(57)【要約】イオン注入後、約１００から７６０トルの圧力及び７００℃より低温の高濃度酸素中で、レジストを除去するサーマルアッシングを行う。この処理はかなりの量の酸素によってレジストが完全に酸化され得るため、基板に残滓またはその他の汚染物が何ら残留しない。【課題】基板のダメージが減少し、レジストが除去された基板に残存する残滓及びパーティクルの量が減少し、アッシング処理のスループットが増加するアッシング方法を提供する。【解決手段】約９００℃から約１２００℃の内部環境の処理室に、レジスト層を有するウエハをローディングし、概ね純粋な酸素によりレジストを酸化させ、レジストを除去するサーマルアッシングに続けて、レジストが除去されたウエハを定常状態のアニーリング温度まで加熱し、被注入部分を活性化させるようにインプラントアニールさせる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アッシング方法であって、
レジスト層及び被注入部分を有する基板を提供し、前記基板を第１の処理室内に配置する過程と、
前記第１の処理室内に、１００トルを超える第１の分圧をもって概ね純粋な酸素を導入する過程と、
前記レジスト層を酸化させて、前記基板から前記レジスト層を除去するように、前記第１の処理室の内部環境の温度を変化させる過程とを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１の処理室内に、前記第１の分圧をもって概ね純粋な酸素を導入する前記過程が、前記第１の処理室内に、７６０トルを超える第１の分圧をもって概ね純粋な酸素を導入する過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の処理室の前記内部環境の前記温度を変化させる前記過程が、前記内部環境の前記温度を、最高温度が約７００℃から１３００℃の範囲となるように上昇させる過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の処理室内に、前記第１の分圧をもって概ね純粋な酸素を導入する前記過程が、約７６０トルの第１の分圧をもって前記酸素を導入する過程を含み、
前記第１の処理室の前記内部環境の前記温度を変化させる前記過程が、前記内部環境の前記温度を、最高温度が約７００℃となるように上昇させる過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の処理室の、前記内部環境の前記温度を変化させる前記過程が、前記内部環境の前記温度を、約７００℃の最高温度から約１３００℃の最高温度になるように上昇させる過程を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記基板を第２の処理室においてアニーリングし、前記被注入部分を活性化させる過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の処理室及び前記第２の処理室が同一の処理室であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記基板から前記レジスト層を除去するための前記レジスト層の前記酸化が、二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）を生成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の処理室が、複数の基板を保持するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
クリーニングガス及び蒸気を、共にまたは別々に、前記第１の処理室に導入し、レジスト残滓の除去を促進させる過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
アッシング方法であって、
第１の処理室の内部環境が第１の分圧になるように、概ね純粋な酸素を導入する過程と、
前記第１の処理室の前記内部環境を、第１のアニーリング温度に維持する過程と、
第１の温度及びレジスト層が形成された表面を有する基板を、前記第１の処理室の前記内部環境に導入し、前記基板を前記第１の温度から前記アニーリング温度まで加熱することによって、前記レジストを酸化させる過程とを有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記第１の分圧が、約１００トルから７６０トルの間であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の温度が、周囲温度であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板をアニールさせるように、前記基板を前記アニーリング温度まで加熱させる過程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記アニーリング温度の範囲が約７００℃から１３００℃の間であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
