JP2000241992A - フォトレジストの灰残渣除去の方法 - Google Patents

フォトレジストの灰残渣除去の方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安全でかつ経済的に半導体基板からフッ素含
有残渣を除去し得る方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板の温度を周囲温度に対して高
められたレベルにし、かつ前記残渣を紫外線に曝露する
と同時に、残渣を揮発させることまたは残渣を脱イオン
水で除去し得るのに十分な親水性にすることの少なくと
も一方を為すのに十分な期間、前記残渣が反応性を示す
気体および／または蒸気を、前記残渣に適用することよ
りなる段階からなる方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体デバイスの加
工処理に関し、およびフォトレジストをストリッピング
し、残渣を除去し、またはウエファー表面を洗浄する、
改良した方法を示すものである。
【従来の技術・発明が解決しようとする課題】
【０００２】集積回路の製造において、集積回路パター
ンを形成するためにフォトリソグラフィの技術が必要と
される。この技術では実際、半導体ウエファーはフォト
レジストでコートされる。次いでフォトレジストをマス
クを透過する紫外線に曝露して、それにより所望のパタ
ーンがフォトレジスト上に画像形成される。このことが
フォトレジストの曝露された領域の溶解度の変化を引き
起こし、それにより適当な現像剤による現像後に所望の
パターンがウエファーに固定され、その後ウエファー上
のフォトレジストは、それが次の工程に耐えられるよう
に硬化焼付又は光安定化され得る。
【０００３】集積回路構成要素が形成された後、既にフ
ォトレジストはその有益な目的を務めたので、該フォト
レジストをウエファーから除去する(ストリップする）
ことが一般的には必要である。フォトレジストがストリ
ップされ得るのが比較的容易であるかまたは困難である
かは、プラズマエッチングまたはイオン注入法の間にフ
ォトレジストにおいて引き起こされる物理的および化学
的変化の程度および架橋がフォトレジストにおいて生じ
た程度に依存する。即ち、硬化焼付の著しい程度およ
び、いっそう大きい程度という点では、プラズマエッチ
ングおよびイオン注入法は、フォトレジストにおける物
理的および化学的変化を引き起こしてストリッピングを
特に困難にすることが一般に知られている。
【０００４】フォトレジストがその目的を務めた後のウ
エファーからの該フォトレジストのプラズマ灰化は、一
般に酸素プラズマにより除去できない粘着性のフッ化物
を含む残渣をしばしば生じることが見出されている。こ
れらの残渣がより早期のフッ素に基づくプラズマエッチ
ング段階の間に発生したフッ素含有物質のかなりの量を
含むため、これらは一部分は除去が困難である。スパッ
ターした金属または他の無機物質の混入により残渣は除
去に対しいっそう抵抗性を与えられ得る。この問題を扱
うために、ある者は例えばアミン−ベースの溶媒（例え
ば、ワング，Ｙ（Wang, Y)；グラハム，Ｓ．Ｗ．(Graha
m, S.W.)；チャン，Ｌ．(Chan, L.)；ルーング,Ｓ．
Ｊ．(Loong, S.J.), Electrochem. Soc., Vol. 144, N
o.4 ,April 1977参照)を利用する湿式洗浄法を行ってい
る。しかしこの取り組みは多量の危険な化学物質の使用
を伴いおよびそれらの費用のかかる処分を必要とするの
で本質的に望ましくない。湿式洗浄法については、おそ
らく処理費用がかからないので究極的には水のみの濯ぎ
が健康および経済的な観点から最も許容されるべきであ
ろう。しかし粘着性のレジスト残渣の疎水的性質はそれ
らを純水で影響されなくしている。従って、本発明の目
的はフッ素含有残渣を除去する改良した方法を提供する
ことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、残渣で汚染されたウエファーを熱、紫外線および
反応性の気体および／または蒸気の組合せに曝露する、
フォトレジストの灰残渣を除去するための改良した方法
を提供することにより達成される。この組合せ処理は残
渣を揮発させるかまたはそれをより親水性にし、そして
脱イオン水で濯ぐことによってより除去しやすくする。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明は添付する図面を参照する
