JP5770740B2 - 高ドーズインプラントストリップの前に行われる、シリコンを保護するためのパッシベーションプロセスの改善方法およびそのための装置 - Google Patents
高ドーズインプラントストリップの前に行われる、シリコンを保護するためのパッシベーションプロセスの改善方法およびそのための装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は、フォトレジスト材料を除去またはストリッピング（剥離）し、ワークピース表面から関連する残留物を除去する方法および装置に関する。特定の実施形態では、本願は、イオン注入処理またはプラズマ支援ドープ注入処理の後にレジスト（低ドーズまたは高ドーズで注入処理が行なわれたレジスト）をストリッピングする方法および装置に関する。
［関連出願］
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、米国仮特許出願第６１／２８５，９１８号（出願日：２００９年１２月１１日）による恩恵を主張する。当該仮出願は、参照により本願に組み込まれる。
本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、米国仮特許出願第６１／２８５，９１８号（出願日：２００９年１２月１１日）による恩恵を主張する。当該仮出願は、参照により本願に組み込まれる。
フォトレジストは、半導体ウェハ等のワークピース上にパターニングされたコーティングを形成するための一部の製造プロセスで利用される感光性材料である。フォトレジストでコーティングされた表面に所定パターンで高エネルギーを照射した後、フォトレジストの一部分を除去して、その下方にある表面を露出させる一方、表面の残りの部分は保護されたままとする。エッチング、成膜およびイオン注入等の半導体プロセスを、被覆していない表面および残りのフォトレジストに対して実行する。１以上の半導体プロセスを実行した後、ストリッピング処理で残りのフォトレジストを除去する。
フォトレジストをストリッピングしてイオン注入処理に関連する残留物をワークピース表面から除去する方法および装置を改善する。さまざまな実施形態によると、ワークピースはパッシベーションプラズマに暴露され、所定期間にわたって冷却された後、酸素系または水素系のプラズマに暴露されて、フォトレジストおよびイオン注入処理関連の残留物を除去する。本発明のある側面は、シリコン損失を低減すること、および、ストリッピング速度を許容可能なレベルに維持しつつも残留物をほとんどまたは全く残さないようにすることを含む。特定の実施形態に係る方法および装置は、高ドーズイオン注入処理の後、フォトレジスト材料を除去する。
本発明の一の側面は、反応チャンバにおいてワークピース表面から材料を除去する方法であって、フォーミングガスから生成されるプラズマにワークピースを暴露する段階と、ワークピースをフォーミングガスのプラズマに暴露した後、少なくとも３０秒間の期間にわたって非プラズマ環境内にウェハを放置する段階と、ウェハを放置した後、材料を除去するべく酸素系または水素系のプラズマにウェハを暴露する段階とを備える方法に関する。
さまざまな実施形態によると、ワークピースは、少なくとも約１００秒間、少なくとも約１５０秒間、少なくとも約２００秒間、または、少なくとも約２２０秒間にわたって放置しておく。
特定の実施形態によると、酸素系または水素系のプラズマのうち少なくとも１つは、フッ素種を含み、他の実施形態では、いずれのプラズマもフッ素種を含まない。ワークピース表面から除去される材料は、高ドーズ注入処理されたレジストであってよい。特定の実施形態によると、フォーミングガスのプラズマは、リモートに生成されている。特定の実施形態によると、保護膜は、フォーミングガスのプラズマに暴露された後、ワークピースの露出シリコン部分上に形成される。保護膜は、ＳｉｘＮｙ膜であってよい。
本発明の別の側面は、ワークピース表面から材料を除去する装置であって、プラズマ源、プラズマ源の下流に位置しているシャワーヘッド、および、シャワーヘッドの下流に位置しているワークピース支持部を有する反応チャンバと、一連の命令を実行するコントローラとを備え、ワークピース支持部は、ペデスタルおよびワークピース支持部上に支持されているワークピースの温度を制御する温度制御メカニズムを含み、一連の命令は、フォーミングガスから生成されたプラズマにワークピースを暴露する命令と、ワークピースをフォーミングガスから生成されるプラズマに暴露した後、少なくとも３０秒間の期間にわたって非プラズマ環境にウェハを放置する命令と、ウェハを放置した後、酸素系または水素系のプラズマにウェハを暴露して材料を除去する命令とを含む装置に関する。
本発明の上記およびその他の特徴および利点は、添付図面を参照しつつより詳細に後述する。
以下に記載する本発明の詳細な説明では、本発明を深く理解していただくべく具体的な実施形態を数多く記載する。しかし、当業者には自明であろうが、本発明は、以下に記載するような具体的且つ詳細な内容を採用することなく実施され得るものであり、別の構成要素または処理を利用しても実施し得るものである。また、公知の処理、手順および構成要素は、本発明の側面を不要にあいまいにすること避けるべく、詳細な説明を省略している。
