JP6165442B2 - 高度な半導体応用のためのポストイオン注入フォトレジスト剥離用組成物 - Google Patents
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Description
本発明は、フォトレジスト剥離用の組成物に関する。特に、本発明は、ポストイオン注入フォトレジスト剥離用の組成物に関する。
イオン注入は、半導体デバイスの製作において一つのキープロセスである。ホウ素、リン、又はヒ素等のドーパントイオンは、高純度ガスを原料として生成され、半導体基板に注入される。各々のドープされた原子は正孔か電子の電荷担体を生成し、その近傍で半導体デバイスの導電率を変化させる。イオン注入は、通常、ソース／ドレイン接合部及びチャネルに、調製するデバイスが所望の電気的特性を得るために行われる。
典型的なイオン注入プロセスでは、基板（例えば、シリコンウエハ）は最初に有機化学的前処理が施され、そして基板にポジ型フォトレジストが塗布される。ホットベーキング、エッジビーズ剥離、露光、現像及びスピン乾燥の後に、有機フォトレジストマスクが形成される。イオン注入工程中は、ドーパントは基板の露光（マスクされていない）表面に、同様にフォトレジストマスクに浸透する。ドーパントはフォトレジストマスクと反応し、通常“クラスト”として知られている相対的に非孔質層を形成する。イオン注入工程が終了すると、フォトレジストマスクは、剥離工程で取り除かれる。典型的なポストイオン注入フォトレジスト剥離は、ドライプラズマアッシングにより行われ、続いてウエットピラニアクリーン（洗浄剤として硫酸と過酸化水素の混合物が使用される）とマランゴニ乾燥が行われる。半導体工業の分野では上述のプロセスは広く使用されているが、プロセス時間が長く、シリコン基板に対するダメージ等の欠点が指摘されている。シリコンロス等のシリコン基板ダメージは、危機的な４５ｎｍまでの寸法縮小及び下記に示すような重要な問題となる。３０Å以上のシリコンロスは、結果として望ましくないアウトデフュージョンを引き起こしデバイスの誤動作の原因となる。このような理由で、典型的なポストイオン注入フォトレジスト剥離プロセスは、もはや用いることができず、新しいプロセスが必要である。
従来技術では、イオン注入工程後のフォトレジストの剥離のための様々な方法が議論されている。例えば、Hallock等の特許文献１は、ウエット又はドライ剥離工程の前に、ウエハに２００ｎｍから４００ｎｍで少なくとも１００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線を照射する方法について開示している。Tseng等の特許文献２は、３段階の工程について開示している。基板は、最初に、フォトレジスト溶剤のポッピング問題を最少化するために低い温度（＜２２０℃）で酸素及び窒素／水素プラズマで剥離する。そして、残っているフォトレジストを剥離ために高い温度（＞２２０℃）が採用される。最後に、基板は、水酸化アンモニウムと過酸化水素の混合物で洗浄される。しかし、上述した方法では、未だ、受け入れられないシリコンロスの影響を受ける。
フォトレジスト剥離用組成物は、多くの従来技術で開示されている。例えば、Mooreの特許文献３には、ベンジル-トリメチルアンモニウム水酸化物（ＢＴＭＡＨ）を含む剥離用組成物と、アルキルスルホキシドと任意にグリコール共溶媒、腐食防止剤、及び金属化した無機基板から高分子有機物質を剥離非イオン界面活性剤を含む溶媒システムとを開示している。Phenis等の特許文献４では、ジメチルスルホキシドと水酸化第４級アンモニウムとアルカノールアミンを含む剥離溶液が開示されている。しかし、イオン注入後、特に重い線量イオン注入後にフォトレジストを剥離するために従来の剥離用組成物を使用する試みは、いつも失敗している。なぜなら、フォトレジストは非多孔質となり、イオン注入後にクラストを形成するためである。非多孔質のクラストは、フォトレジストの内部へウエットな化学物質の浸透を妨げる。そして、ウエットな化学物質とフォトレジストの間の接触面積の重大な減少を招く。加えて、クラスト部分は、非常に不均一であり、ウエットクリーンプロセスの困難性が増加する。したがって、従来のウエットな化学物質によるポストイオン注入フォトレジスト剥離は実際的ではない。
