JP3318241B2 - アッシング方法 - Google Patents
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- G03F7/42—Stripping or agents therefor
Description
関し、より詳しくは、酸素を用いてレジストをアッシン
グするアッシング方法に関する。
進展しつつあり、半導体集積回路の形成に用いられる半
導体ウェハも大口径化している。半導体集積回路を製造
する場合にはリソグラフィー技術は不可欠であり、リソ
グラフィー技術にはレジストの塗布、露光及び現像によ
って形成されたマスクを用いるのが一般的である。レジ
ストよりなるマスクは、リソグラフィー技術の他に、半
導体層の所定部分に不純物を注入する際に使用されるこ
ともある。
イオン注入工程の最終段階で除去されるが、レジストの
除去方法として半導体集積回路の微細化や高集積化に対
応する技術が必要とされている。例えば、アッシングの
均一性の向上、エッチング対象となる薄膜に対するアッ
シングの高選択性の向上、基板へのダメージの防止、ク
リーン化、高スループット化などが要求されている。
対するダメージを無くしたり、アッシング後の残渣やパ
ーティクルを少なくし、さらにアッシング処理のスルー
プットを高くする技術が必要になってくる。ところで、
1つのシリコン基板内にNウェルとPウェルを形成する
場合には、シリコン基板の一部をレジストマスクで覆い
ながらp型不純物又はn型不純物を打ち分けるようにし
ている。また、NウェルやPウェルにMOSトランジス
タを形成する工程では、NウェルとPウェルに注入する
不純物が異なるために、NウェルとPウェルの一方をレ
ジストマスクで覆いながらp型不純物又はn型不純物を
イオン注入するようにしている。n型不純物としては例
えば燐、砒素があり、p型不純物としては例えばホウ素
がある。
はp型不純物のドーズ量を高くすると、レジスト膜の表
面には不純物導入による変質層が生成される。その変質
層は通常の方法では除去されにくいので、特殊な方法を
採用する必要がある。変質層の発生については、Shuzo
FUJIMURA et al., JAPAN JOURNAL OF APPLIED PHYSICS,
VOL. 28, NO.10, OCTOBER, 1989, pp.2130-2136、K. S
hinagawa et al., DPS1992, pp75-80に記載がある。変
質層は、ドーズ量を約5×1015個/cm2 以上にするこ
とにより発生する。
とドライ・アッシングがある。ウェット・アッシング
は、基板や膜へのダメージが無いので、その点では好ま
しいが、アッシング処理を行う度に薬液槽が汚れ、薬液
槽に取り込まれたパーテクルが基板や膜に再付着するこ
とになる。ドライ・アッシングとしては、例えば図7に
示すようなアッシング装置を用いてレジストをプラズマ
に直接曝す方法がある。
接曝す構成を有するドライエッチング装置を示してい
る。図7において、アッシング装置のチャンバ1の上部
にはガス供給管2が設けられ、そのガス供給管2の下端
には多くの孔を有するガスシャワー板3が基板ステージ
4に向けて取り付けられ、基板ステージ4には高周波電
源5が接続されている。また、チャンバ1の底部には排
気口6が取付けられている。
ャンバ1内部を減圧し、基板ステージ4に高周波電圧を
印加し、変質層を持つレジストが形成された基板Wを基
板ステージ4上に載置した後に、ガス供給管2及びガス
シャワー3を通して酸素混合ガスをチャンバ内に供給す
ると、ガスシャワー3と基板ステージ4の間には酸素等
のプラズマが発生し、これによりレジストの変質層は酸
素プラズマに曝されて除去される。
質層だけでなく基板W又は基板W上の膜もプラズマに曝
されるので、基板Wや膜がプラズマ中のイオンによって
ダメージを受けてしまうという問題がある。これに対し
て、特開平4−286317号、特開平8−28826
0号、特開平8−69896号公報に示されているよう
に、レジストのうち変質層をイオンにより除去し、非変
質層についてはラジカルを利用してアッシングする方法
