JPH0626201B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明はレジスト層をマスクとしてイオン注入する工程
を有する半導体装置の製造方法に関し、 イオン注入後不要となったレジスト層を除去した後基板
上に残されるレジスト剥離残渣を少なくすることを目的
とし、 レジスト層の除去にあたり、まずイオン注入中にレジス
ト層表面に付着した無機汚染物をエッチングして除去
し、しかる後、プラズマを照射してレジスト層を分解し
て除去するようにしたものである。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特にイオン注
入の工程でマスクとして用いたレジスト層を除去する方
法に関する。
近年、半導体集積回路(IC)の高密度化・高集積化に
伴って、その構成要素たる半導体素子や配線構造の微細
化が進められた結果、その最小部分の寸法が1μm以下
のものが実用化されるに至っている。この微細化に伴
い、製造工程におけるミクロンオーダーの微細なゴミな
どの付着物や汚染物の量の多少が、ICの製造歩留りを
左右するようになってきたため、各工程において付着物
・残渣・汚染物などを極力少なくすることが要求されて
いる。
イオン注入による不純物導入の工程においても、イオン
注入中の汚染を少なくするだけでなく、その後のイオン
注入のマスクを除去する工程においてもその残渣を少な
くすることが求められている。
〔従来の技術〕
イオン注入法では、他の不純物導入法−例えば熱拡散法
−のようにマスクをつけた基板を高温に熱する必要がな
いので、そのマスクにフォトレジストなどの有機レジス
ト層を用いることが広く行われている。
イオン注入後、不要となったレジスト層のマスクを除去
しなくてはならないが、イオン注入されたレジスト層は
その一部が炭化するなどして剥離しにくくなることが知
られている。(Kelvin J.Orvek and Craig Huffman;
“CARBONIZED LAYERFORMATION IN ION IMPLANTED PHOTO
RESIST MASKS”,Nuclear Instruments and Methods in
physics Research B7/8(1985) 501-506.) レジスト剥離液を用いるウェット法では、炭化したレジ
ストを除去することができないので、イオン注入後のレ
ジスト層の剥離には、一般に、酸素(O2)プラズマを
照射して有機物のレジストのみならずレジストが炭化し
て出来た炭素をも酸化して除去するO2プラズマ・アッ
シング法が用いられている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
2プラズマ・アッシングにより、確かに、炭化したレ
ジストをも除去できるのであるが、ホウ素(B)や砒素
(As)のイオンを、ドーズ量が1x1014/cm2以上と高
濃度にイオン注入した場合は、O2プラズマ・アッシン
グによっても多量のレジスト剥離残渣を生ずるという問
題点があった。
アルゴン(Ar)をイオン注入した場合は残渣が少ないこ
とから、この原因の一つは、マスクに打ち込まれた不純
物自身がO2プラズマ・アッシング時に酸化されて不揮
発性の酸化物をつくるためであろうと考えられる そこでBやAsをも揮発性の水素化合物にして除去すべ
く、酸素は含まずに水素を含有するプラズマ−例えば窒
素・水素混合ガスプラズマなど−を用いる方法が開発さ
れた。
この方法によって、BやAsを高濃度イオン注入した場合
でも、レジスト剥離残渣をArのイオン注入の時と同程度
にまで減少させることができるようになったが、しかし
ながら、なおその大きさが1μm以上の残渣が1cm2
たり〜104個残ってしまうという問題があった。
このような残渣が何であるのかについては、今まで知ら
れていなかった。そこで、レジスト層マスクを有するシ
リコン(Si)基板にArイオンを1x1017/cm2イオン注
入したのちO2プラズマを照射してレジスト層を除去し
た後にSi基板上に残って残渣を、オージェ電子分光(A
ES)法で分析したところ、第2図に示したごとく、残
渣にC,Al,Al2O3 が含まれていることがわかった。
残渣を生じるAl,Al2O3 が工程のどの段階で入ってくる
のかが、次ぎの問題であるが、レジスト層を付けただけ
の状態でO2プラズマ・アッシングした場合は、残渣の数
は、1cm2あたり〜102個のオーダーで、イオン注入した
ときの1/100 程度であるから、Al,Al2O3 がレジスト
に起因するとは到底考えられない。
さて、酸素を〜1x1018/cm2程度イオン注入した時、
イオン注入装置の構成材料であるAlが加速イオンによっ