本発明の目的は、イオン注入工程の後にフォトレジストを剥離するのに有用な実質的に水分を含まないフォトレジスト剥離用組成物を提供することにある。
本発明の他の目的は、ポストイオン注入フォトレジスト剥離の方法を提供することにある。
上記の目的は、本発明の、実質的に水分を含まない、（ａ）アミン、（ｂ）有機溶媒Ａ、（ｃ）共溶媒を含む組成物により達成される。
本発明の好ましい実施の形態では、アミンは、水酸化第４級アンモニウムである。
本発明のより好ましい実施の形態では、アミンは、ベンジル-トリメチルアンモニウム水酸化物（ＢＴＭＡＨ）である。
本発明の他のより好ましい実施の形態では、アミンは、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）である。
本発明の他の目的は、（ａ）イオン注入フォトレジストを上部に有する基板を準備し、（ｂ）上記の基板を本発明の組成物に、基板からフォトレジストを剥離するのに十分な時間接触させることで実現される。
本発明の最初の目的は、イオン注入後の基板からフォトレジストを剥離ことが可能なフォトレジスト剥離用組成物を提供することである。本発明の剥離用組成物は、
（ａ）アミン
（ｂ）有機溶媒Ａ、及び
（ｃ）共溶媒
であり、組成物は実質的に水分を含まない。
本発明の組成物のアミンは、イオン注入されたフォトレジストの高分子フレームワークを破壊し、破片をリフトオフする。
（ａ）アミン
（ｂ）有機溶媒Ａ、及び
（ｃ）共溶媒
であり、組成物は実質的に水分を含まない。
本発明の組成物のアミンは、イオン注入されたフォトレジストの高分子フレームワークを破壊し、破片をリフトオフする。
本発明の組成物において、適切な第１級、第２級、第３級又は第４級のアミンを使用することができる。適切な第１級アミンは、それらに限定されないが、エタノールアミン（ＭＥＡ）、Ｎ−メチルエタノールアミン（ＮＭＥＡ）、シクロヘキシルアミン及びヒドロキシルアミン（ＨＡ）を含む。適切な第２級アミンは、それらに限定されないが、ジエチルヒドロキシルアミン、ジエチルアミン及びキノリンを含む。適切な第３級アミンは、それらに限定されないが、ジメチルエタノールアミン及ぶトリメチルアミンを含む。適切な第４級アミンは、それらに限定されないが、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、水酸化ベンジル-トリメチルアンモニウム（ＢＴＭＡＨ）、水酸化テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡＨ）及び水酸化テトラブチルアンモニウム（ＴＢＡＨ）を含む。
好ましいアミンは、水酸化第４級アンモニウムである。水酸化第４級アミンの中でも、ＢＴＭＡＨ及びＴＭＡＨは非常に有効でありもっとも好ましい。
本発明の組成物中のアミンの量は、１から１０質量％、好ましくは１から４質量％の範囲で変えることができる。
本発明の有機溶媒Ａと共溶媒の機能は異なっている。本発明の有機溶媒Ａは、基板からフォトレジストをリフトオフにより取り除き、メカニズムを破断する。これは図２の（Ｘ）として示されている。共溶媒を用いず溶媒Ａだけを使用することで基板からフォトレジストをリフトオフすることができる。しかし、剥離溶液は、溶液中に浮遊するフォトレジストの断片で濁ってしまう。フォトレジストの断片は、剥離用組成物の負荷能力を低下させてしまい、装置及び基板を汚染することとなる。
他方、本発明の共溶媒は、基板からフォトレジストをリフトすることに対してはあまり有効ではないが、フォトレジストの断片を溶解し剥離用組成物の負荷能力を増加させる。共溶媒だけでは基板からフォトレジストを完全に剥離ことはできず、一部の残留物、特に“クラスト”が基板に残ってしまう。共溶媒のメカニズムを図２で（Ｙ）として示している。
