又は半導体層を、一時的バインダーの除去が可能な温度に加熱することができる。
<Baking for the purpose of temporarily removing the binder>
When the particle composition contains a temporary binder, the semiconductor substrate or the semiconductor layer can be heated to a temperature at which the temporary binder can be removed for the purpose of removing the temporary binder.

〈イオン注入工程〉
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。
<Ion implantation process>
In the method of the present invention, ions are then implanted into the semiconductor layer or substrate through the pattern opening of the ion implantation mask.

イオン注入用マスクは、イオン注入温度が200〜1000℃であるSiC層又は基材へのイオン注入を含む半導体デバイスの製造プロセスに好ましく適用される。イオン注入温度は、200℃以上、250℃以上、300℃以上、又は350℃以上であり、またこの温度は、1000℃以下、800℃以下、700℃以下、600℃以下、又は500℃以下である。 The ion implantation mask is preferably applied to the manufacturing process of a semiconductor device including ion implantation into a SiC layer or a substrate having an ion implantation temperature of 200 to 1000 ° C. The ion implantation temperature is 200 ° C. or higher, 250 ° C. or higher, 300 ° C. or higher, or 350 ° C. or higher, and the temperature is 1000 ° C. or lower, 800 ° C. or lower, 700 ° C. or lower, 600 ° C. or lower, or 500 ° C. or lower. is there.

半導体層又は基材がSiC層又は基材である場合、イオン注入温度が200℃より低いと、注入層が連続的な非晶質となり、高温アニールを行っても良好な再結晶化が進行せず、低抵抗層が形成できないという懸念がある。また、この場合、イオン注入温度が1000℃より高いと、SiCの熱酸化やステップバンチングが起こるため、それらの部分をイオン注入後に除去する必要が生じる。 When the semiconductor layer or the base material is a SiC layer or a base material, when the ion implantation temperature is lower than 200 ° C., the implantation layer becomes continuously amorphous, and good recrystallization proceeds even if high temperature annealing is performed. However, there is a concern that a low resistance layer cannot be formed. Further, in this case, if the ion implantation temperature is higher than 1000 ° C., thermal oxidation of SiC and step bunching occur, so that it is necessary to remove those portions after the ion implantation.

本発明の方法でイオン注入用マスクを形成する際の解像度は好ましくは、7μm以下、より好ましくは5μm以下、さらに好ましくは3μm以下、特に好ましくは1μm以下である。 The resolution when forming the ion implantation mask by the method of the present invention is preferably 7 μm or less, more preferably 5 μm or less, still more preferably 3 μm or less, and particularly preferably 1 μm or less.

〈イオン注入用マスク除去工程〉
イオン注入用マスクは、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。
<Ion implantation mask removal process>
The ion implantation mask is removed after the ion implantation step. Examples of the removing method include, but are not limited to, a wet process using hydrofluoric acid, buffered hydrofluoric acid, hydrofluoric acid, TMAH, or the like, and a dry process such as plasma treatment. The wet process is preferred from the standpoint of low cost.

《実施例1〜5》
以下の実施例1〜5では、分散媒及び分散媒中に分散している粒子を含有している粒子分散体を調製し、スクリーン印刷法を用いて、SiC基材上に粒子膜を形成し、加熱して分散媒を除去した後、光照射を粒子膜の一部に行うことによってイオン注入用マスクのパターンを形成した。また、これらの実施例及び比較例について、粒子膜のパターン形成の可否、イオン注入時の帯電による問題の有無、及び粒子膜のイオン遮蔽性能について評価した。
<< Examples 1 to 5 >>
In Examples 1 to 5 below, a dispersion medium and a particle dispersion containing particles dispersed in the dispersion medium are prepared, and a particle film is formed on the SiC substrate by using a screen printing method. After removing the dispersion medium by heating, a pattern of an ion implantation mask was formed by irradiating a part of the particle film with light. In addition, regarding these Examples and Comparative Examples, the possibility of pattern formation of the particle film, the presence or absence of problems due to charging during ion implantation, and the ion shielding performance of the particle film were evaluated.

