(57)【要約】【課題】基板上に存在しているエッチングあるいはイオン注入されたレジスト膜を完全に除去し得る方法を提供する。【解決手段】基板上に存在しているレジスト膜に、H3Oイオンを選択的に注入する工程と、前記H3Oイオンによって注入後のレジスト膜を除去する工程と、を有することを特徴とするレジスト膜の除去方法など。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に存在しているレジスト膜に、H3Oイオンを選択的に注入する工程と、
前記H3Oイオンによって注入後のレジスト膜を除去する工程と、
を有することを特徴とするレジスト膜の除去方法。
【請求項２】
レジスト膜が、エッチングあるいはイオン注入などの処理を受けた変質層を有するレジスト膜であることを特徴とする請求項1に記載のレジスト膜の除去方法。
【請求項３】
基板上に存在しているレジスト膜に、H3Oイオンを注入する工程の前に、前記レジスト膜が存在している基板上に、さらにレジスト膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項1または2に記載のレジスト膜の除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板上のレジスト膜、特に、ドライエッチングやイオン注入などの処理を受けた後の変質層を有するレジスト膜を、完全に除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上に塗布され、選択的に露光後、現像されてパターン化されたレジスト膜は、その後に行われるドライエッチングやイオン注入などの処理に対するマスクとしての役割を果たした後、酸素プラズマアッシングのようなドライプロセスや、硫酸+過酸化水素水、アンモニア+過酸化水素水などの有機剥離液を用いたウエットプロセスによって、あるいはそれらプロセスの組み合わせによって除去される。
【０００３】
しかしながら、このレジスト膜は、ドライエッチングやイオン注入などの処理を受けると、その表面に変質層が形成され、ドライプロセスやウエットプロセスによっては完全に除去することが難しくなり、次のような問題が生じる。すなわち、ゲートエッチング時やメモリに使われるONO(Oxide-Nitride-Oxide)構造の加工時には、幅3nm以下の下地に選択性を確保しなければならず、そのために反応性の低いハロゲン化物(例えば、HBr)を使用すると、レジスト膜表面に臭素化物を含む変質層が形成され、これが有機臭素系難燃剤のような働きをし、従来の酸化作用に基づく除去プロセスでは容易に除去されず、残渣となって次のゲート加工で転写され、ショートなどの不具合を引き起こす。また、レジスト膜がチャージアップで変形するほどの微細なゲート加工時には、最初にレジスト膜をマスクとして酸化膜をエッチングし、次にレジスト膜を剥離して現れた酸化膜をマスクとし、CxFy系のガスを使用したプラズマエッチングを行ってMETAL/POLYなどのゲート加工を行う必要があるが、この時、レジスト膜表面には(C2F4)nの構造に近い化学的に安定なフッ化物を含む変質層が形成され、上記の臭素化物の場合と同様な問題を引き起こす。さらに、導電型不純物であるP、B、Asなどをイオン注入すると、レジスト膜中にもこれらの元素が打ち込まれ硬い変質層が形成されるが、酸素プラズマアッシング時にこの変質層には揮発し難い導電型不純物の酸化物が形成され、基板上に残渣となって残り、上記と同様な問題を引き起こす。
【０００４】
そこで、このような問題を解決するために、特許文献1には、レジスト膜表面にレーザー光を照射して変質層をアブレーションで除去したり、レジスト膜の上方にレーザー光を集光して雰囲気を絶縁破壊し、衝撃波で変質層に亀裂を生じさせてレジスト膜の剥離を容易にする方法が提案されている。また、特許文献2には、低温で酸化性ガスを用いた第1のアッシングによりレジスト膜を除去後、高温でフッ素または水素系ガスを用いた第2のアッシングにより導電型不純物の酸化物の残渣を除去する方法が提案されている。さらに、特許文献3、4および非特許文献1には、少なくとも水素を含むプラズマによる反応性イオンエッチングを行って変質層の化学結合を切断し、導電型不純物を揮発性の高い水素化物とした後、酸素を含むガスプラズマのダウンフロー処理を行って、レジスト膜を除去する方法が提案されている。
【特許文献１】特開2004-157424号公報
【特許文献２】特開2000-286248号公報
【特許文献３】特開平6-349786号公報
【特許文献４】特開平7-86146号公報
【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physics, Vol.28, No.10 (1989) 2130-2136
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献1に記載の方法では、レーザー光を照射して変質層をアブレーションで除去できたとしても、その熱エネルギーで変質層直下のレジストが炭化してしまい、生じた高密度のC-C結合は従来の剥離プロセスでは容易に分解・除去できない。また、衝撃波で破壊させる方法は、導電型不純物をイオン注入して形成される硬質な変質層には効果的であるが、CxFy系のガスを使用したプラズマエッチングによって形成される(C2F4)nの構造に近い軟質なポリマーからなる変質層には、衝撃が吸収されるため効果的ではない。特許文献2に記載の方法では、低温で酸化性ガスを用いた第1のアッシングにより導電型不純物の酸化物が一度形成されると、酸素との結合エネルギーが水素やフッ素との結合エネルギーより大きいため、その後の高温でフッ素または水素系ガスを用いた第2のアッシングを行ってもこの酸化物を除去することが困難になる。また、フッ素を用いて第2のアッシングを行うと、下地のシリコンや酸化膜などのエッチングが加速されるため、微細パターンの形成では、その適用に限界がある。特許文献3、4および非特許文献1に記載の方法では、水素は安全上取り扱いが難しいこと、CxFy系のガスを使用したプラズマエッチング後のレジスト膜表面は、エッチング生成物と変質物であるフッ化物とが混在した変質層が形成されるが、フッ化物がエッチング生成物より下側に形成された部分では、レジスト膜の除去が著しく困難になること、などの問題がある。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、ドライエッチングやイオン注入などの処理を受け、その表面に変質層が形成されたレジスト膜を容易かつ完全に除去し得るレジスト膜の除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、ドライエッチングやイオン注入などの処理により変質層が形成されたレジスト膜の除去方法について検討したところ、従来から行われているドライプロセスやウエットプロセスで除去する前に、変質層が形成されたレジスト膜にH3Oイオンを注入することが、その後の除去処理に極めて効果的であることを見出した。