もある。しかし、これらの技術も変質層を除去する際に
イオンを利用しているために、基板又は膜に対するイオ
ンのダメージの影響を低減する程度の効果しか期待でき
ない。
減した反応ガスのラジカルを利用してアッシングするダ
ウンフロー・アッシング方法も特開平7−86146号
に記載されている。
ッシング方法では、レジスト除去速度(アッシングレー
ト)を高くするためにプラズマ生成用のマイクロ波のパ
ワーを高くすると、変質層の一部が基板上に残ってしま
い完全に除去することはできない。また、ダウンフロー
・アッシング法によれば、アッシングレートを高くする
ために基板温度を150℃以上に高くすると、レジスト
爆発が発生してチャンバを汚染し、チャンバに残ったレ
ジストはパーティクル発生の原因になり、しかも、基板
上でのレジストの残渣が生じる原因にもなる。このレジ
スト爆発は、一般にポンピング現象と呼ばれ、スループ
ットにも悪影響を与える。
ことなく、パーティクル発生を抑制し、スループットを
向上できるアッシング方法を提供することにある。
上にレジストを形成する工程と、前記レジストをマスク
として、前記下地層に元素をイオン注入する工程と、酸
素ラジカルを含むラジカル雰囲気に前記下地層を置い
て、前記レジストの表面に形成された前記元素を含む上
部層をアッシングする工程と、前記上部層のアッシング
が終えた後に、前記酸素ラジカルの量を増加して前記レ
ジストの残部をアッシングする工程とを有することを特
徴とするアッシング方法により解決される。
前記残部のアッシングは1つのチャンバー内においてな
されることを特徴とする。また、前記酸素ラジカルは酸
素含有ガスにマイクロ波を照射することにより発生さ
れ、前記酸素ラジカルの量の増加は、該マイクロ波のパ
ワーを変化させて行うことを特徴とする。この場合、前
記酸素含有ガスにはフッ素炭素が含まれていることを特
徴とする。
ジカルの原料ガスの流量の増加によって、または前記ラ
ジカル雰囲気中の圧力を高くすることによってなされる
ことを特徴とする。
記下地層の温度を上昇させることを特徴とする。この場
合の温度の上昇は、徐々に行われることを特徴とする。
次に、本発明の作用について説明する。本発明によれ
ば、酸素ラジカル量を少なくしてレジストの表面に形成
された変質層(不純物を含む層)をアッシングした後
に、酸素ラジカルを増加させてレジストの残部をアッシ
ングするようにした。
シングしたところ、変質層のアッシングが容易に行え
た。これは、以下のような理由によるものと考えられ
る。一般に、燐、砒素、ホウ素などの不純物が注入され
ないレジストは、酸素ラジカル量が多ければ多いほどア
ッシングレートが速くなる。しかし、高ドーズ量で不純
物が注入されたレジストの表面には変質層が形成され、
その変質層に多量の酸素ラジカルを供給すると、変質層
内の不純物の酸化が促進され、酸化物が生成されてしま
う。この酸化物は、レジスト成分のアッシングを抑制す
る性質を有するものと考えられる。これにより、酸素ラ
ジカル量を少なくして変質層をアッシングすると、変質
層の酸化が抑制され、レジスト成分のアッシングが進
み、変質層が容易に除去される。
不純物の酸化を考慮する必要がないので、酸素ラジカル
の量を増加してレジスト残部のアッシングレートをさら
に高くして除去する。これにより、アッシングのスルー
プットが向上する。レジスト表面の変質層をアッシング
する際に、レジスト温度を低く抑えるとポンピング現象
は発生しないので、アッシング後のパーティクルやアッ
シング残渣の量は極めて少なくなる。即ち、レジストの
ポンピングは、ラジカル量の違いによって起きるもので
はなく、基板温度が所定温度になったときにレジスト上
部の変質層に囲まれたレジスト内部の未変質層が爆発す
るために生じる。よって、基板温度をポンピングが生じ
ない温度以下、例えば150℃以下で変質層をアッシン
グすることが必要となる。
は1つのチャンバ内で行うことが可能なので、アッシン
グ処理のスループットを低下させることはない。しか
も、陽イオン及び電子を含まない酸素ラジカルによって
レジスト全体をアッシングすると、下地層はアッシング
によるダメージを受けることはない。酸素ラジカル量を