〈実施例1〉
(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(B)ガスを導入して、ホウ素ドープシリコン粒子を得た。得られたホウ素ドープシリコン粒子のドーピング濃度は1×1021atom/cmであった。また、得られたホウ素ドープシリコン粒子の金属不純物含有量を誘導結合プラズマ質量分析計(ICP−MS)を用いて測定したところ、Feの含有量は15ppb、Cuの含有量は18ppb、Niの含有量は10ppb、Crの含有量は21ppb、Coの含有量は13ppb、Naの含有量は20ppb、及びCaの含有量は10ppbであった。
<Example 1>
(Preparation of boron (B) -doped silicon particles)
Silicon nanoparticles were produced by a laser pyrolysis (LP: Laser pyrolysis) method using a carbon dioxide laser using monosilane gas as a raw material. At this time, diborane (B 2 H 6 ) gas was introduced together with monosilane gas to obtain boron-doped silicon particles. The doping concentration of the obtained boron-doped silicon particles was 1 × 10 21 atom / cm 3 . Moreover, when the metal impurity content of the obtained boron-doped silicon particles was measured using an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS), the Fe content was 15 ppb, the Cu content was 18 ppb, and the Ni content. The amount was 10 ppb, the Cr content was 21 ppb, the Co content was 13 ppb, the Na content was 20 ppb, and the Ca content was 10 ppb.

(ホウ素ドープシリコン粒子含有分散体の調製)
プロピレングリコール90重量%と、上記手法で作製したシリコンナノ粒子10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分散体を調製した。
(Preparation of boron-doped silicon particle-containing dispersion)
A boron-doped silicon particle-containing dispersion was prepared by mixing 90% by weight of propylene glycol and 10% by weight of silicon nanoparticles prepared by the above method.

(ホウ素ドープシリコン粒子膜の形成)
SiC基材上に、上記ホウ素ドープシリコン粒子含有分散体をスクリーン印刷法によって印刷することにより、1.5μmの厚さを有する、ホウ素ドープシリコン粒子膜を得た。
(Formation of boron-doped silicon particle film)
The boron-doped silicon particle-containing dispersion was printed on a SiC substrate by a screen printing method to obtain a boron-doped silicon particle film having a thickness of 1.5 μm.

そして600℃で焼成することにより、ホウ素ドープシリコン粒子膜に残留した分散媒の除去を行った。 Then, the dispersion medium remaining on the boron-doped silicon particle film was removed by firing at 600 ° C.

(ホウ素ドープシリコン粒子膜パターンの形成)
光照射の光源として、波長532nmであり、4.0J/cmのエネルギー密度を有し、パルス幅が100nsのレーザー光を、ホウ素ドープシリコン粒子膜に照射することにより、この膜のレーザー照射された部分を除去して、ホウ素ドープシリコン粒子膜のパターンを得た。
(Formation of boron-doped silicon particle film pattern)
As a light source for light irradiation, the boron-doped silicon particle film is irradiated with laser light having a wavelength of 532 nm, an energy density of 4.0 J / cm 2, and a pulse width of 100 ns. The portion was removed to obtain a pattern of a boron-doped silicon particle film.

(光学顕微鏡による観察)
イオン注入用マスクパターンを、光学顕微鏡を用いて観察し、5μm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。
(Observation with an optical microscope)
The mask pattern for ion implantation was observed using an optical microscope to confirm whether or not a 5 μm line-and-space pattern could be formed.