クリーニングガス及び蒸気を、共にまたは別々に、前記第１の処理室に導入し、レジスト残滓の除去を促進させる過程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
第１の温度及びレジスト層が形成された表面を有する基板を、前記第１の処理室の前記内部環境に導入する前記過程が、第１の温度及びレジスト層が形成された表面を有する複数の基板を、前記第１の処理室の前記内部環境に導入する過程を特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
アッシング方法であって、
レジスト層が形成された表面を有する基板を提供し、前記基板を第１の処理室の内部環境に配置する過程と、
前記第１の処理室の前記内部環境に、１００トルから１０００トルの範囲の第１の分圧をもって概ね純粋な酸素を導入する過程と、
前記第１の処理室の前記内部環境の第１の温度を第２の温度まで上昇させ、前記概ね純粋な酸素と前記レジスト層を反応させて、前記レジスト層を酸化させる過程と、
前記第２の温度を、第３の温度まで上昇させる過程とを有することを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記第３の温度が、前記第２の温度よりも高温であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の温度を第２の温度に上昇させる前記過程及び前記第２の温度を前記第３の温度に上昇させる前記過程が、漸進的に継続して処理する過程を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概ね半導体製造方法に関し、更に具体的には、半導体ウエハの製作過程で使用された有機皮膜及び有機物質を除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の開発において、新しい処理技術及び製造技術が継続的に開発されており、特に半導体素子の小型化において非常に進歩している。
【０００３】
半導体素子の製作方法の重要な側面は、フォトレジスト皮膜の除去である。半導体素子のサイズが増々小さくなっているので、通常のフォトレジスト除去方法は、より迅速に残滓のないレジスト除去可能であるようにしなければならず、レジスト皮膜の下に延在する基板の層で発生するダメージの量を減らさなければならない。
【０００４】
一般的なアッシング方法には、ウエット方法とドライ方法の２種類がある。一般的にウエット方法がドライ方法よりも好ましく、下層の基板を損傷させない。しかしながら、ウエットアッシング方法においては、レジストを除去するためにケミカルバスが必要とされるが、ケミカルバスが基板を汚すこともある。加えて、ケミカルバスに残存しているパーティクルが、基板に再付着することがある。それ故に、ウエットアッシング方法においては、基板をアニール処理する前に、クリーニング工程が必要となる。
【０００５】
ドライアッシング方法は、通常、基板及びフォトレジストをプラズマに照射することを含んでいる。プラズマ形成は低圧で起こる。それ故に、除去処理に必要な反応ガスの量は少ない。例えば、約１トルで形成される酸素プラズマにおいて、フォトレジストと反応するために必要な酸素の量は、空気中の酸素量より約１０００倍少ない。
【０００６】
不利なことに、基板がプラズマに照射される際のイオン衝撃のために、基板の損傷が生じ得る。加えてドライアッシング方法は、アッシング処理完了後、たいていウエハ表面に残滓を残す。結果的にフォトレジストが除去されたウエハは、イオンインプラントアニールまたはその他の処理を行う前に、ウエットクリーニングによって再処理されなければならず、基板処理が全体的に一層複雑となる。
【０００７】
従って、基板のダメージが減少し、レジストが除去された基板に残存する残滓及びパーティクルの量が減少し、アッシング処理のスループットが増加するアッシング方法が求められている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、基板表面からレジストを除去する方法を提供し、下層の基板の損傷を減少させ、レジスト除去処理後に基板に残存する残滓及びパーティクルの量を減少させるものである。本発明において、通常レジスト除去方法に関連する処理工程を取り除いても良いことから、基板が処理される速度が速くなり得る。
【０００９】
一実施例において、イオン注入工程の後、サーマルアッシングが高濃度酸素環境下で行われる。レジストを除去するため、その環境は、例えば約１から１００％の範囲の酸素、約１００から約７６０トルの範囲の圧力、約７００℃から１３００℃の範囲で最高温度となるような低温環境に維持されても良い。
【００１０】
レジストは、例えば炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）及び酸素（Ｏ）からなるので、レジストの熱酸化反応による生成物は二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）を含んでいる。本発明の処理は、かなりの量の酸素を含有して、完全なレジストの酸化を確実に行わせる。酸化が完全に行われるため、基板には、残滓またはその他の汚染物が何ら残留しない。
【００１１】