本願では、「ワークピース」、「半導体ウェハ」、「ウェハ」および「部分的に製造された集積回路」といった用語は、同様の意味を持つものとして用いられる。当業者であれば、「部分的に製造された集積回路」という用語は集積回路製造プロセスの多くの段階のうち任意の段階が行われている間のシリコンウェハを意味するものと理解されたい。以下に記載する詳細な説明は、本発明がウェハ上で実施されるものと仮定している。しかし、本発明はこれに限定されない。ワークピースは、さまざまな形状、サイズおよび材料であるとしてよい。半導体ウェハ以外に本発明を活用し得る他のワークピースとしては、ディスプレイ、プリント配線基板等のさまざまな物品が挙げられる。
フォトレジストは、半導体ウェハ等のワークピース上にパターニングされたコーティングを形成するための一部の製造プロセスで利用される感光性材料である。フォトレジストでコーティングされた表面に所定パターンで高エネルギを照射した後、フォトレジストの一部分を除去して、その下方にある表面を露出させる一方、表面の残りの部分は保護されたままとする。エッチング、成膜およびイオン注入等の半導体プロセスを、被覆していない表面および残りのフォトレジストに対して実行する。１以上の半導体プロセスを実行した後、ストリッピング処理で残りのフォトレジストを除去する。
イオン注入処理では、ドーパントイオン、例えば、ホウ素、ホウ素ジフルオリド、インジウム、ガリウム、タリウム、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマスまたはゲルマニウムのイオンをワークピースターゲットに対して加速する。イオンは、ワークピースの露出領域および残っているフォトレジスト表面に注入される。このプロセスによって、ウェル領域（ソース／ドレイン）およびＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域およびＤＤＤ（Ｄｏｕｂｌｅｄ Ｄｉｆｆｕｓｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域が形成されるとしてよい。イオン注入処理では、レジストに、注入種を含侵させて、水素表面を空乏化させる。レジストの外側層またはクラストは、その下方のバルクレジスト層よりもはるかに高密度である炭化層を形成している。外側層およびバルクレジスト層は、熱膨張率が異なり、ストリッピング処理に対する反応速度が異なる。
外側層とバルク層との間の相違は、高ドーズイオン注入後のレジストにおいて、非常に顕著である。高ドーズ注入では、イオンドーズ量が、１×１０１５イオン／ｃｍ２よりも多くなるとしてよく、エネルギーは１０ｋｅＶから１００ｋｅＶを超えることもあるとしてよい。従来の高ドーズインプラントストリップ（ＨＤＩＳ）処理は、酸素の化学特性を利用し、単原子酸素プラズマが処理チャンバから離れて形成され、ワークピース表面に対して方向付けられる。反応性の酸素は、フォトレジストと結合して、真空ポンプによって除去されるガス状副産物を形成する。ＨＤＩＳの場合、酸素で注入されたドーパントを除去するためには、他の気体が必要となる。
ＨＤＩＳで主に考慮される点としては、ストリッピング速度、残留物の量、露出している膜の層および下方の膜の層の膜損失が挙げられる。残留物は、ＨＤＩＳおよびストリッピング処理の後に基板表面上に存在するのが普通である。残留物は、高エネルギー注入処理時のスパッタリング、不完全なクラストの除去、および／または、レジスト内に注入された原子の酸化に起因して発生するとしてよい。ストリッピング処理の後、収率を高め、さらに残留物を除去する処理を行う必要がないように、表面には残留物が無い状態または残留物がほぼ無い状態となる必要がある。残留物は、オーバーストリップ、つまり、フォトレジストをすべて除去するために通常必要となる程度を超えてもストリッピング処理を継続することによって、除去されるとしてよい。残念なことに、従来のＨＤＩＳ処理では、オーバーストリップは、その下方にある機能部であるデバイス構造の一部を除去してしまうことがある。デバイス層では、トランジスタのソース／ドレイン領域からシリコンが非常にわずかでも失われてしまうと、デバイス性能および収率に悪影響が出てしまうことがある。特に、設計ルールが３２ｎｍ未満で製造される超浅接合デバイスでは大きな問題となる。
前述したように、本発明に係る方法および装置は、高ドーズイオン注入処理の後にフォトレジスト材料を効率的且つ効果的に除去するために用いられるとしてよい。本発明は、高ドーズインプラントストリップ（ＨＤＩＳ）に限定されない。本発明はまた、注入されるドーパントの種類について、特定のものに限定されるものではない。例えば、本明細書に記載する方法および装置は、中ドーズまたは低ドーズの注入処理の後に行われるストリッピング処理でも有用性があるとしてよい。ホウ素、ヒ素およびリン等、具体的なドーパントイオンについて説明するが、本明細書に記載する方法および装置は、他のドーパント、例えば、窒素、酸素、炭素、ゲルマニウムおよびアルミニウムを含侵させたレジストをストリッピングする処理でも有用であるとしてよい。
本発明に係る方法および装置は、フォーミングガスから生成されるパッシベーションプラズマを利用する。本発明に係る方法および装置は、酸素および／または水素を含むプラズマガスから生成されるフォトレジストストリッピング用およびイオン除去用のプラズマを利用する。特定の実施形態では、プラズマガスはさらに、フッ素含有ガス、弱い酸化剤、および、１以上のその他の成分を含む。当業者であれば、プラズマ内に存在する実際の種は、本明細書で説明するプラズマを生成するために用いられる特定のガスに由来する複数の異なるイオン、ラジカルおよび分子の混合物であると理解するであろう。例えば、プラズマが有機フォトレジストおよびその他の残留物と反応して有機フォトレジストおよびその他の残留物を分解するので、少量の炭化水素、二酸化炭素、水蒸気およびその他の揮発性成分等、他の種も反応チャンバ内に存在し得ることに留意されたい。当業者であれば、プラズマ内に導入される最初の１以上のガスはプラズマ内に存在する１以上のガスとは異なることが普通であるとともに、ストリッピング処理中は１以上のガスがワークピース表面に接触していることを認めるであろう。