(イオン注入)
下記の条件で、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/cm
(Ion implantation)
Ion implantation was performed on the SiC substrate through the mask pattern opening of the ion implantation mask under the following conditions:
Ion species: Al,
Energy amount: 40 keV,
Injection temperature: 400 ° C,
Amount of dose: 1 × 10 14 Ions / cm 2

Alイオン注入後、基材をバッファードフッ酸と濃硝酸の混合液に浸漬することにより、イオン注入用マスクを除去した。その後、Al濃度のSiC基材表面からの深さ依存性を、二次イオン質量分析(SIMS)装置を用いて測定した。 After the Al ion implantation, the substrate was immersed in a mixed solution of buffered hydrofluoric acid and concentrated nitric acid to remove the ion implantation mask. Then, the depth dependence of the Al concentration from the surface of the SiC substrate was measured using a secondary ion mass spectrometry (SIMS) apparatus.

SIMS測定は、イオン注入を行ったSiC基材のうち、Alイオン注入時に粒子膜パターンに被覆されていた領域、及びイオン注入用マスクの開口部であった領域のSiC基材表面に対して行った。 SIMS measurement was performed on the surface of the SiC substrate in which the ion-implanted SiC substrate was covered with the particle film pattern at the time of Al ion implantation and the region was the opening of the ion-implanted mask. It was.

なお、SIMS測定によって得られた、Alイオン濃度の深さ依存性プロファイルにおいて、Alイオン注入時に粒子膜パターンに被覆されていた領域の表面から50nmの深さの点におけるAlイオン濃度が、イオン注入用マスクの開口部であった領域のSiC基材表面から50nmの深さの点におけるAlイオン濃度の1/100倍以下である場合に、粒子膜パターンはイオン注入用マスク層としての性能を有すると判断した。 In the depth-dependent profile of Al ion concentration obtained by SIMS measurement, the Al ion concentration at a depth of 50 nm from the surface of the region covered with the particle film pattern at the time of Al ion implantation is ion implantation. The particle film pattern has the performance as an ion implantation mask layer when it is 1/100 times or less of the Al ion concentration at a depth of 50 nm from the surface of the SiC substrate in the region that was the opening of the mask. I decided.

〈実施例2〉
分散体として、プロピレングリコール90重量%、シリコンナノ粒子10重量%を混合する代わりに、プロピレングリコール90重量%、シリコン粒子5重量%、耐熱性バインダー形成成分としての有機シロキサン化合物5重量%を混合したことを除いて、実施例1と同様にして、分散体を調製し、粒子膜パターンを得た。さらに、実施例1と同様に、粒子膜パターン形成の可否、イオン注入時の帯電による問題の有無、及び粒子膜パターンのイオン遮蔽性能について評価した。
<Example 2>
Instead of mixing 90% by weight of propylene glycol and 10% by weight of silicon nanoparticles as the dispersion, 90% by weight of propylene glycol, 5% by weight of silicon particles, and 5% by weight of an organic siloxane compound as a heat-resistant binder forming component were mixed. Except for this, a dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 to obtain a particle film pattern. Further, as in Example 1, the possibility of forming the particle film pattern, the presence or absence of problems due to charging during ion implantation, and the ion shielding performance of the particle film pattern were evaluated.

〈実施例3〉
分散体として、プロピレングリコール90重量%、シリコンナノ粒子10重量%を混合する代わりに、プロピレングリコール90重量%、シリコン粒子5重量%、一時的バインダー形成成分としてのエチルセルロース5重量%を混合したこと、
分散体粒子膜の形成工程の後の粒子分散体からの分散媒除去を目的とした加熱の温度を250℃としたこと、
さらに、レーザー光照射による分散体粒子膜のパターニング後、一時的バインダー除去を目的として600℃の大気中で焼成を行ったこと
を除いて、実施例1と同様にして、分散体を調製し、粒子膜パターンを得た。
<Example 3>
Instead of mixing 90% by weight of propylene glycol and 10% by weight of silicon nanoparticles as the dispersion, 90% by weight of propylene glycol, 5% by weight of silicon particles, and 5% by weight of ethyl cellulose as a temporary binder forming component were mixed.
The heating temperature for the purpose of removing the dispersion medium from the particle dispersion after the step of forming the dispersion particle film was set to 250 ° C.
Further, after patterning the dispersion particle film by laser light irradiation, a dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that firing was performed in the air at 600 ° C. for the purpose of temporarily removing the binder. A particle film pattern was obtained.