ことによってより良く理解できるであろう。図１は灰化
処理の実施後に残っている残渣を示すワイングラス状ヴ
ァイア(wineglass via)の顕微鏡写真である。図２は本
発明の方法を行った後の図１に示した同じワイングラス
状ヴァイアの顕微鏡写真である。
【０００７】上で検討したように、ウエファーが受けた
工程によって、フォトレジスト（およびそれらの副産
物）のストリッピングは特に困難であり得る。フォトレ
ジストの硬化焼付および光安定化、ならびにプラズマエ
ッチングおよびイオン注入はフォトレジストにおける物
理的および化学的変化を引き起こすこれらの方法の具体
例であり、フォトレジストをストリップすることをより
困難にしている。
【０００８】デバイスの寸法がより小さくなったので、
プラズマエッチングの処方は所望の選択性および限界寸
法（Critical Dimension(CD) )調節を得るために側壁パ
ッシベーション(sidewall passivation)をますます利用
するように処方されている。代表的にはこれはより遅い
腐蝕速度が望ましい表面上の選択的なポリマー付着を可
能にする腐蝕化学を使用することにより達成される。例
えば、ＳｉＯ2の異方性エッチングを達成するため、
Ｃ，Ｆ，Ｈ含有気体混合物を使用することができる。代
表的には、フッ素はプラズマにおける主な腐蝕成分であ
る。解離したＣＦ X（ｘ＝１，２および３）分子は、接
点またはヴァイアホール（via holes)の底部および垂直
方向の側壁上におけるフッ素含有付着物の形成の原因と
なる。付着と腐蝕の間の競争は、腐蝕プロファイル（et
ch profile)を調節するために使用される。
【０００９】ある場合では、工程の終わりに向けて、オ
ーバーエッチング状態（over-etchphase) の間に、曝露
された下層からＡｌのような非揮発性金属がホールドの
底からスパッターし、そしてパッシベートされた側壁上
に再付着する。この結果は、代表的には、ヴァイアホー
ルに残存する金属が埋め込まれた(metal-inbedded)フッ
素含有残渣が生じる。同様のスキームは金属およびポリ
シリコン腐蝕のために使用される。
【００１０】このような残渣は一般に酸素プラズマによ
っては除去することはできない。しかし、代表的にはフ
ッ素含有プラズマによる方向性イオン衝撃(directional
ionbombardment)は接点およびヴァイアホールの底部か
らそれらを除去するのに有効である。が、小さい入射角
のため側壁からは除去できない。図１はフッ素含有気体
を使用するプラズマ分離形プラズマアッシャー（downst
ream plasma asher)により灰化処理を行うことによって
最上層のポリマーが除去された後の”ワイングラス状”
ヴァイアの顕微鏡写真である。ヴァイアの底部および側
壁の低い部分において残存している残渣があることは特
筆される。
【００１１】本発明によれば、この残渣は熱、紫外線お
よび反応性気体および／または蒸気の組合せに曝露する
ことによって除去される。このような反応性の気体およ
び蒸気はアンモニア、アミン、二酸化硫黄、二酸化硫黄
と酸素、三酸化硫黄、硫化水素、二酸化炭素、一酸化炭
素、二硫化炭素、硫化カルボニル、アルコール、チオー
ル、過酸化水素、および水を含むが、これらに限定され
ない。好ましい処理剤はアンモニア、ヒドラジン、およ
び二酸化硫黄を含むものである。これらの化学物質は稀
釈形態（即ち、不活性キャリアガス中に）および／また
は混合物で、およびさまざまな圧力において使用でき
る。稀釈形態でのそれらの使用はしばしば、蒸気への不
慮の曝露に関する危険を実質的に減少させると同時に所
望の処理を行うために十分である。同時に、紫外線源と
残渣の間の雰囲気によって紫外線吸収を最小にする減圧
下で処理を達成できることは有利であり得る。本発明の
方法を実施する際には、気体を基板に、該基板物質を紫
外線で照射しおよび高められた温度にしながら適用す
る。紫外線は残渣を一様に覆う(blanket)ように適用さ
れる；このためレーザーは代表的には適当な光源ではな
い。しかしながら種々の光源、例えば強力水銀アークラ
ンプ、マイクロ波励起プラズマランプ、エキシマーラン
プおよび一様に覆うような照射(blanketing irradiatio
n)を与え得る他の強力紫外線光源が使用できる。
【００１２】前記物質は様々な方法によって高められた
温度に加熱できる。１つの具体例によれば、ウエファー
は反応性気体(類）を適用すると同時に、温度−制御さ
れたチャックに置かれそして紫外線および赤外線を放射