したがって、本発明の組成物は、素晴らしい剥離パフォーマンスを達成するために、適切に溶媒Ａと共溶媒を混合させている。このメカニズムを図２で（Ｚ）として図式的に示している。
溶媒Ａと共溶媒は注意深く選択されなければならない。安全のため、適切な溶媒Ａと共溶媒は、プロセス温度よりも少なくとも１０℃、好ましくは３０℃高い印火点を、及びプロセス温度よりも少なくとも４０℃高い沸点を有するべきである。融点は、貯蔵及び出荷中に結晶化を避けるために、室温より低く、好ましくは０℃以下であるべきである。もし、単一の溶媒が上述した全ての物理的特性を有していない場合、例えば、ＤＭＳＯは融点が１８．５℃であるが、注入されたフォトレジストをリフトオフすること及び溶解させることには特に優れた効果を奏するが、要求を満たすように他の適切な溶媒と混合させることができる。
適切な有機溶媒Ａは、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルスルホン（ＤＭＳＯ２）及びスルホラン等のアルキルスホキシド；１-メチル-２-ピロリジノン（ＮＭＰ）、ｙ-ブチロラクトン（ＢＬＯ）（ＧＢＬ）、エチルメチルケトン、２-ペンタノン、３-ペンタノン、２-エクサノン及びイソブチルメチルケトン等のケトン；ＣｎＨ２ｎ+１ＯＨ、ｎ＝３から１０等のアルコール、例えば、１-プロパノール、２-プロパノール、ブチルアルコール、ペンタノール、１-ヘキサノール、１-ヘプタノール、及び１-オクタノール、エチルジグリコール（ＥＤＧ），ブチルジグリコール（ＢＤＧ）及びベンジルアルコール、；ベンズアルデヒド等のアルデヒド；トリデカン、ドデカン、ウンデカン及びデカン等のアルカン；Ｎ，Ｎ-ジメチルエタノールアミン、ジ-ｎ-プロピルアミン、トリ-ｎ-プロピルアミン、イソブチルアミン、sec-ブチルアミン、シクロヘキシルアミン、メチルアニリン、ｏ-トルイジン、ｍ-トルイジン、ｏ-クロロアニリン、ｍ-クロロアニリン、オクチルアミン、Ｎ，Ｎ-ジエチルヒドロキシルアミン、キノリン、Ｎ，Ｎ-ジメチルエタノールアミン又はＮ，Ｎ-ジメチルホルムアミド等のアミン；又はそれらの混合物から選ばれる。
適切な共溶媒は、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、イソペンチルアルコール、tert-ペンチルアルコール、エチレングリコール（ＥＧ）、プロピレングリコール、１，２-プロパンジオール、１，３-プロパンジオール、１，２，３-プロパントリオール及び１-アミノ-２-プロパノール等の第１級、第２級、第三級アルコールを含むアルコール；イソプロピルアセテート及びエチルアセトアセテート等のエステル；トリエタノールアミン、エタノールアミン（ＭＥＡ）、ホルムアミド、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、２-（メチルアミノ_エタノール（ＮＭＥＡ）、及びＮ-エチルジイソプロピルアミン等のヒロロキシ基を含むアミン；又はそれらの混合物から選ばれる。
上記の有機溶媒の内、ＤＭＳＯ、ＮＭＰ、ベンジルアルコール、プロパノール、ブチルジグリコール、ペンタノール、Ｎ，Ｎ-ジメチルエタノールアミン、ベンズアルデヒド、又はそれらの混合物が本発明において溶媒Ａとして好ましく使用される。ＤＭＳＯ、ＮＭＰ、ベンジルアルコール、ブチルジグリコール、及びそれらの混合物がより好ましい。
エチレングリコール、１，２-プロパンジオール、１-アミノ-２-プロパノール、トリエタノールアミン、ＭＥＡ、イソプロピルアセテート又はそれらの混合物が本発明の共溶媒として好ましく使用される。エチレングリコール、トリエタノールアミン、ＭＥＡ又はそれらの混合物がより好ましい。
溶媒Ａと共溶媒の量は、他の添加剤を加えていなければ、基本的に組成物の９０から９９質量％の範囲内である。溶媒Ａと共溶媒の比は重要ではない。