図１Ａから図１Ｄは、半導体製造プロセスのうちイオン注入処理およびストリッピング処理の前後のさまざまな段階を示す図である。図１Ａは、フォトレジスト材料１０３でコーティングされている半導体基板１０１を示す図である。基板１０１は、成膜された膜、例えば、酸化膜、シリサイドコンタクト、および／またはポリシリコン膜等の層を１以上含むとしてよい。または、例えば、シリコンオンインシュレータ型の基板を含むベアシリコン基板であってよい。最初に、フォトレジスト材料で基板表面を全面コーティングする。この後、フォトレジストに、マスクを介して形成される所定パターンの照射を行い、現像して、フォトレジストの一部を除去して、残ったフォトレジスト材料１０３部分の間に図１Ａに示す開口１０４等を形成する。
この後、基板をイオン注入処理に暴露する。イオン注入処理中、ワークピースまたはウェハの表面にドーパントイオンを注入する。このプロセスは、例えば、プラズマ侵入イオン注入法（ＰＩＩＩ）またはイオンビーム注入法であるとしてよい。イオンを、露出したシリコン層１０１およびフォトレジスト１０３を含む、基板表面に衝突させる。高エネルギーでイオン注入を行うと、下方に位置する材料１０７のうち少量がスパッタリングされてフォトレジストの側壁に堆積するとしてよい。図１Ｂを参照されたい。これは、注入種のうち一部、プラズマまたはイオンビーム内の他の材料、および、注入処理の副産物を含むとしてよい。シリコン、アルミニウム、炭素、フッ素、チタン、コバルト等の他のコンタクト材料、および、単体または化合物として酸素を含む。実際には、イオン注入前の基板の組成、フォトレジスト、および、注入種に応じて決まる。
露出しているシリコン層１０１において、ドープ領域１０９が形成される。イオンエネルギーまたは衝突強度によって、ドープ領域の深さまたは厚みが決まる。イオン束の密度によって、どの程度ドープされるかが決まる。
イオンはさらに、フォトレジスト表面に浸漬されて、クラスト層１０５を形成する。クラスト層１０５は、炭化されており、高度に架橋されたポリマー鎖であるとしてよい。クラストは大抵、水素を含まず、注入種で浸漬されている。クラスト層１０５は、バルクレジスト層１０３よりも高密度である。相対密度は、イオン束に応じて決まる一方、クラスト層の厚みは、イオンエネルギーに応じて決まる。
このクラスト層１０５は、その下方に位置しているバルクフォトレジスト１０３よりも、ストリッピング処理が困難である。クラスト層の除去速度は、高ドーズ注入フォトレジストの前のシリコンを保護するための高ドーズインプラント改善パッシベーションプロセスの前のシリコンを保護するための改善パッシベーションプロセスによるその下方のバルクの除去速度より、５０％または７５％遅い場合がある。バルクフォトレジストは、化学結合した窒素のレベルが比較的高く、原材料の流涎溶剤の一部を含む。ウェハ温度が上昇して、例えば、摂氏１５０度から摂氏２００度を超えると、バルクレジストは、ガスを放出してクラスト層に対し膨張する。こうして、下方のバルクフォトレジストがクラストの下方で圧力を蓄積すると、フォトレジスト全体が「ポップする（飛び出す）」。フォトレジストポップは、残留物のウェハ表面およびチャンバ内部からの洗浄が特に困難であるので、粒子および処理欠陥の原因である。高ドーズイオン注入の場合、クラストとその下方のバルクフォトレジスト層との間の密度の違いはさらに大きくなる。また、クラストは厚みが大きい。
図１Ｃは、フォトレジスト１０３および側壁のスパッタリング残留物１０７を完全に除去できなかった、ストリッピング処理後の基板を示す図である。側壁のスパッタリング残留物１０７は、従来のストリッピング処理用化学反応では揮発性化合物を形成しない粒子を含むとしてよい。このような粒子は、従来のストリッピング処理の後でも残ってしまう場合がある。残留物はさらに、酸素系のストリッピング処理用化学反応で利用された反応性の酸素によって形成されている注入種の酸化物、例えば、酸化ホウ素および酸化ヒ素を含むとしてよい。クラスト１０５の一部も、基板上に残る場合がある。クラストの側壁および角部分は、フォトレジストビアの底部にある部分が、構造上ストリッピングが困難であるとしてよい。このような残留物の粒子は、場合によってはフッ素化された化学物質を用いてオーバーストリップすることによって、または、ウェハを湿式洗浄することによって除去される場合もある。
シリコン損失は、レジストの厚み、クラストの厚みおよびオーバーストリップ割合によって決まる。除去するレジストの厚みを大きくするべくストリッピング処理の時間を長くして強度を高くすると、除去するシリコンの量が増える。クラストの厚みが大きいレジストでは、クラスト層とバルクレジスト層との間の違いがさらに顕著になる。クラストの側壁および角部分の厚みが大きくなると、ストリッピング処理がより困難になる。このため、厚いクラストを除去するように調整されたストリッピング処理は、除去するシリコンの量が多くなる傾向にある。オーバーストリップにより、残留物の除去に加えてレジストの均一性および構造に関する問題に対処するとしてよい。オーバーストリップは、フォトレジストを全て除去するために名目上必要な程度を超えてもストリッピング処理を継続する処理である。ウェハの一部の領域ではフォトレジストが完全に除去されたが他の領域には残っている場合、ストリッピング処理を継続すると、通常はシリコンおよび酸化シリコンといった材料がさらに、既にストリッピングが完了した領域から除去されてしまう。