本発明の別の実施例において、サーマルアッシング処理は、イオン注入後及びメタライズ過程の前に行われるので、処理温度を７００℃近くに維持しても、基板構造には影響を及ぼさない。有利なことに、サーマルアッシングを７００℃より低温で行えば、非注入部分の再分布または活性化に影響を及ぼさない。
【００１２】
本発明の更に別の実施例において、サーマルアッシング処理が「ワンステップ」処理にて行われる。周囲温度を有する基板が、純酸素で満たされている処理室内に配置される。処理室はインプラントアニーリング温度（例えば、最高で約１３００℃）にあらかじめ加熱されている。有利なことに、基板を周囲温度からアニーリング温度まで加熱することによって、サーマルアッシング処理が開始する。しかしながらサーマルアッシング処理は、基板温度がアニーリング温度と同等な定常状態の温度に達する前に完了される。ひとたび基板温度がアニーリング温度に達すると、被注入部分が電気的に活性化される。
【００１３】
別の実施例において、同一のサーマルアッシング処理がメタライズ処理後に使用されても良く、その時の温度は、金属が融解する臨界温度より低い。例えば基板及びレジストを、４００℃、７６０トルを有する１００％酸素を豊富に含んだ環境にさらすと、一般的なレジスト層は約３０分で除去できる。しかしながら、その温度は十分に低く、金属には影響を及ぼさない。メタライズ過程の後に行うサーマルアッシングがプラズマを使用しないので、金属とプラズマの相互作用によって引き起こされる悪影響を考慮する必要がない。有利なことに、通常プラズマアッシング処理とは異なり、正イオンおよび電子を用いないので、ウエハ表面及びその他の層が損傷されることがない。
【００１４】
一態様において、アッシング方法は、レジスト層及び被注入部分を有する基板を提供し、その基板を第１の処理室に配置する過程を含んで提供される。またこの方法は、第１の処理室に１００トルを超える第１の分圧をもって概ね純粋な酸素を導入し、基板からレジスト層を除去するために、第１の処理室の内部環境の温度を変化させ、酸素がレジスト層を酸化させる過程も含んでいる。
【００１５】
別の態様において、アッシング方法は、第１の処理室の内部環境が第１の分圧を有するように概ね純粋な酸素を導入し、第１の処理室の内部環境を第１のアニーリング温度に維持し、第１の温度及びレジスト層が形成された表面を有する基板を、第１の処理室の内部環境に導入し、基板を第１の温度からアニーリング温度まで加熱することによってレジストを酸化させる過程を含んで提供される。
【００１６】
また別の態様において、アッシング方法は、レジスト層が形成された表面を有する基板を提供し、第１の処理室の内部環境に基板を配置し、第１の処理室の内部環境に１００トルから１０００トルの範囲の第１の分圧をもって概ね純粋な酸素を導入し、第１の処理室の内部環境を第１の温度から第２の温度まで上昇させ、レジスト層を酸化させるために概ね純粋な酸素をレジスト層と反応させ、第２の温度を第３の温度まで上昇させる過程を含んで提供される。
【００１７】
本発明によるサーマルアッシングの１つの有利な態様は、たいてい従来のレジスト除去とイオンインプラントアニーリングの間で行われていたウエットクリーニング処理工程を、短縮または取り除いても良いことである。
【００１８】
レジストを除去するために本発明のサーマルアッシング処理を用いると、プラズマが生成されないので、基板へのイオン衝撃がない。
【００１９】
本発明の、これら及び別の特徴及び利点は、以下の実施態様の詳細な説明と付随の図面によって、より明確になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は、本発明の典型的な環境を実現する半導体ウエハ処理装置１００の一実施態様の側面略図である。処理装置１００はローディングステーション１３０を有し、複数のプラットフォーム１０４がウエハカセット１０６の保持及び上方への移動を行い、ロードロック１０８に搬入する。ウエハカセット１０６は取り外し可能なカセットであっても良く、プラットフォーム１０４に装着される手段は、手動または無人搬送車（ＡＧＶ）のどちらでも良い。またウエハカセット１０６は固定されたカセットであっても良く、その場合、ウエハは従来のアトモスフェリックロボットまたはローダー（図示なし）を用いてカセット１０６に装着される。ひとたびウエハカセット１０６がロードロック１０８内部に入ると、ロードロック１０８及び搬送室１１０が大気圧に維持されるか、あるいはポンプ１１２を用いて真空に減圧される。搬送室１１０内にあるロボット１１４が、ロードロック１０８の方に回転し、ウエハ１１６をカセット１０６から取り出す。反応炉即ち熱処理室１２０は、大気圧または真空下であっても良く、ゲートバルブ１１８を介して、ロボット１１４によりウエハ１１６を搬入する。状況に応じて追加の反応炉が装置に加えられても良く、例えばそれは熱処理室１２２である。そしてロボット１１４は退避し、続いてゲートバルブ１１８が閉じ、ウエハの処理を開始する。ウエハが処理された後、ゲートバルブ１１８は開口し、ロボット１１４によるウエハ１１６の取り外し及び返却を可能にする。状況に応じて冷却用ステーション（図示なし）が提供され、新たに処理されたウエハが１００℃を越す温度を有しているかもしれないため、ロードロック１０８内のウエハカセットへ返却される前に冷却することを可能にする。典型的な処理装置は、米国特許番号６，４１０，４５５で開示されており、あらゆる面に於いてここに言及したことで本願の一部とする。