本発明の剥離用組成物は、キレート剤及び界面活性剤等の添加剤を任意に含むことができる。最適なキレート剤は、これらに限定されないが、エチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）、ジエチレントリアミン五酢酸及び２，４-ペンタンジオン等を含む。最適な界面活性剤は、これらに限定されないが、非イオンアルコキシ化アルコール、ノニル-フェノール及びノニル-エチキシレートを含む。各々の添加剤の量は、必要に応じて変化させることができ、従来技術の観点から当業者により決定される。好ましくは、添加剤の総量は、組成物の約１質量％以下である。
従来の剥離用組成物の大部分とは異なり、本発明の剥離用組成物は実質的に水分を含まない。すなわち、水分含有量は、シリコン基板に対するダメージを防ぐために、３質量%以下、好ましくは１質量％以下、及びより好ましくは０．５質量％以下である。シリコンロスは、組成物の水分含有量と高い相関がある。
本発明の他の目的は、ポストイオン注入のためのウエットプロセスを提供することである。その方法は工程：
（ａ）イオン注入フォトレジストをその上に有する基板を準備すること、及び
（ｂ）その基板を本発明の組成物と、基板からフォトレジストを剥離するのに十分な時間だけ接触させること、を有する。
（ａ）イオン注入フォトレジストをその上に有する基板を準備すること、及び
（ｂ）その基板を本発明の組成物と、基板からフォトレジストを剥離するのに十分な時間だけ接触させること、を有する。
本発明の剥離工程は、乾燥プラズマアッシングを必要とせず、サイクル時間と消費エネルギーの低減という利点を有することを注意する必要がある。
本発明の方法は、通常のウエットベンチ又はクレンザー等の適切な設備により実行することができる。基板と組成物の接触は、浸漬法、すすぎ法、散布法及び吹付法等の最適な通常の手段により行うことができる。
本発明の好ましい実施の形態では、方法はウエットベンチで行われる。工程は、２５℃から９０℃、好ましくは４０℃から８０℃、より好ましくは６０℃から８０℃の温度で処理することができる。温度は、通常１２０℃から１４０℃のピラニア洗浄のプロセス温度よりもずっと低い。昇温は基板のシリコンロスを増加させると信じられており、それ故、低い温度は有利である。
一般に、イオン注入フォトレジストは、基板から２０分から２時間で完全に剥離ことができる。実際の時間はフォトレジストの種類、使用する装置及びプロセス条件に依存する。
本発明を実施例により、以下に詳述する。ただし、本発明の権利範囲を意図するものではない。当業者にとって明らかな修正や変更は、明細書の開示された範囲に入ることは明らかである。
実施例１ Ｈ２Ｏ対ポリシリコンエッチングレート
以下の実験は、水分含有量がポリシリコンエッチングレートに及ぼす影響を評価するために行った。ＴＭＡＨの異なる量又はそのメタノール溶液（実験１から６）及びＢＴＭＡＨのメタノール溶液（実験７から９）をＤＭＳＯに添加した。いくつかの溶液には異なる量の水が加えられた（実験１から５、８及び９）。ポリシリコンウエハは、様々なプロセス条件の元で溶液に浸漬され、各々の厚さの差が測定された。結果を表１に示す。
以下の実験は、水分含有量がポリシリコンエッチングレートに及ぼす影響を評価するために行った。ＴＭＡＨの異なる量又はそのメタノール溶液（実験１から６）及びＢＴＭＡＨのメタノール溶液（実験７から９）をＤＭＳＯに添加した。いくつかの溶液には異なる量の水が加えられた（実験１から５、８及び９）。ポリシリコンウエハは、様々なプロセス条件の元で溶液に浸漬され、各々の厚さの差が測定された。結果を表１に示す。
結果は、水分の増加はポリシリコンのエッチレートを著しく増加させることを示している。実験１から３は、温度が高いほどポリシリコンのエッチレートが高いことを示している。
実施例２から５
様々な条件の元で異なる組成物の剥離能力がテストされた。結果を以下の表２から５に示す。