増加する手段としては、プラズマ発生用のマイクロ波パ
ワーを高くする方法や、プラズマ発生室に導入するガス
の流量を増やす方法や、ラジカル雰囲気中の圧力を高く
す方法がある。
を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形
態を示すアッシング装置の構成図、図2は、アッシング
装置のチャンバを示す構成図である。図1及び図2に示
すアッシング装置はダウンフロー型であり、その反応チ
ャンバ11の上部には石英製のマイクロ波透過窓12を
境にしてマイクロ波導入室13が設けられている。マイ
クロ波透過窓12は例えば直径90mmの円形のものを採
用する。
管14が接続され、マイクロ波導波管14は、マグネト
ロン15によって発生したマイクロ波(μ波)をマイク
ロ波導入室13内に導いている。マグネトロン15によ
って発生するマイクロ波のパワーは、マグネトロン15
に接続されたマイクロ波電源16によって調整可能にな
っている。マイクロ波導波管14には、オートチューナ
17が取り付けられていて、マイクロ波導波管14を通
るマイクロ波のパワーをオートチューナ17により測定
するようになっている。
2の下には、多数の孔を有する導電性のシャワー板18
によって区画されたプラズマ発生室19が設けられ、こ
のプラズマ発生室19の側部にはガス導入管20が接続
されている。ガス導入管20は、マニホールドを介して
複数のガス供給源22a〜22dに接続され、マニホー
ルドの分岐管21a〜21dを通るガスの流量はそれぞ
れマスフローコントローラ23a〜23dによって調整
される。
9内に導入された反応ガスは、マイクロ波透過窓12を
透過したマイクロ波によってプラズマ化され、そのプラ
ズマ中のうち陽イオン、電子は接地されたシャワー板1
8によって捕捉されて中性活性種(ラジカル)のみがシ
ャワー板18の孔から下方に放出される。反応チャンバ
11内において、シャワー板18の下方にはヒータHを
内蔵したウェハステージ24が取り付けられ、さらに下
方の底部には排気口25が設けられている。反応チャン
バ11内は、排気口25に排気管26を通して接続され
た排気用ポンプ(不図示)によって減圧される。反応チ
ャンバ11内の圧力の調整は、排気管26に取付けられ
オートプレッシャーコントローラ27によって行われ
る。
のガス流量調整、マイクロ波電源16のパワー調整、ウ
ェハステージ24の温度調整、オートプレッシャーコン
トローラ27のガス排出量の調整は、制御回路30によ
って行われる。即ち、各ガス源22a〜22dからのガ
スの流量、反応チャンバ11内での各ガス源22a〜2
2dからのガスの流量比、又は反応チャンバ11内のガ
スの総流量は、制御回路30によるマスフローコントロ
ーラ23a〜23dの制御によって調整される。また、
オートチューナ17によるマイクロ波パワーの検出値に
基づいて、マイクロ波電源16の出力が制御回路30に
より調整される。さらに、ウェハステージ24の温度は
制御回路30によって制御される。さらに、反応チャン
バ11内の圧力は、図示しない圧力計の測定値に基づく
制御回路30の指令によってオートプレッシャーコント
ローラ27が制御され、これにより排気のコンダクタン
スの調整が行われる。
なフローチャートを実行するプログラムがインストール
されている。なお、ウェハWはゲートバルブ31を開い
た状態でロード/アンロードチャンバ32から反応チャ
ンバ11内に搬送される。上述したアッシング装置を用
いて変質層を有するレジストをアッシングする方法を説
明する。
(c) に示すような半導体装置の形成の不純物注入工程に
用いられる。図4(a) において、シリコンよりなる半導
体基板41に形成されたPウェル42とNウェル43の
それぞれの上には絶縁層44,45を挟んでゲート電極
46,47が形成されている。さらに、Pウェル42の
うちゲート電極47の両側方には自己整合的に低濃度の
n型不純物拡散層48が形成され、Nウェル43のうち
ゲート電極47の両側方には自己整合的に低濃度のp型
不純物拡散層49が形成されている。さらに、各ゲート
電極46,47の両側には絶縁性のサイドウォール5