【０００８】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、基板上に存在しているレジスト膜に、H3Oイオンを選択的に注入する工程と、前記H3Oイオンによって注入後のレジスト膜を除去する工程と、を有することを特徴とするレジスト膜の除去方法を提供する。
【０００９】
本発明の方法は、レジスト膜が、エッチングあるいはイオン注入などの処理を受けた変質層を有するレジスト膜である場合に、特に効果的である。
【００１０】
本発明の方法では、基板上に存在しているレジスト膜に、H3Oイオンを注入する工程の前に、前記レジスト膜が存在している基板上に、さらにレジスト膜を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、ドライエッチングやイオン注入などの処理により変質層が形成されたレジスト膜を容易かつ完全に除去できるため、残渣フリーとなって異物によるパターン欠陥を大幅に低減することができ、また、半導体装置製造における歩留まりの向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明のポイントは、ドライエッチングやイオン注入などの処理により変質層が形成されたレジスト膜に、H3Oイオンを選択的に注入することにより、変質層を形成している変質物の化学結合を物理的、化学的に切断して、水素化された化学種に細分化することで、その後のドライプロセスやウエットプロセスにおけるレジスト膜の除去を容易にすることにある。
【００１３】
また、本発明の方法においては、以下のような利点を列挙することができる。
1)レジスト膜を除去する前に、H3Oイオンを選択的に注入することにより変質物の化学結合を分断しているため、次のドライプロセスによるアッシング時に過剰な水素あるいは水蒸気を添加する必要がなく、従来の問題、すなわちアッシング時にこれらの添加量を増加させると酸素ラジカルが水素ラジカルに捕獲されて生じるエッチングレートの大きな低下を防止することができる。そのため、変質してないレジスト膜の酸化で放出されるエネルギーを受けて、事前に水素化された化学種は速やかに気相となって脱離していくことになる。
2)前述したように、レジスト膜表面は、エッチング生成物と変質物とが混在した変質層が形成されているため、水素ガスによるアッシングでは、表面に露出している変質物の水素化は可能であるが、エッチング生成物に覆われている変質物は水素化されない。本発明の方法では、高エネルギーで加速されたH3Oイオンを選択的に注入しているため、内部にある変質物まで水素化し、分解することができる。
3)本発明の方法により変質層を効果的に分解できるため、その後のレジスト膜除去プロセスにおいて半導体装置表面へのダメージが少ない条件を選択することができる。
【００１４】
なお、H3Oイオンを選択的に注入する工程の前に、レジスト膜が存在している基板上に、さらにレジスト膜を形成すると、本来除去すべきレジスト膜が存在してない基板に対するH3Oイオンの衝撃を緩和することができるので好ましい。
【実施例１】
【００１５】
Si表面に、順次、厚み2nmのゲート酸化物(SiO2)、厚み200nmのpolySi、厚み200nmのプラズマ酸化膜(P-SiO)が形成された基板上に、厚み600nmのレジスト膜を形成し、フォト工程で露光・現像して、図1(a)に示すように、幅0.2μmL/Sのパターニングを行った。そして、最初に、マルチチャンバーのエッチング装置を用い、図1(b)に示すように、Cl2-HBr-O2-Ar混合ガスプラズマによりレジスト膜を幅0.1μmまでトリミングした後、図1(c)に示すように、CF4-C4F8-CO-Ar混合ガスプラズマによりプラズマ酸化膜をエッチングした。その後、図1(d)に示すように、上記のレジスト膜と同じ組成で、厚み300nmのレジスト膜を塗布し、図1(e)に示すように、導電型不純物であるP、B、Asなどをイオン注入するイオン注入装置を用い水蒸気をイオン化して生成させたH3Oイオンを、加速電圧10-15keV、ドーズ量1-50×1012/cm2で選択的に注入し、図1(f)に示すように、酸素プラズマアッシングと硫酸+過酸化水素水への浸漬を組み合わせてレジスト膜を除去した。最後に、図1(g)に示すように、プラズマ酸化膜をマスクとして、Cl2-HBr-O2混合ガスプラズマによりpolySiをエッチングしてゲート加工を行った試料を作成した。
【００１６】
また、比較例として、図1(e)に示すH3Oイオンの選択的な注入を行わず、酸素プラズマアッシングと硫酸+過酸化水素水への浸漬を組み合わせてレジスト膜を除去し、プラズマ酸化膜をマスクとして、Cl2-HBr-O2混合ガスプラズマによりpolySiをエッチングしてゲート加工を行った試料を作成した。
【００１７】
なお、上記の「H3Oイオンの選択的な注入」を行うに際しては、水蒸気中でプラズマを立てる際に発生するH3Oイオン及びその他のイオンを含むガスから、質量分析器によってH3Oイオン以外のイオンを選別してから注入する方法が、例えば考えられる。
【００１８】
そして、レジスト膜の除去程度を評価するために、電気的なショート不良の発生頻度を調査したところ、比較の試料の発生頻度を1とすると、本発明方法で作成した試料の発生頻度は0.12となり、大幅に低下した。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明であるレジスト膜を除去する方法の一例を模式的に示す図である。
【図１】
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