様々な条件の元で異なる組成物の剥離能力がテストされた。結果を以下の表２から５に示す。
表２は、使用したアミンの中では、ＴＭＡＨが与えられたプロセス条件の元で驚くべきフォトレジスト剥離性能を示している。他のアミンもフォトレジスト剥離能力を示しているが、それらの性能はＴＭＡＨ及びＢＴＭＡＨほど良好ではない。
A：クリーン、
B：ウエハに僅かのフォトレジスト残留、
C：ウエハにいくらかのフォトレジスト残留
B：ウエハに僅かのフォトレジスト残留、
C：ウエハにいくらかのフォトレジスト残留
表３は、ＴＭＡＨに関するプロセスの窓はＢＴＭＡＨよりも広いことを示している。ＢＴＭＡＨに関して、完全な剥離には７０℃で６０分を要する。ＴＭＡＨに関しては、６０℃で６０分を要する。前述したように、温度が上がると、シリコン基板に対するダメージが増加するので不利である。
A：クリーン；
C：ウエハにいくらかのフォトレジスト残留
C：ウエハにいくらかのフォトレジスト残留
様々な溶媒がテストされた。表４は、テストした溶液は、許容できるフォトレジスト剥離能力はあるものの剥離後に溶液が混濁すること（溶液Ａとして分類されている）、又はフォトレジスト剥離能力は乏しいもののフォトレジストを溶解できる（共溶媒として分類されている）ことを示している。フォトレジスト剥離と溶解の両方に効果的な溶媒は見つからなかった。
表５は、本発明の実施の形態の性能を示している。溶媒Ａと共溶媒の比は重要ではないことに注意すべきである。
Claims (11)
- ポストイオン注入フォトレジスト剥離用の組成物であって、
（ａ）アミン、
（ｂ）有機溶媒Ａ、及び
（ｃ）共溶媒を含み、
前記組成物の水分含有量は、前記組成物の１質量％より少なく；
前記アミンは水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）であり；
前記有機溶媒Ａは、プロパノール、ペンタノール、ブチルジグリコール（ＢＤＧ）、ベンジルアルコール、ベンズアルデヒドまたはジメチルエタノールアミンであり、及び
前記共溶媒は、エチレングリコール（ＥＧ）または１，２-プロパンジオールであることを特徴とする組成物。 - 前記アミンは、前記組成物の１から１０質量％の量であることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
- 前記アミンは、前記組成物の１から４質量％の量であることを特徴とする請求項２に記載の組成物。
- 前記有機溶媒Ａは、ベンジルアルコールまたはブチルジグリコールであることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
- 前記共溶媒は、エチレングリコールであることを特徴とする請求項１に記載の組成物。
- 前記組成物の水分含有量は、前記組成物の０．５質量％より少ないことを特徴とする請求項１に記載の組成物。
- 工程：
（ａ）イオン注入フォトレジストをその上に有する基板を準備すること、及び
（ｂ）前記基板を請求項１に記載の組成物と、前記基板から前記フォトレジストが剥離されるための充分の時間、所定のプロセス温度で接触させることを含むポストイオン注入フォトレジスト剥離の方法。 - 前記プロセス温度は、２５℃から９０℃の範囲であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
- 前記プロセス温度は、４０℃から８０℃の範囲であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
- 前記プロセス温度は、６０℃から８０℃の範囲であることを特徴とする請求項９に記載の方法。
- 前記接触時間は、２０分から１時間の間であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
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