てスパッタされ、基板にAlが付着するという報告があ
る。(S.Nakashima,I.Kawashima and K.Izumi ;“AN A
NALYSYS OF CONTAMINATION IN HIGH-DOSE OXYGEN ION I
MPLANTATION AND A CONTAMINATION-PROOF TECHNIQU
E”,Proc,9th Symp.on ISIAT'85 (1985)203-206.) そこで、シリコン基板にArイオンを1x1017/cm2イオ
ン注入して、その前後でAES分析を行いAESスペク
トルを比較してみた。第3図(a)のごとくイオン注入
前では、基板の表面にSi,C,Oしか検出されないの
に、イオン注入後の表面には、Alが検出された(第3
(b))。なお、Alのほかに、PとAsが検出されたが、
これは、この実験にさきだって同じ装置をPやAsなどの
イオン注入に使用したため、イオン注入装置内部がこれ
らによって汚染されたことに起因するものと考えられ
る。
また、レジスト層を付けたシリコン基板についてArのイ
オン注入の前後でレジスト層の表面をX線光電子分光
(XPS)法によって分析したところ、この場合もやは
り、イオン注入前のレジスト層の表面にはAlは検出され
なかったが、イオン注入後のレジスト層の表面では、第
4図(a)ならびに(b)に示すごとく、Alが検出され
た。その結合状態から、Alの大部分はAl2O3 になってい
るものと考えられる。なお、XPSスペクトルには、Al
のほかにAs,P,Sなども見られるが、これらは、先に
のべたように、イオン注入装置内がAs,P,Sなどによ
って汚染され、装置内に付着していた汚染物がArイオン
注入時にイオン衝撃によってスパッタされてレジスト層
に再付着したものと考えられる。
更に、レジスト層の表面からスパッタ・エッチングしつ
つXPS分析を行った結果、Alは表面から約250Å以
内の領域にのみ存在することが明らかになった。
BイオンおよびAsイオンをイオン注入したものについて
もAES分析・XPS分析を行ってみたがArのイオン注
入の場合と同様な結果を得た。
以上の結果を考えあわせてみると、イオン注入中にレジ
スト層の表面に、イオン注入装置の構成部材からスパッ
タされたAlやAl2O3 などの無機汚染物が付着し、これら
はO2プラズマや水素含有プラズマを照射しても揮発性
化合物にならないため、プラズマ処理の後、基板上に残
渣として残ってしまうものと考えられる。
本発明は、このような点に鑑みて創作されたもので、イ
オン注入のマスクとして用いたレジスト層の除去におい
てレジスト剥離残渣を少なくし、もって、ICなど半導
体装置の製造歩留りを向上させる方法を提供すること
を、その目的とする。
〔問題を解決するための手段〕
その目的は、イオン注入のマスクとして用いたレジスト
層を除去するにあたり、まず、イオン注入装置内から発
生し、且つ基板およびレジスト層の表面に付着したAl
やAlなどを含む無機汚染物をエッチングして除
去し、しかる後、プラズマ照射してレジスト層を分解除
去することによって、達成される。
〔作用〕
先に述べたように、イオン注入中にレジスト層の表面に
付着する無機汚染物の主成分はAlやAl2O3 であるので、
アルカリ性エッチング液などで処理することにより、こ
れを除去することができる。
残っている有機物のレジスト層やその炭化物さらにレジ
スト層に打ち込まれたBやAsなどの不純物は、プラズマ
を照射することにより揮発性化合物にされて分解除去さ
れる。
こうすることにより、従来の方法のように、無機汚染物
が残渣として残ることがないので、レジスト剥離残渣を
少なくすることができる。
なお、レジスト層の表面に付着した無機汚染物のエッチ
ングに、スパッタ・エッチングをもちいる方法もある
が、この方法だとレジスト層で覆われていない基板の表
面がイオン衝撃によってダメージを受けるおそれがあ
り、また、基板の表面に付着した無機汚染物がイオン衝
撃によって逆に基板の中に押し込まれるおそれがある。
エッチング液を用いて無機汚染物を溶解させて除去すれ
ば、基板にダメージが入ったりすることはない。
〔実施例〕
本発明の一実施例について、第1図を参照して以下に詳
しく説明する。第1図は本発明の一実施例の工程図で、
図中、1は基板、2はレジスト層、3はレジスト炭化
層、4は無機汚染物、5は不純物イオン、6はプラズマ
である。
直径4インチの面方位(100)のシリコン基板1の上
に市販のポジ型フォトレジストHPR-204 (フジ・ハント
社製)を厚さ2μmに公知のスピン・コーティング法に
より塗布した後、乾燥窒素ガス雰囲気中でホットプレー
トを用いて140℃で2分間ベークして、レジスト層2