0,51が形成されている。
なる素子分離絶縁層40が形成されている。レジスト5
2は、Pウェル42上のゲート電極46、n型不純物拡
散層48などを覆っている。この状態で、ドーズ量を5
×1015個/cm2 以上とする条件でp型不純物をNウェ
ル43にイオン注入して高濃度不純物拡散層53を形成
すると、レジスト52の上部には変質層52aが生成さ
れる。レジスト52の厚さを1.2μmとすると、変質
層52aはレジスト52の上部で約200〜300nmの
厚さに形成される。
注入する工程に入るが、その前に、レジスト52をアッ
シング装置により除去する必要がある。アッシングは、
図3に示すフローチャートに沿って行われる。まず、反
応チャンバ11内を減圧し、ウェハステージ24を例え
ば温度200℃に加熱する。続いて、ロード/アンロー
ドチャンバ32を通して半導体基板41を反応チャンバ
11内に搬送し、ウェハステージ24上に載置する。そ
の直後にゲートバルブ31を閉じる。
に反応ガスをチャンバ11内に導入し、反応チャンバ1
1内の圧力を例えば1Torrに調整し、さらにマイクロ波
電源16を調整してマイクロ波導入室13内のマイクロ
波のパワーを例えば1000W程度に低く設定する。反
応ガスとしては、例えば酸素(O2 )、窒素(N2 )、
水素(H2 )及び四フッ化炭素(CF4 )の混合ガスを
使用する。各種ガスの流量はマスフローコントローラに
よって調整され、例えばO2 ガスを955sccm、N2 ガ
スを485sccm、H2 ガスを15sccm、CF4 ガスを4
5sccmとする。このような反応チャンバ11内の圧力調
整、反応ガスの供給、マイクロ波パワーの調整は、短時
間で容易に行える。
に、ウェハステージ24上に載置された直後では約15
0℃以下であり、その後、徐々に上昇する。そして、所
定の時間経過後には半導体基板41の温度は150℃で
飽和することになる。そのような基板温度、マイクロ波
パワーの条件によれば、レジスト52の変質層52aが
除去されて図4(b) に示すようにレジスト52の未変質
層52bが露出することが実験により明らかになった。
パワーを1500Wに上昇するとともに、半導体基板4
1の温度を徐々に上昇してウェハステージ24とほぼ同
じ200℃程度とする。このような条件によれば、酸素
ラジカルが増加してアッシングレートが2〜3μm/mi
n と高くなり、マイクロ波のパワー上昇の開始、又は温
度上昇の開始から30〜50秒又はそれ以下の時間が経
過した時点で図4(c)に示すようにレジスト52の残り
の未反応部53bが完全に除去されることが実験により
明らかになった。マイクロ波のパワーの増加や基板温度
上昇のタイミングは、変質層のアッシングレートを事前
に調査しておき、変質層の厚みを考慮して設定する。な
お、基板温度及びマイクロ波のパワーを上昇させない場
合には、アッシングレートが遅くスループットが低下す
る。
が終了し、反応ガス供給を停止し、マイクロ波導入を停
止する。ところで、変質層52aの除去を150℃以下
の基板温度で行うと、ポンピング現象が生じなくなり、
ポンピング現象に起因するレジスト残渣やパーティクル
の発生は防止される。
用して上述した方法により変質層を除去する実験を繰り
返し行って、半導体基板41上に残ったパーティクルの
個数とマイクロ波パワーの関係を調べたところ図6に示
すような結果が得られた。半導体装置の製造工程では、
アッシングにより生じるパーティクルの個数を30個以
下にすることが一般に要求され、この条件を満たすため
の変質層アッシング時のマイクロ波パワーは図6によれ
ば250〜1100Wの範囲内となる。また、マイクロ
波パワーが約750Wの場合にパーティクルの残渣量が
最も少なくなった。
度が一般的であり、それよりも低いパワーにすると酸素
ラジカル量は少なくなるので、これが変質層の除去に有
効であることがわかる。レジストの未変質層のアッシン
グの際には、ポンピング現象、残渣発生、パーティクル
発生を考慮する必要がない。特にマイクロ波パワーを高
くして酸素ラジカル量を多くし、これによりアッシング
レートを高くすることが好ましい。これにより、アッシ