図１Ｄは、全ての残留物を除去した後の基板を示す図である。さまざまな実施形態によると、シリコン損失または酸化を引き起こすことなく、遅延を最小限に抑えて残留物を除去する。特定の実施形態によると、ストリッピング処理の後残留物が残らないので、処理工程の数が少なくなる。
本明細書では、高ドーズインプラントストリップ（ＨＤＩＳ）処理のためのシリコン損失を低減する方法を説明する。しかし、上述したように、当該方法は、中ドーズまたは低ドーズの注入処理の後のストリッピング処理またはその他のフォトレジストストリッピング処理について利用しても有効であるとしてよい。本明細書で説明する方法によれば、ストリッピング処理の前にシリコン損失が発生しないようにパッシベーション層を設ける。本明細書で説明する方法は、特定のストリッピング処理用化学物質に限定されるものではない。
図２は、特定の実施形態に係る方法に含まれる処理を説明するための処理フローチャート２００である。第一に、処理２０１において、フォトレジストおよび注入残留物があるウェハを用意する。当該ウェハは、プラズマを閉じ込めることが可能なチャンバに用意されるとしてよい。図示されていないが、ウェハは任意で、ポップが発生しないように十分低く、且つ、パッシベーション層を形成するため、そして、その他の処理で適切なエッチング速度を実現するためのエネルギーを得るために十分高く設定された温度に予熱する（処理２０１の前、処理２０１の間、または、処理２０１の後）。この後、処理２０３において、フォーミングガスから生成されたプラズマにウェハを暴露する。フォーミングガスは、水素と、不活性希釈剤とを含む。不活性希釈剤は、少なくとも窒素を含み、例えば、窒素、ヘリウム等、またはこれらの組み合わせである。本発明の実施形態例では、フォーミングガスは、約０．５モルパーセント（％）から約１０モルパーセントの水素を含む。本発明の具体的な実施形態によると、フォーミングガスは、約３％から約６％の水素、例えば、４％の水素を含む。特定の実施形態によると、実質的に水素を含まない純粋な窒素ガスを利用する。純粋な窒素は、フォーミングガスと同様のパッシベーション効果を持つことが分かっている。
ウェハは、例えば、約１０秒から約９０秒、例えば、約２０秒から４０秒のオーダの期間にわたって、フォーミングガスのプラズマに暴露される。多くの実施形態では、プラズマは、リモートに生成されるプラズマであるが、インサイチュで生成されるプラズマであってもよい。特定の実施形態では、実質的にフォーミングガスから成るガスでプラズマを生成する。他の実施形態では、他の種を追加するとしてよい。特定の実施形態によると、プラズマ生成部に導入されるガスには、酸素またはフッ素が略存在しない。
この後、処理２０５において、プラズマを消して、ウェハを所定期間にわたって放置する。特定の実施形態では、この処理でウェハを冷却させる。例えば、約摂氏３５度まで冷却する。特定の理論に限定されるものではないが、露出したシリコン上に、フッ素種を含む後続の酸素系または水素系のストリッピング用化学物質による酸化またはエッチングを遅延または防止するべく、保護面を形成すると考えられる。保護面は、ＳｉｘＮｙ膜であるとしてよい。
処理２０３と後続のストリッピング処理との間の待機時間がシリコン損失を低減する上で重要な鍵になることは予想外の発見であった。図３は、シリコン損失（オングストローム）を、フォーミングガスプラズマへの暴露とフッ素含有水素系化学物質を用いた後続のストリッピング処理との間の待機時間（秒）の関数として示すグラフである。シリコン損失は、待機期間が長くなるにつれて大きく低減し、最終的には２２０秒付近で横ばい状態になる。さまざまな実施形態によると、待機時間は少なくとも約３０秒、少なくとも約６０秒、少なくとも約１００秒、少なくとも約１２０秒、少なくとも約１４０秒、少なくとも約１６０秒、少なくとも約１８０秒、少なくとも約２００秒、少なくとも約２２０秒、少なくとも約２４０秒、少なくとも約２６０秒、または、少なくとも約２８０秒である。図３から分かる効果は、ＳｉｘＮｙ膜を形成するための反応の反応速度ははるかに高速であるはずと考えられていたので、予想外である。
待機期間が終了すると、処理２０７でストリッピング処理を実行する。ストリッピング処理では、１以上の酸素系または水素系のプラズマを利用するとしてよい。特定の実施形態では、ストリッピング用化学物質はさらに、１以上の処理において、フッ素種を含む。このようなフッ素種を生成するべくプラズマ生成部に供給されるフッ素化合物としては、三フッ化窒素（ＮＦ３）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、ジフルオロメタン（ＣＨ２Ｆ２）、オクトフルオロプロパン（Ｃ３Ｆ８）、オクトフルオロシクロブタン（Ｃ４Ｆ８）、オクトフルオロ［１−］ブタン（Ｃ４Ｆ８）、オクトフルオロ［２−］ブタン（Ｃ４Ｆ８）、オクトフルオロイソブチレン（Ｃ４Ｆ８）、フッ素（Ｆ２）等がある。
本明細書で説明した方法は任意の特定のストリッピング用化学物質に限定されず、フォトレジストおよびＨＤＩ残留物を除去するためのプラズマの例としては、以下のものから生成されるプラズマが含まれる。
Ｏ２／ＮＦ３
Ｏ２／ＣＦ４
Ｏ２／Ｎ２
Ｈ２／ＣＯ２／ＮＦ３
Ｈ２／ＣＯ２／ＣＦ４
Ｈ２／ＣＯ２／ＮＦ３／ＣＦ４