さらに、実施例1と同様に、粒子膜パターン形成の可否、イオン注入時の帯電による問題の有無、及び粒子膜パターンのイオン遮蔽性能について評価した。 Further, as in Example 1, the possibility of forming the particle film pattern, the presence or absence of problems due to charging during ion implantation, and the ion shielding performance of the particle film pattern were evaluated.

〈実施例4〉
SiC基材上に、スピンオングラス(東京応化製、12000−T)をイソプロピルアルコールで希釈した溶液をスピンコートし、800℃での焼成を行うことによって、SiC基材上に50nmの厚みを有するスピンオングラス膜を予め形成したこと除いて、実施例1と同様にして、粒子膜パターンを得た。さらに、実施例1と同様に、粒子膜パターン形成の可否、イオン注入時の帯電による問題の有無、及び粒子膜パターンのイオン遮蔽性能について評価した。
<Example 4>
A solution obtained by diluting spin-on glass (12000-T manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd.) with isopropyl alcohol is spin-coated on a SiC substrate, and the mixture is fired at 800 ° C. A particle film pattern was obtained in the same manner as in Example 1 except that the glass film was formed in advance. Further, as in Example 1, the possibility of forming the particle film pattern, the presence or absence of problems due to charging during ion implantation, and the ion shielding performance of the particle film pattern were evaluated.

〈実施例5〉
光照射の光源として、波長532nmであり、4.0J/cmのエネルギー密度を有するレーザー光を用いる代わりに、波長532nmであり、0.5J/cmのエネルギー密度を有し、パルス幅が1.0nsのレーザー光を用いたことを除いて、実施例1と同様にして、分散体を調製し、粒子膜パターンを得た。さらに、実施例1と同様に、粒子膜パターン形成の可否、イオン注入時の帯電による問題の有無、及び粒子膜パターンのイオン遮蔽性能について評価した。
<Example 5>
As a light source for light irradiation, instead of using laser light having a wavelength of 532 nm and an energy density of 4.0 J / cm 2 , the wavelength is 532 nm, the energy density is 0.5 J / cm 2 , and the pulse width is A dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that 1.0 ns of laser light was used to obtain a particle film pattern. Further, as in Example 1, the possibility of forming the particle film pattern, the presence or absence of problems due to charging during ion implantation, and the ion shielding performance of the particle film pattern were evaluated.

〈実施例6〉
実施例6では、分散媒及び分散媒中に分散している粒子を含有している粒子分散体を調製し、スクリーン印刷法を用いて、ガラス基材上に粒子膜を形成し、加熱して分散媒を除去した後、光照射を粒子膜の一部に行うことによって粒子膜パターンを形成し、粒子膜パターンのシート抵抗の測定を行った。
<Example 6>
In Example 6, a dispersion medium and a particle dispersion containing particles dispersed in the dispersion medium are prepared, a particle film is formed on a glass substrate by a screen printing method, and the particles are heated. After removing the dispersion medium, a particle film pattern was formed by irradiating a part of the particle film with light, and the sheet resistance of the particle film pattern was measured.

具体的には、基材としてSiC基材を用いる代わりに、ガラス基材を用いたことを除いて実施例1と同様にして、分散体を調製し、粒子膜パターンを得た。したがって、得られた粒子膜自体は、実施例1、4及び5で得られた粒子膜と実質的に同じである(基材は異なっている)。その後、シャドウマスクを通じて、粒子膜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。 Specifically, a dispersion was prepared in the same manner as in Example 1 except that a glass substrate was used instead of the SiC substrate as the substrate, and a particle film pattern was obtained. Therefore, the obtained particle film itself is substantially the same as the particle film obtained in Examples 1, 4 and 5 (the base materials are different). Then, through a shadow mask, an aluminum electrode for measuring the resistivity of the particle film pattern was formed on the pattern of the mask layer by a vacuum vapor deposition method.