【００２１】
本発明による熱処理室１２０及び１２２は、サーマルアニールにおいて使用されるような、枚葉式急速熱処理装置（ＳＲＴＦ）であっても良い。別の実施態様において、熱処理室１２０及び１２２は、その他の種類の反応炉であっても良く、例えばドーパント拡散、熱酸化、窒化物形成、化学蒸着、及び類似の処理などに使用されるものであっても良い。
【００２２】
図２は、本発明の一実施態様に基づく熱処理室１２０（及び１２２）の簡略断面図である。外面上、熱処理室１２０は金属のシェル２０２であっても良く、好ましくはアルミニウムまたは類似した金属で作られており、処理するウエハを受け入れるために構成される開口部２０４を画定する。
【００２３】
熱処理室１２０は処理筒２０４を含み、ウエハ２０８の加工が行われる筒内の中空部２０６を画定する。一実施態様において、処理筒２０４は概ね矩形の断面を有するように構成されても良く、ウエハ２０８を包囲する最小の内部体積を有している。処理筒２０４は石英から作られても良く、また炭化ケイ素、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、またはその他の好適な材料から作られても良い。処理筒２０４は約０．００１トルから１０００トルの範囲の圧力、例えば約０．１トルから約７６０トルの間で加圧されることがあっても良い。
【００２４】
ウエハ保持スタンド２１０が処理筒２０４の中空部２０６内に配置されており、一枚のウエハ２０８を保持する。スタンド２１０は様々な耐熱材料、例えば石英などであって良い。いくつかの実施態様において、スタンド２１０は約５０μｍから約２０ｍｍの範囲の高さを有しても良い。
【００２５】
処理筒２０４は、ガスを吸排出するための吸排気口１２６を有している。
【００２６】
図２を再び参照すると、処理筒２０４は発熱体２１２によって概ね包囲されている。熱拡散器具２１４は、発熱体２１２と処理筒２０４の間に配置されるように、発熱体２１２に近接して配置されても良い。熱拡散器具２１４は、発熱体２１２の熱エネルギー出力を吸収し、処理筒２０４の全域に熱を均一に拡散する。熱拡散器具２１４は、十分に高い熱伝導率を有する様々な好適な熱拡散材料であっても良く、好ましくは炭化ケイ素、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、またはグラファイトである。
【００２７】
開口部２１６は、処理を行う前後にウエハ２０８をローディング及びアンローディングするための出入り口を提供する。開口部２１６は比較的小さな開口でも良い。一実施態様において、開口部２１６は、約０．５から２ｍｍの厚さで最大約３００ｍｍ（約１２インチ）の直径を有するウエハ、及び開口部を通過するロボット１０６（図１）の一部を収容するために、十分に大きな高さ及び幅を有して良い。開口部２１６の高さは約１８ｍｍから５０ｍｍの間、例えば約２０ｍｍぐらいであっても良い。処理筒２０４及び開口部２１６のサイズは、処理を行う様々なサイズをしたウエハを収容するために十分に大きな、様々なサイズで作られて良いことを理解されたい。
【００２８】
図３は本発明のサーマルアッシング処理のフローチャート（３００）である。
【００２９】
一実施態様において、シリコン基板即ちウエハが提供される。この実施態様では、ウエハへのイオン注入処理は済んでいる（ｓ３０２）。例えば、基板はＮウェル及びＰウェルが形成された表面を有している。ｐ形不純物及びｎ型不純物は別々に注入されるが、シリコン基板のそれぞれの部分はレジストマスクで覆われている。ＭＯＳトランジスターを形成するＮウェル及びＰウェルそれぞれに、ｐ形不純物及びｎ型不純物が、選択的にＮウェル及びＰウェルにイオン注入される。異なった不純物がＮウェル及びＰウェルに注入されるので、レジストマスクはＮウェル及びＰウェルそれぞれの一方を覆うように用いられる。例えば、ｎ型不純物はリン及びヒ素を含んで良く、一方のｐ形不純物はホウ素を含んで良い。
【００３０】
イオン注入処理を続けることが可能となる前に、レジストは除去される。
【００３１】
本発明の一実施態様において、ウエハ２０８がウエハスタンド２１０に配置されるように、搬送室１０８を経由して処理室１２０にローディングされることによって、レジスト除去処理が開始する（ｓ３０４）。この配置の直後に、ゲートバルブ１１８は閉じられる。
【００３２】
処理室１２０へのウエハ２０８の配置後に、最高で概ね１００％純粋な酸素（Ｏ２）の反応ガスが、処理室１２０内に導入される（ｓ３０６）。処理室１２０内の酸素の分圧は、例えば約１００トルから１０００トルの間、好ましくは約７６０トルに調節される。いくつかの実施態様において、レジストの残滓の除去を促進するように、少量のクリーニングガス及び／または蒸気を酸素と共に流すことも可能である。クリーニングガスは、例えば４フッ化炭素（ＣＦ４）、フッ素（Ｆ２）及び同等物が含まれる。
【００３３】
処理室１２０の内部環境の温度を、周囲温度あるいはあらかじめ加熱された温度から、最高温度が約７００℃から約１２００℃になるように上昇させる。
【００３４】