Ｈ２／ＣＯ２
Ｈ２／Ｎ２
Ｏ２／ＮＦ３
Ｏ２／ＣＦ４
Ｏ２／Ｎ２
Ｈ２／ＣＯ２／ＮＦ３
Ｈ２／ＣＯ２／ＣＦ４
Ｈ２／ＣＯ２／ＮＦ３／ＣＦ４
Ｈ２／ＣＯ２
Ｈ２／Ｎ２
多くの実施形態では、さまざまな化学物質を利用する複数の処理を実行して、フォトレジストおよび残留物を完全に除去する。特定の実施形態では、フォーミングガスが、このようなＨＤＩストリッピング処理のうち１以上に追加される。例えば、特定の実施形態では、フッ素を含有しない全てのプラズマ処理にフォーミングガスを追加する。フッ素含有ステーションでフォーミングガスまたは純粋な窒素を利用すれば、シリコン損失に悪影響が出ることが分かっている。特定の理論に限定されるものではないが、これはフォーミングガスに含まれている窒素がＮＦ３の解離を進めるので放出されるＦ−イオンが増加することが原因と考えられている。通常、これらの処理の後の待機時間は長くしないが、特定の実施形態では、長くするとしてもよい。一例を挙げる。
Ｏ２／ＦＧと共に、フォーミングガスを約１４−２５体積％で供給
Ｈ２／ＣＯ２／ＦＧと共に、フォーミングガスを約４０−６０体積％で供給
Ｏ２／ＦＧと共に、フォーミングガスを約１４−２５体積％で供給
Ｈ２／ＣＯ２／ＦＧと共に、フォーミングガスを約４０−６０体積％で供給
処理２０３および２０５で説明したパッシベーション処理は、同図に示す処理の他のタイミングで、例えば、１以上のストリッピング処理の間に、実行するか、または、繰り返すとしてもよいことに留意されたい。特定の実施形態によると、処理２０３のみをストリッピング処理同士の間に挟む。
＜プラズマの生成＞
本発明ではさまざまな種類のプラズマ源を利用するとしてよい。例えば、ＲＦ、ＤＣおよびマイクロ波を利用したプラズマ源を利用するとしてよい。好ましい実施形態によると、下流ＲＦプラズマ源を利用する。通常は、３００ｍｍのウェハ用のＲＦプラズマ電力の範囲は、約３００ワットから約１０キロワットである。一部の実施形態によると、ＲＦプラズマ電力は、約２０００ワットと５０００ワットとの間、例えば、３５００Ｗである。
本発明ではさまざまな種類のプラズマ源を利用するとしてよい。例えば、ＲＦ、ＤＣおよびマイクロ波を利用したプラズマ源を利用するとしてよい。好ましい実施形態によると、下流ＲＦプラズマ源を利用する。通常は、３００ｍｍのウェハ用のＲＦプラズマ電力の範囲は、約３００ワットから約１０キロワットである。一部の実施形態によると、ＲＦプラズマ電力は、約２０００ワットと５０００ワットとの間、例えば、３５００Ｗである。
＜シャワーヘッドアセンブリ＞
本発明のさまざまな実施形態によると、プラズマガスはシャワーヘッドアセンブリを介してワークピース表面に供給される。シャワーヘッドアセンブリは、接地されるか、または、電圧が印加され、ウェハへの中性種の流れに影響を与えることなく一部の荷電種を誘引するとしてよい。例えば、０ワットから１０００ワットのバイアスを印加する。プラズマに含まれる荷電した種の多くは、シャワーヘッドで再結合する。シャワーヘッドアセンブリは、プラズマおよび不活性ガスの混合物を反応チャンバ内に方向付けるための穴が設けられている金属プレートであるシャワーヘッドを含む。シャワーヘッドは、プラズマ源から活性水素をより大きな領域に対して再度供給して、より小さいプラズマ源を利用できるようにする。シャワーヘッドの穴の数および配置は、ストリッピング速度およびストリッピング速度の均一性を最適化するように設定するとしてよい。プラズマ源がウェハ上方の中央に位置している場合、シャワーヘッドの穴は、活性ガスを外側領域に向かって押し出すべく、シャワーヘッドの中央ではより小さくてより少なくなっていることが好ましい。シャワーヘッドには、少なくとも１００個の穴が設けられているとしてよい。適切なシャワーヘッドとしては、Ｎｏｖｅｌｌｕｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ社（米国カリフォルニア州サンノゼ）製のガンマｘＰＲシャワーヘッドまたはＧｘＴドロップインシャワーヘッドがある。シャワーヘッドアセンブリがない実施形態では、プラズマは直接処理チャンバに導入される。
本発明のさまざまな実施形態によると、プラズマガスはシャワーヘッドアセンブリを介してワークピース表面に供給される。シャワーヘッドアセンブリは、接地されるか、または、電圧が印加され、ウェハへの中性種の流れに影響を与えることなく一部の荷電種を誘引するとしてよい。例えば、０ワットから１０００ワットのバイアスを印加する。プラズマに含まれる荷電した種の多くは、シャワーヘッドで再結合する。シャワーヘッドアセンブリは、プラズマおよび不活性ガスの混合物を反応チャンバ内に方向付けるための穴が設けられている金属プレートであるシャワーヘッドを含む。シャワーヘッドは、プラズマ源から活性水素をより大きな領域に対して再度供給して、より小さいプラズマ源を利用できるようにする。シャワーヘッドの穴の数および配置は、ストリッピング速度およびストリッピング速度の均一性を最適化するように設定するとしてよい。プラズマ源がウェハ上方の中央に位置している場合、シャワーヘッドの穴は、活性ガスを外側領域に向かって押し出すべく、シャワーヘッドの中央ではより小さくてより少なくなっていることが好ましい。シャワーヘッドには、少なくとも１００個の穴が設けられているとしてよい。適切なシャワーヘッドとしては、Ｎｏｖｅｌｌｕｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ社（米国カリフォルニア州サンノゼ）製のガンマｘＰＲシャワーヘッドまたはＧｘＴドロップインシャワーヘッドがある。シャワーヘッドアセンブリがない実施形態では、プラズマは直接処理チャンバに導入される。