抵抗率測定を目的としたアルミニウム電極のパターンとしては、1000μm×200μmの大きさを有する一組の矩形の電極の1000μmの辺同士が、200μmの間隔で対向するように配置された電極パターンを用いた。 As the pattern of the aluminum electrode for the purpose of measuring the resistivity, an electrode pattern in which the 1000 μm sides of a set of rectangular electrodes having a size of 1000 μm × 200 μm are arranged so as to face each other at an interval of 200 μm is used. There was.

その後、蒸着したアルミニウム電極間に1μAの定電流を印加した時の、アルミニウム電極間での電位降下を測定することにより、マスク層のシート抵抗を求めたところ、20GΩ/□であった。 After that, the sheet resistance of the mask layer was determined by measuring the potential drop between the aluminum electrodes when a constant current of 1 μA was applied between the vapor-deposited aluminum electrodes, and it was 20 GΩ / □.

実施例1〜5についての実験条件及び結果を、下記の表1にまとめている。 The experimental conditions and results for Examples 1 to 5 are summarized in Table 1 below.

Figure 0006842841
Figure 0006842841

〈評価結果〉
実施例1〜5の結果からは、形成した粒子膜のパターンが、帯電の問題なくイオン注入用マスク層としての利用が可能であることが理解できる。
<Evaluation results>
From the results of Examples 1 to 5, it can be understood that the formed particle film pattern can be used as a mask layer for ion implantation without a problem of charging.

実施例1〜3の結果からは、分散体に、耐熱性バインダー形成成分(実施例2)又は一時的バインダー形成成分(実施例3)を添加することによっても、これらのバインダー形成成分を用いない実施例1の場合と同様に、分散体が好ましい印刷性を有し、かつ形成した粒子膜のパターンが、帯電の問題なくイオン注入用マスク層としての利用が可能であることが理解できる。 From the results of Examples 1 to 3, these binder-forming components are not used even by adding the heat-resistant binder-forming component (Example 2) or the temporary binder-forming component (Example 3) to the dispersion. As in the case of Example 1, it can be understood that the dispersion has preferable printability and the formed particle film pattern can be used as a mask layer for ion implantation without a problem of charging.

実施例1及び2の比較からは、分散体に、耐熱性バインダー形成成分(実施例2)を添加することによって、最終的に得られたイオン注入用マスク層の形状安定性が改良されていることが観察された。また、実施例1及び3の比較からは、分散体に、一時的バインダー形成成分(実施例3)を添加することによって、レーザーの照射による粒子膜のパターニング工程における、粒子の層の形状安定性が改良されていることが観察された。 From the comparison of Examples 1 and 2, the shape stability of the finally obtained mask layer for ion implantation is improved by adding the heat-resistant binder forming component (Example 2) to the dispersion. Was observed. Further, from the comparison of Examples 1 and 3, by adding a temporary binder forming component (Example 3) to the dispersion, the shape stability of the particle layer in the patterning step of the particle film by laser irradiation is performed. Was observed to be improved.

実施例1及び4の結果からは、予め基材上に剥離層(実施例4)を形成しておくことで、イオン注入後の剥離性の向上を図った場合においても、分散体の膜が好ましいパターニング性を有し、かつ形成した粒子膜パターンが、帯電の問題なくイオン注入用マスク層としての利用が可能であることが理解できる。 From the results of Examples 1 and 4, the film of the dispersion is formed even when the peelability after ion implantation is improved by forming the release layer (Example 4) on the substrate in advance. It can be understood that the particle film pattern having preferable patterning property and formed can be used as a mask layer for ion implantation without a problem of charging.

実施例1及び4の比較からは、予め基材上に剥離層(実施例4)を形成しておくことによって、Alイオン注入後のイオン注入用マスクの除去が促進されることが観察された。 From the comparison of Examples 1 and 4, it was observed that the removal of the ion implantation mask after Al ion implantation was promoted by forming the release layer (Example 4) on the substrate in advance. ..