これらの温度及び圧力状態の下で、酸素（Ｏ２）がレジスト層と反応する。レジスト層は炭素、水素及び酸素からできているので、レジスト層の酸化は二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）を生じる。上昇した温度における高濃度の酸素（Ｏ２）は、レジストの完全な酸化を確実に行わせるので、ウエハ２０８には残滓が何ら残留しない。必要または所望であれば、残存している酸素（Ｏ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）は、後で排出される（ｓ３０８）。いくつかの実施態様において、アニーリングを開始する前に全ての酸素を取り除くように、例えば窒素を用いて処理室１２０はパージされても良い。
【００３５】
一実施例において、基板及びレジストが、約４００℃を有する概ね１００％純粋な酸素環境の処理室に置かれた場合、フォトレジストの除去速度は、約０．０１μｍ／分から約５μｍ／分になり得る。
【００３６】
ひとたびアッシング処理が完了されると、処理室１２２内の温度をアニーリング温度、例えば７００℃から１２００℃の範囲に上昇させ、被注入部分を活性化させる（ｓ３１０）。一実施態様において、サーマルアッシングの温度の範囲からアニーリング温度への温度の変化が連続的であっても良い。
【００３７】
あるいは、ウエハ２０８が処理室１２０から取り出され、処理室１２２（図１）のようなアニーリング室に配置されても良い。処理室１２２の温度をアニーリング温度、例えば７００℃から１２００℃の範囲に上昇させ、被注入部分を活性化させる（ｓ３１０）。有利なことに、サーマルアッシング及びアニーリングを別々に行うために２つの処理室を使用することは、ウエハのスループットを増加させるかもしれない。
【００３８】
図４は本発明の更に別の実施態様を示すフローチャートである。この実施態様において、本発明のサーマルアッシング処理４００は、１つの処理室１２０を用いて、いわゆる「ワンステップ」処理を成し遂げ得る。この実施態様において、レジストが形成された表面を有するウエハ２０８が、処理室１２０にローディングされる（ｓ４０２）。ウエハ２０８の温度は、周囲温度（または処理室の現在の温度を大きく下回る温度）である。処理室１２０の内部環境の温度は、アニーリングに好適な所定の処理温度、例えば約９００℃から約１２００℃の間に維持される。
【００３９】
概ね純粋な酸素の反応ガスが処理室１２０に導入され（ｓ４０６）、それによってウエハ２０８及びレジストを酸素にさらし、レジストの酸化を開始させる。
【００４０】
周囲温度を有するウエハ２０８を、処理室環境のアニーリング温度まで加熱することによってレジストが酸化され、二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）を生成する（ｓ４０８）。いくらか残存している酸素（Ｏ２）はもとより、反応による副生成物である二酸化炭素（ＣＯ２）及び水（Ｈ２Ｏ）は、所望であれば、処理室１２０から除去され得る（ｓ４１０）。
【００４１】
ウエハ２０８が定常状態のアニーリング温度になるように加熱し続けることによって、レジストが除去されたウエハを、被注入不純物を活性化させるようにインプラントアニールさせる（ｓ４１２）。
【００４２】
本発明のサーマルアッシング処理は、プラズマを使用せず、アルミニウム構造が融解される臨界温度よりも低い温度でレジストを除去する。それ故に、本発明のサーマルアッシング処理は、アルミニウム（Ａｌ）またはその他の類似した種類の金属の存在下でも、レジストを除去するために使用され得る。
【００４３】
本発明のサーマルアッシング処理は、通常インプラントアニールより先に行うように、ここまで説明されてきた。しかしながら、本発明のサーマルアッシング処理は、ほとんどの半導体製造過程、例えば拡散、酸化、蒸着等の処理の前、即ちこれらの過程がレジスト層の除去の後に続けて行われても良いことは当業者には明らかである。
【００４４】
本発明に付いて特殊な実施態様について記述してきたが、これらは例示的なものであって、本発明をこれに限定するものではない。更に、特許請求の範囲及び発明の詳細に属する変形及び変更は、全て本発明の範囲内に含まれる。例えば、本発明のアッシング処理及びインプラントアニール処理は、ウエハのスループットを増加させるようにバッチ式ウエハ処理システムでなされても良い。よって、本発明は、特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の典型的な環境を実現する半導体ウエハ処理装置の、一実施態様の側面略図である。
【図２】本発明の一実施態様に基づく熱処理室の簡略断面図である。
【図３】本発明の処理の一実施態様のフローチャートである。
【図４】本発明のまた別の実施態様のフローチャートである。
【図１】
2007513496.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007513496.tif 000005
【図４】
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【国際調査報告】
2007513496.tif 000007
2007513496.tif 000008
2007513496.tif 000009