＜処理チャンバ＞
処理チャンバは、ストリッピング処理を実行するために適切な反応チャンバであればどのような反応チャンバであってもよい。複数のチャンバを備える装置においてそのうち１つのチャンバであってもよいし、単純にチャンバを１つのみ備える装置であってもよい。チャンバはさらに、複数のステーションを含むとしてよい。この場合、複数のウェハを同時に処理する。処理チャンバは、注入処理、エッチング処理、またはその他のレジストを介して行う処理を実施するチャンバと同じチャンバであってよい。他の実施形態では、ストリッピング処理用に別のチャンバを用意しておく。処理チャンバ内の圧力の範囲は、約６００ｍＴｏｒｒから２Ｔｏｒｒであってよい。特定の実施形態によると、圧力の範囲は、約０．９Ｔｏｒｒから１．５Ｔｏｒｒである。
処理チャンバは、ストリッピング処理を実行するために適切な反応チャンバであればどのような反応チャンバであってもよい。複数のチャンバを備える装置においてそのうち１つのチャンバであってもよいし、単純にチャンバを１つのみ備える装置であってもよい。チャンバはさらに、複数のステーションを含むとしてよい。この場合、複数のウェハを同時に処理する。処理チャンバは、注入処理、エッチング処理、またはその他のレジストを介して行う処理を実施するチャンバと同じチャンバであってよい。他の実施形態では、ストリッピング処理用に別のチャンバを用意しておく。処理チャンバ内の圧力の範囲は、約６００ｍＴｏｒｒから２Ｔｏｒｒであってよい。特定の実施形態によると、圧力の範囲は、約０．９Ｔｏｒｒから１．５Ｔｏｒｒである。
処理チャンバは、ストリッピング処理を実行する１以上の処理ステーションを含む。特定の実施形態によると、１以上の処理ステーションは、予熱ステーション、少なくとも１つのストリッピングステーション、および、オーバーアッシングステーションを含む。ウェハ支持部は、処理中のウェハを支持するように構成されている。ウェハ支持部はさらに、処理中に熱をウェハとの間で伝達して、ウェハ温度を必要に応じて調整するとしてよい。特定の実施形態によると、ウェハは、複数の最小コンタクト上で支持されており、ウェハ支持部の表面の平面には物理的に接触していない。スピンドルが、ウェハを取り上げて、ステーション間でウェハを移動させる。
図４は、ウェハに本発明を実施するのに適した下流プラズマ装置４００の側面を示す概略図である。当該装置は、パッシベーション処理およびストリッピング処理の両方に利用するとしてよい。装置４００では、プラズマ生成部４１１および露光チャンバ４０１がシャワーヘッドアセンブリ４１７によって分離している。露光チャンバ４０１において、ウェハ４０３はプラテン（またはステージ）４０５上に載置される。プラテン４０５は、加熱／冷却素子が設けられている。一部の実施形態によると、プラテン４０５は、ウェハ４０３にバイアスを印加するように構成されている。コンジット４０７を介して真空ポンプによって露光チャンバ４０１内を低圧とする。気体状の水素（希釈ガス／キャリアガスを含んでも含まなくてもよい）および二酸化炭素（またはその他の弱い酸化剤）のソースによって、吸気口４０９を通って当該装置のプラズマ生成部４１１に入るガス流が得られる。プラズマ生成部４１１は、一部の周囲が誘導コイル４１３によって取り囲まれている。誘導コイル４１３は、電源４１５に接続されている。動作について説明すると、混合ガスをプラズマ生成部４１１に導入して、誘導コイル４１３にエネルギーを加えると、プラズマ生成部４１１でプラズマが生成される。シャワーヘッドアセンブリ４１７は、電圧が印加されるか、接地されるとしてよく、種の流れを露光チャンバ４０１内へと方向付ける。上述したように、ウェハ４０３は、温度が制御されるとしてよく、および／または、ＲＦバイアスが印加されるとしてよい。プラズマ源４１１および誘導コイル４１３は、さまざまな構成および構造のものを利用するとしてよい。例えば、誘導コイル４１３は、インターレースパターンでプラズマ源４１１の周りに巻き回されているとしてよい。別の例によると、プラズマ源４１１は、円筒形状ではなくドーム形状を持つとしてよい。コントローラ４５０は、処理チャンバの構成要素に接続されているとしてよく、ストリッピング処理における処理ガスの組成、圧力、温度およびウェハへのインデックス付与を制御するとしてよい。上記の処理の処理条件を制御するための命令を含む機械可読媒体をコントローラに結合するとしてよい。
適切なプラズマチャンバおよびシステムとしては、Ｎｏｖｅｌｌｕｓ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ社（米国カリフォルニア州サンノゼ）製のガンマ２１００、２１３０ Ｉ２ＣＰ（インターレース方式誘導結合プラズマ）Ｇ４００、および、ＧｘＴがある。他のシステムとしては、Ａｘｃｅｌｉｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．社（米国メリーランド州、ロックビル）製のフュージョンライン（Ｆｕｓｉｏｎ ｌｉｎｅ）、ＰＳＫ Ｔｅｃｈ Ｉｎｃ．社（韓国）製のＴＥＲＡ２１、Ｍａｔｔｓｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．社（米国カリフォルニア州フリーモント）製のＡｓｐｅｎがある。また、さまざまなストリッピングチャンバは、クラスタツール上に構成するとしてもよい。例えば、ストリッピングチャンバは、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社（米国カリフォルニア州サンタクラーラ）製のＣｅｎｔｕｒａクラスタツールに追加されるとしてよい。