ング工程のスループットが向上する。アッシングレート
を高くするためには、マイクロ波発生パワーを1500
W以上にすることが好ましい。
る陽イオン、電子が存在しないので、陽イオン、電子を
含むアッシングのように半導体基板、酸化膜、その他の
層にダメージを与えることはない。アッシングに用いる
元素のラジカルの量は、マイクロ波パワーとガス流量と
圧力のうち少なくとも1つを変えることによって調整す
ることができ、それらのパラメータを高くするほどラジ
カル量が多くなる。
ガスとしては、上記した混合ガスの他に、O2とCF4 から
なる混合ガス、O2とCF4 とN2からなる混合ガス、その
他、O2と他のガスからなる酸素混合ガスを用いてもよ
い。この場合、酸素混合ガス中のCF4 ガスを1.5流量
%以上で流すことによってレジスト変質層のアッシング
が促進されることが実験で明らかになった。CF4 の流量
を多くし過ぎると半導体基板表面の酸化膜がエッチング
されてしまうので、6%以下が好ましい。
0流量%以上に含ませると、アッシングレートが高くな
るので、窒素ガスを含ませることが好ましい。アッシン
グ条件は上述したものに限定するものではなく、例えば
アッシング中の圧力を0.5〜2.0Torrの範囲に設定
してもよい。
ストの表面に形成された変質層(不純物を含む層)を除
去し得る少ない量の酸素ラジカルによってアッシングし
た後に、酸素ラジカルを増加させてレジストの残部をア
ッシングするようにしたので、レジストの表面の変質層
の酸化を抑制しながらレジスト自身のアッシングを促進
して変質層を除去することができる。
ジカルによってレジスト全体をアッシングしているの
で、レジストの下地層のダメージを防止できる。さら
に、レジスト表面の変質層が除去された後は、酸素ラジ
カルの増加によってレジストの残部を高アッシングレー
トで除去することができ、アッシングのスループットを
向上することができる。
グ装置を示す構成図である。
す断面図である。
ャート図である。
れるレジストの変質層の形成過程と、レジスト層のアッ
シング過程を示す断面図である。
ジストをアッシングする過程のアッシング経過時間と基
板温度の変化の関係を示す図である。
する際に使用するマイクロ波のパワーとアッシング後の
残渣量との関係を示す図である。
断面図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 下地層上にレジストを形成する工程と、 前記レジストをマスクとして、前記下地層に元素をイオ
ン注入する工程と、 酸素ラジカルを含むラジカル雰囲気に前記下地層を置い
て、前記レジストの表面に形成された前記元素を含む上
部層をアッシングする工程と、 前記上部層のアッシングが終えた後に、前記酸素ラジカ
ルの量を増加して前記レジストの残部をアッシングする
工程とを有することを特徴とするアッシング方法。 - 【請求項2】 前記レジストの前記上部層のアッシング
と前記残部のアッシングは1つのチャンバ内においてな
されることを特徴とする請求項1記載のアッシング方
法。 - 【請求項3】 前記酸素ラジカルは酸素含有ガスにマイ
クロ波を照射することにより発生され、前記酸素ラジカ
ルの量の増加は、該マイクロ波のパワーを変化させて行
うことを特徴とする請求項1記載のアッシング方法。 - 【請求項4】 前記酸素含有ガスにはフッ素炭素が含ま
れていることを特徴とする請求項3記載のアッシング方
法。 - 【請求項5】 前記酸素ラジカル量の増加は、前記酸素
ラジカルの原料ガスの流量の増加によってなされること
を特徴とする請求項1記載のアッシング方法。 - 【請求項6】 前記酸素ラジカル量の増加は、前記ラジ
カル雰囲気中の圧力を高くすることによってなされるこ
とを特徴とする請求項1記載のアッシング方法。 - 【請求項7】 前記上部層のアッシングを終えた後に、
前記下地層の温度を上昇させることを特徴とする請求項
1記載のアッシング方法。 - 【請求項8】 前記温度の上昇は、徐々に行なわれるこ
とを特徴とする請求項6記載のアッシング方法。
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