する光源で照射される。赤外線はウエファーを加熱し、
および昇温の量は温度制御チャックの大きさ(mass)によ
って制御される。このようなシステムは米国特許第4,54
8,688号公報に光安定化チャンバーに関し開示されてお
り、その内容は参照によりそのまま本明細書に組込まれ
る。
【００１３】処理中に発生する化学的変化の的確な性質
は使用する気体または蒸気の性質、レジスト残渣の性質
および紫外線および熱の両方についての強度および曝露
時間に依存する。多くの場合、ポリマー残渣はかなり熱
的に安定でありおよびほぼ最も低い紫外線に対して透過
性である。しかし、それ自体熱的または光化学的に反応
性である化学物質の蒸気を使用することにより、高反応
性中間体が形成され得、それは次いで残渣と相互に作用
を及ぼすことができおよび該残渣をさらに親水性にでき
る。ヒドラジンの場合、ポリマー表面との紫外線光分解
反応によりＮ2Ｈ3、・ＮＨ2、・Ｈ（原子状水素）、お
よび：ＮＨ（ニトレン）が形成され、最終的にはアミノ
基を取り込ませならびに水素によるフッ素置換が起こる
ことが推測される。同様に、アンモニアは紫外線照射の
下で・ＮＨ2および・Ｈを発生させ、それは次にヒドラ
ジン光分解生成物と同じ様に反応できることが知られて
いる。
【００１４】本発明はノボラックおよびジアゾナフトキ
ノン樹脂に基づくようなｉ−線レジスト、部分的に保護
されたポリ（ヒドロキシスチレン）樹脂またはヒドロキ
シスチレン／メタクリレートコポリマーに基づくような
ディープ紫外線レジストおよびメタクリレートまたはシ
クロオレフィン樹脂に基づくような１９３ｎｍレジスト
を含むがこれらに限定しない様々なタイプのフォトレジ
ストに使用できる。
【００１５】
【実施例・発明の効果】具体的方法では、ウエファーは
フォトレジストを灰化しおよびヴァイアホールからのフ
ッ素含有残渣を部分的に除去するためプラズマ分離形プ
ラズマチャンバーで処理される。使用される気体は２０
００Ｗのマイクロ波出力を伴う、１．５Torr（１９９．
５Ｐａ）の圧力でのＯ2／Ｎ2／Ｈ2／ＣＦ4である。この
工程の後、図１に示すように金属含有残渣はホールの底
部および側壁の低部域に残る。オーバーエッチングの間
のホールの底部からスパッターした比較的高濃度の金属
が存在すると信じられている。残存する残渣を除くため
に、７６０Torr（１．０１１×１０5Ｐａ）および１２
０℃で、６０秒に対し２０００ｓｃｃｍの流量で５％Ｎ
Ｈ3および９５％Ｎ2の気体混合物中でウエファーを紫外
線に曝露する。次にウエファーを脱イオン水で濯いでＮ
Ｈ3−紫外線により水溶性にされた残渣を除去する。前
記した光安定化チャンバー（イートン(Eaton）ＰＣＵ）
は曝露を行うのに使用できる。図２に示すように濯ぎ工
程後、ウエファーには残渣がない。上記の通りフォトレ
ジスト残渣除去の方法が記載された。本発明の精神およ
び範囲から逸脱しない変形は当業者によって想到できる
限り、適用されるべき発明は上記特許請求の範囲により
定義されると理解するべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】「最上層のポリマー」を灰化工程で除去した後
のワイングラス状ヴァイアの顕微鏡写真である。
【図２】Ｎ2／ＮＨ3、ＵＶおよび熱による処理の後のワ
イングラス状ヴァイアの顕微鏡写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 390033020 Ｅａｔｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｃｌｅｖｅｌ ａｎｄ，Ｏｈｉｏ 44114，Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 スチュアート ナーザン ラウンズ アメリカ合衆国，メリーランド 21703, フレデリック，ハンティング リッジ ト ライヴ 622 (72)発明者 マイケル ショーン オウエンズ アメリカ合衆国，メリーランド 21210, ボルチモア，レイク フォールズ ロード 1214 (72)発明者 ジョン スコット ハーロック アメリカ合衆国，メリーランド 20854, ポトマック，コニストン シーティー． 10313 (72)発明者 マーマウンド ダヒメン アメリカ合衆国，メリーランド 20879, ガイザースバーグ，ボーイセンベリィ ド ライヴ． 18512，ナンバー 195

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板からのフッ素含有残渣の除去