＜ワークピース＞
好ましい実施形態によると、本発明に係る方法および装置で利用されるワークピースは、半導体ウェハである。利用するウェハのサイズは任意であるとしてよい。大半の最新型のウェハ製造設備では、２００ｍｍまたは３００ｍｍのいずれかのウェハを利用する。上述したように、本明細書で開示する処理および装置は、エッチング、イオン注入または成膜等の処理動作の後に、フォトレジストをストリッピングする。本発明は、例えば、１００ｎｍ未満、６５ｎｍ、または、４５ｎｍ以下等、非常に小さいフィーチャまたは限界寸法を持つウェハに適している。本明細書で開示しているように、ＨＤＩＳのシリコン損失が低いという特徴は、高性能ロジックデバイスの超浅接合に特に適している。本発明はまた、トランジスタ工程（Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｉｎｅ：ＦＥＯＬ）のイオン注入処理、特に、高ドーズイオン注入処理が行われるウェハに特に適している。
好ましい実施形態によると、本発明に係る方法および装置で利用されるワークピースは、半導体ウェハである。利用するウェハのサイズは任意であるとしてよい。大半の最新型のウェハ製造設備では、２００ｍｍまたは３００ｍｍのいずれかのウェハを利用する。上述したように、本明細書で開示する処理および装置は、エッチング、イオン注入または成膜等の処理動作の後に、フォトレジストをストリッピングする。本発明は、例えば、１００ｎｍ未満、６５ｎｍ、または、４５ｎｍ以下等、非常に小さいフィーチャまたは限界寸法を持つウェハに適している。本明細書で開示しているように、ＨＤＩＳのシリコン損失が低いという特徴は、高性能ロジックデバイスの超浅接合に特に適している。本発明はまた、トランジスタ工程（Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｉｎｅ：ＦＥＯＬ）のイオン注入処理、特に、高ドーズイオン注入処理が行われるウェハに特に適している。
プラズマ活性化された種は、フォトレジストと反応して、スパッタリングによってウェハ上に残留物が形成される。ウェハ上では、反応性のガスが、複数のプラズマ活性化された種、ラジカル、荷電種、および、副産物のガスを含んでいるとしてよい。水素系のプラズマの場合、さまざまな水素種の体積濃度は、ウェハ上のガスの約２０−８０％、通常は５０％を超えるとしてよい。酸素系のプラズマの場合、さまざまな酸素種の体積濃度は、ウェハ上のガスの約２０−８０％、通常は５０％を超えるとしてよい。さまざまなフッ素種の体積濃度は、０．０１％から約２％、または、１％未満であるとしてよい。弱い酸化剤に起因するさまざまな種の体積濃度は、０．０５％から約５％、または、約１．２％であってよい。これらの種には、Ｈ２＊、Ｈ２＋、Ｈ＋、Ｈ＊、ｅ−、ＯＨ、Ｏ＊、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＨＦ、Ｆ＊、Ｆ−、ＣＦ、ＣＦ２およびＣＦ３が含まれるとしてよい。
処理条件は、ウェハサイズに応じて変わるとしてよい。本発明の一部の実施形態によると、プラズマをワークピース表面に照射している間、ワークピースを特定温度に維持することが望ましい。ウェハ温度の範囲は、約摂氏１１０度と約摂氏５００度との間であるとしてよい。上述したようなフォトレジストポップの可能性を抑えるべく、ウェハ温度は、十分なクラストが除去されてフォトレジストポップの懸念がなくなるまで、低速で昇温させることが好ましい。最初のステーション温度は、約摂氏１１０度から約摂氏２６０度であるとしてよく、例えば、約摂氏２４０度であるとしてよい。後続のステーションでは、摂氏２８５度から約摂氏３５０度等、これより高温を利用して、良好なストリッピング速度を実現するとしてよい。特定の実施形態によると、温度は、ＮＦ３スパイク中に降温させて、ＮＦ３スパイクに関連して発生するＳｉ損失を抑制する。
＜処理例＞
上述したように、特定の実施形態では、マルチステーションストリッピング装置を利用して、本明細書で説明するフォトレジストおよび残留物をストリッピングする処理を実行する。図５は、ステーション１、２、３、４、５および６を含む当該装置を上から見た様子を示す簡略概略図である。ウェハは、チャンバ５０１を通って装置のステーション１に入り、各ステーションに順番に当該ステーションで処理を実行するべく輸送され、処理が完了した後にステーション６からチャンバ５０２を通って出る。当該アーキテクチャによると、パッシベーションプロセスの後にＨＤＩＳストリッピング用化学物質によるシリコンへの浸食から保護するべくウェハを停止または冷却することができる。
上述したように、特定の実施形態では、マルチステーションストリッピング装置を利用して、本明細書で説明するフォトレジストおよび残留物をストリッピングする処理を実行する。図５は、ステーション１、２、３、４、５および６を含む当該装置を上から見た様子を示す簡略概略図である。ウェハは、チャンバ５０１を通って装置のステーション１に入り、各ステーションに順番に当該ステーションで処理を実行するべく輸送され、処理が完了した後にステーション６からチャンバ５０２を通って出る。当該アーキテクチャによると、パッシベーションプロセスの後にＨＤＩＳストリッピング用化学物質によるシリコンへの浸食から保護するべくウェハを停止または冷却することができる。