実施例6の結果からは、形成した粒子膜のパターンが、帯電の問題なくイオン注入用マスク層としての利用が可能なシート抵抗を有することが理解できる。 From the results of Example 6, it can be understood that the formed particle film pattern has a sheet resistance that can be used as a mask layer for ion implantation without a problem of charging.

1 SiCエピタキシャル膜
2 SiC基材
3 SiO
4 感光性レジスト
5 レーザー光
6 イオン注入領域
7 ドーパントイオンのビーム
11 イオン注入用マスク/粒子膜
12 マスクパターン開口部
1 SiC epitaxial film 2 SiC base material 3 SiO 2 film 4 photosensitive resist 5 laser light 6 ion implantation area 7 dopant ion beam 11 ion implantation mask / particle film 12 mask pattern opening

Claims (8)

下記工程を少なくとも含む、開口部を有するイオン注入用マスクを半導体層又は基材上に形成する方法:
(a)粒子、及び分散媒を少なくとも含有している粒子分散体を、直接に又は転写基材を介して前記半導体層又は基材の全面又は一部に適用することによって、粒子のみからなる粒子膜を形成する工程;並びに
(b)前記粒子膜の一部にレーザー照射を行って、レーザー加工により前記粒子膜の光照射された部分を除去することによって、前記開口部を形成する工程
ここで、前記粒子がシリコン粒子であり、かつ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
A method of forming an ion implantation mask having an opening on a semiconductor layer or a base material, which comprises at least the following steps:
(A) Particles composed of only particles by applying the particles and a particle dispersion containing at least a dispersion medium to the entire surface or a part of the semiconductor layer or the base material directly or via a transfer base material. A step of forming the film; and (b) a step of forming the opening by irradiating a part of the particle film with a laser and removing the light-irradiated portion of the particle film by laser processing .
Here, the particles are silicon particles, and the silicon particles contain boron or phosphorus as a dopant .
前記イオン注入用マスクのシート抵抗が、1012Ω/□以下である、請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the sheet resistance of the ion implantation mask is 10 12 Ω / □ or less. 前記粒子分散体が一時的バインダー形成成分を更に含有している、請求項1又は2に記載の方法。 The method according to claim 1 or 2 , wherein the particle dispersion further contains a temporary binder-forming component. 前記一時的バインダー形成成分が、ポリマーである、請求項に記載の方法。 The method according to claim 3 , wherein the temporary binder-forming component is a polymer. 前記粒子の抵抗率が1×10Ωcm以下である、請求項1〜のいずれか一項に記載の方法。 Resistivity of the particle element is 1 × 10 3 Ωcm or less, The method according to any one of claims 1-4. 前記粒子分散体のうち前記粒子の占める割合が、1重量%〜90重量%の範囲である、請求項1〜のいずれか一項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 5 , wherein the proportion of the particles in the particle dispersion is in the range of 1% by weight to 90% by weight. 前記イオン注入用マスクの前記粒子膜に40keVの運動エネルギーを有するAlイオンを1×1014cm−2の数密度で入射した際に、粒子膜を通過するAlイオンが、入射したイオンの数の1%以下である、請求項1〜のいずれか一項に記載の方法。 When Al + ions having a kinetic energy of 40 keV are incident on the particle membrane of the ion implantation mask at a number density of 1 × 10 14 cm- 2 , the Al + ions passing through the particle membrane are the particles of the incident ions. The method according to any one of claims 1 to 6 , which is 1% or less of the number. 請求項1〜のいずれか一項に記載の方法で形成したイオン注入用マスクの開口部を通じて、前記半導体層又は基材にイオンを注入する工程を含む、半導体デバイスの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises a step of implanting ions into the semiconductor layer or a base material through an opening of an ion implantation mask formed by the method according to any one of claims 1 to 7.
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