    を可能にする方法であって、 前記基板の温度を周囲温度に対して高められたレベルに
    し、かつ前記残渣を紫外線に曝露すると同時に、残渣を
    揮発させることまたは残渣を脱イオン水で除去し得るの
    に十分な親水性にすることの少なくとも一方を為すのに
    十分な期間、前記残渣が反応性を示す気体および／また
    は蒸気を、前記残渣に適用することよりなる段階からな
    る方法。
  2. 【請求項２】 気体および／または蒸気はアミン、アル
    コール、チオール、アンモニア、二酸化硫黄、二酸化硫
    黄と酸素、三酸化硫黄、硫化水素、二酸化炭素、一酸化
    炭素、二硫化炭素、硫化カルボニル、過酸化水素、およ
    び水よりなる群から選択された少なくとも１種からなる
    請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 残渣を紫外線で一様に覆うことによっ
    て、前記残渣を紫外線に曝露する請求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 気体および／または蒸気を適用する前
    に、フォトレジスト上で灰化処理を行う請求項３記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 気体および／または蒸気がアンモニア、
    水素、および二酸化硫黄の群から選択される請求項４記
    載の方法。
  6. 【請求項６】 気体および／または蒸気を適用した後に
    基板を脱イオン水で濯ぐ請求項２記載の方法。
  7. 【請求項７】 気体および／または蒸気を適用した後に
    基板を脱イオン水で濯ぐ請求項４記載の方法。
  8. 【請求項８】 気体または蒸気がアンモニアである請求
    項７記載の方法。
  9. 【請求項９】 アンモニアは窒素と混合されている請求
    項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 アンモニアおよび窒素の混合物を大気
    圧で適用する請求項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 半導体ウエファーを加工処理する方法
    であってフォトレジストで前記ウエファーをコートする
    こと；紫外線で前記フォトレジスト上にパターンを画像
    形成すること；前記フォトレジストを現像すること；前
    記フォトレジストを硬化焼付または安定化させること前
    記ウエファー上に集積回路構成要素を形成すること、な
    らびに ａ） 前記フォトレジスト上で、灰化処理を行い残渣以
    外のフォトレジストを除去すること、および ｂ） 基板の温度を周囲温度に関して高められたレベル
    にし、かつ前記残渣を紫外線で一様に覆うと同時に、前
    記残渣を揮発させることまたは前記残渣を脱イオン水で
    除去し得るのに十分な親水性にすることの少なくとも一
    方を為すのに十分な期間、アミン、アルコール、チオー
    ル、アンモニア、二酸化硫黄、二酸化硫黄と酸素、三酸
    化硫黄、硫化水素、二酸化炭素、一酸化炭素、二硫化炭
    素、硫化カルボニル、過酸化水素、および水よりなる群
    から選択された気体および／または蒸気を前記残渣に適
    用することにより前記残渣を除去すること、によって前
    記ウエファーから前記フォトレジストを除去することよ
    りなる段階からなる方法。
  12. 【請求項１２】 気体を適用した後に基板を脱イオン水
    で濯ぐ請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 気体がアンモニア、水素、および二酸
    化硫黄よりなる群から選択される少なくとも１種を含む
    請求項１１記載の方法。
  14. 【請求項１４】 気体を適用した後に基板を脱イオン水
    で濯ぐ請求項１３記載の方法。
  15. 【請求項１５】 気体がアンモニアである請求項１４記
    載の方法。
  16. 【請求項１６】 アンモニアは窒素と混合されている請
    求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】 アンモニアおよび窒素の混合物を大気
    圧で適用する請求項１６記載の方法。
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