別の処理例によると、６つのステーションを回る第１のパスを実行して、フォーミングガスのパッシベーションを行った後、第２のパスでは、ステーション１で予熱して、ステーション２−６でストリッピング処理を行う。待機処理は、非酸化環境においてチャンバの外部で行われるとしてよい。
本明細書で説明する方法および装置は、半導体製造プロセス用のリソグラフィーハードウェアおよび／またはパターニングハードウェアを備えるシステムで実施されるとしてよい。また、本明細書で開示する方法は、本明細書で開示した方法の前または後に行われるリソグラフィーおよび／またはパターニングを行う処理で実施するとしてもよい。
＜実験＞
ステーション１でフォーミングガスを利用したパッシベーションを行った後にステーション２−６でＦ含有ストリッピング処理を実行した場合のＳｉ損失と、パッシベーション処理を行わなかった場合のＳｉ損失とを比較するさまざまな実験を行った。シリコン損失は、５４％−８２％少なくなった。
ステーション１でフォーミングガスを利用したパッシベーションを行った後にステーション２−６でＦ含有ストリッピング処理を実行した場合のＳｉ損失と、パッシベーション処理を行わなかった場合のＳｉ損失とを比較するさまざまな実験を行った。シリコン損失は、５４％−８２％少なくなった。
本発明をいくつかの好ましい実施形態に基づき説明してきたが、本発明は上述した具体的な構成に限定されるものではない。上述した好ましい実施形態は多くの点で変形され得る。このため、本発明は、特許請求の範囲に記載する請求項に基づき広義に解釈されたい。
Claims (15)
- 反応チャンバにおいて、表面にシリコンを含むワークピースの前記表面からフォトレジストを除去する方法であって、
少なくとも窒素を含むフォーミングガスまたは純粋な窒素ガスから生成されるプラズマにその上にフォトレジストを有する前記ワークピースを暴露する段階と、
前記プラズマに前記ワークピースを暴露する段階の後、少なくとも３０秒間にわたって非プラズマ環境に前記ワークピースを放置して、保護膜を前記ワークピースの露出したシリコン部分に形成する段階と、
前記ワークピースを前記非プラズマ環境に放置する段階の後、酸素系または水素系のプラズマに前記ワークピースを暴露して、前記フォトレジストを除去する段階と
を備える方法。 - 前記ワークピースは、少なくとも１００秒間にわたって放置されている請求項１に記載の方法。
- 前記ワークピースは少なくとも１５０秒間にわたって放置されている請求項１に記載の方法。
- 前記ワークピースは少なくとも２００秒間にわたって放置されている請求項１に記載の方法。
- 前記ワークピースは少なくとも２２０秒間にわたって放置されている請求項１に記載の方法。
- 前記酸素系または水素系のプラズマは、フッ素種を含む請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の方法。
- 前記ワークピースの表面から除去する前記フォトレジストは、高ドーズ注入処理されたレジストを含む請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の方法。
- 前記フォーミングガスまたは前記純粋な窒素ガスから生成されるプラズマは、リモートに生成される請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の方法。
- 前記保護膜は、ＳｉｘＮｙ膜である請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ワークピースを暴露する段階は、リソグラフィー処理の後に実行される請求項１から９のうちいずれか一項に記載の方法。
- 表面にシリコンを含むワークピースの前記表面からフォトレジストを除去する装置であって、
反応チャンバと、
一連の命令を実行するコントローラと
を備え、
前記反応チャンバは、
プラズマ源と、
前記プラズマ源の下流に位置しているシャワーヘッドと、
前記シャワーヘッドの下流に位置しており、支持しているワークピースの温度を制御する温度制御メカニズムおよびペデスタルを含むワークピース支持部と
を有し、
前記一連の命令は、
少なくとも窒素を含むフォーミングガスまたは純粋な窒素ガスから前記プラズマ源内にプラズマを生成し、
前記フォーミングガスまたは前記純粋な窒素ガスから生成されるプラズマに前記ワークピースを暴露し、
前記フォーミングガスまたは前記純粋な窒素ガスから生成されるプラズマに前記ワークピースを暴露した後、少なくとも３０秒間にわたって非プラズマ環境に前記ワークピースを放置して、保護膜を前記ワークピースの露出したシリコン部分に形成し、
前記ワークピースを放置した後、酸素系または水素系のプラズマに前記ワークピースを暴露して、前記フォトレジストを除去するための命令を含む装置。 - 前記コントローラが含む前記一連の命令は、少なくとも１００秒間にわたって前記ワークピースを放置するための命令を含む請求項１１に記載の装置。
- 前記コントローラが含む前記一連の命令は、少なくとも１５０秒間にわたって前記ワークピースを放置するための命令を含む請求項１１に記載の装置。
- 前記コントローラが含む前記一連の命令は、少なくとも２００秒間にわたって前記ワークピースを放置するための命令を含む請求項１１に記載の装置。
- 前記コントローラが含む前記一連の命令は、少なくとも２２０秒間にわたって前記ワークピースを放置するための命令を含む請求項１１に記載の装置。
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