を形成した。(第1図(a))。ついでレジスト層の表
面にArイオンを、加速エネルギー70 kev,ドーズ量1x
1017/cm2の条件でイオン注入した。このイオン注入に
よって、レジスト層が炭化されレジスト炭化層3が形成
されるとともに、その表面にAlやAl2O3 などから成る無
機汚染物4が付着する。(第1図(b))。レジスト層
2の除去にあたり、まず始めに、38%NHOH 10
cc を脱イオン水1で希釈したエッチング液に5分間
浸した後、脱イオン水で10分間バブル洗浄し、乾燥窒素
ガスを吹きつけて乾燥させた。AlやAl2O3 はNHOH
に溶けるので、イオン注入中に付着した無機汚染物4が
除去される。このエッチングの工程では、効率をあげる
ために超音波を印加するなどすることが好ましい。この
後、公知のバレル型高周波プラズマ・アッシャーを用
い、O2流量 200 sccm,圧力1Torr,周波数 13.56 MH
z,高周波入力 300Wの条件で60分間O2プラズマ処理
して(第1図(d))、レジスト炭化層3およびレジス
ト層2を除去した(第1図(e))。
レジスト層除去後、市販のパーティクル・カウンター
(WIS-150 ;Aeronca Electronics Inc.製)を用いて基
板1上の大きさが1μm以上の異物の数を数えたとこ
ろ、1cm2あたり平均4385個であった。なお、他の条件
は全く同じにして、O2プラズマ処理だけでレジスト層
の除去をした場合は、1cm2あたり平均5788個であった
から、本発明の効果は歴然としている。パーティクル・
カウンターの計数値には、O2プラズマ処理後に基板に
付着したゴミや基板のキズの数も含まれているので、本
発明の方法によって、レジスト剥離残渣は、従来の方法
に比べて3/4以下になったものと考えよれる。また、
エッチング液として希釈アンモニア水のかわりに0.2
NのKOH水溶液を用いても、ほぼ同様の結果が得られ
た。
エッチング液の濃度やエッチング時間は、イオン注入の
ドーズ量などに合わせて最適化をはかれば良いことは、
いうまでもない。また、エッチング液としては、基板を
おかさずに無機汚染物を溶解しうるものであればよく、
例えばリン酸を含有するエッチング液なども用いること
ができる。さらに、基板のダメージが無視できるような
場合には、スパッタ・エッチングを用いることもでき
る。本発明の効果は、イオン注入する不純物の種類やマ
スクに用いるレジストの種類によらないことも、本発明
の原理から明らかである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、レジスト層をマスクとしてイオン注入
した後、不要となったレジスト層を除去する際に基板上
に残るレジスト剥離残渣を少なくすることができるの
で、ICなど半導体装置の製造歩留りが向上するという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の工程図、第2図はレジスト
剥離残渣のAESスペクトルの一例を示す図、第3図は
イオン注入前後の基板表面のAESスペクトルの比較
図、第4図はイオン注入したレジスト層表面のXPSス
ペクトルの一例を示す図である。 図において、 1は基板、2はレジスト層、 3はレジスト炭化層、4は無機汚染物、 5は不純物イオン、6はプラズマ である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/306 T 9278−4M

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板1の一主面上に形成したレジスト層2
    をマスクとして前記基板1にイオン注入した後、イオン
    注入中にイオン注入装置内から発生し、且つ前記基板1
    および前記レジスト層2の表面に付着した無機汚染物4
    をエッチング液を用いて除去し、しかる後、プラズマを
    照射して前記のレジスト層2を除去する工程を有するこ
    とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】アルカリ性のエッチング液を用いて前記無
    機汚染物4をエッチングして除去することを特徴とする
    特許請求の範囲第1項に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】前記エッチング液が、少なくとも水酸化ア
    ンモニウムもしくは水酸化カリウムのいずれか一つを含
    有するものであることを特徴とする特許請求の範囲第2
    項に記載の半導体装置の製造方法。
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