DE3751333T2 - Verfahren zum Entfernen von Photoresists auf Halbleitersubstraten. - Google Patents
Verfahren zum Entfernen von Photoresists auf Halbleitersubstraten.Info
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zum Entfernen eines Fotoresistfilms auf einem Halbleiterwafer durch ein reaktives Plasma.
- Im allgemeinen wird beim Herstellen von Halbleitervorrichtungen ein Halbleiterwafer, der mit einem gemusterten Fotoresistfilm maskiert ist, chemisch behandelt, zum Beispiel durch Ätzen. Nachdem der Wafer geätzt worden ist, wird das Fotoresist nicht mehr benötigt und muß entfernt werden. Das Entfernen des benutzten Fotoresists ist durch eine chemische Naßbehandlung ausgeführt worden. Falls jedoch das Fotoresist durch die Behandlung des Wafers angegriffen worden ist, kann das benutzte Fotoresist durch die chemische Naßbehandlung nicht ohne weiteres entfernt werden.
- Das Fotoresist wird in den folgenden Fällen angegriffen.
- (a) Wenn dem Wafer Ionen implantiert werden, werden der Oberfläche des Fotoresists auch Ionen implantiert, wodurch die Dissoziation von Wasserstoff- und Sauerstoffatomen von ihm verursacht wird, so daß auf der Oberfläche Karbonat des Fotoresistmaterials erzeugt wird.
- (b) Fluorradikale in einem Gasgemisch, wie das Gemisch aus Kohlenstofftetrafluorid (CF&sub4;) mit 5 bis 30% Sauerstoff (O&sub2;), das im allgemeinen zum Ätzen von polykristallinem Silizium oder Siliziumdioxid (SiO&sub2;) verwendet wird, erzeugen Fluorid des Fotoresists. Dieses Fluorid kann durch die chemische Naßbehandlung nicht entfernt werden.
- (c) Chlor oder Chloridgas, z. B. CCl&sub4;, das bei einem reaktiven Ionenätzen (nachfolgend als RIE bezeichnet) zum Ätzen von Aluminium verwendet wird, erzeugt Aluminiumchlorid (AlCl&sub3;), das sich auf der Oberfläche des Fotoresists abscheidet.
- (d) CF&sub4;, das beim RIE verwendet wird, erzeugt Polymere, wie CF&sub1;, CF&sub2;, etc., auf der Oberfläche des Fotoresists. Diese Polymere sind durch chemische Naßbehandlung schwer zu entfernen.
- Um die angegriffenen Fotoresists zu entfernen, die durch chemische Naßbehandlung nicht ohne weiteres entfernt werden können, ist ein Veraschungsverfahren eingesetzt worden. Die Veraschung wird durch Exponieren des Fotoresists in einem Sauerstoffplasma ausgeführt, das durch eine herkömmliche Plasmaätzvorrichtung vorgesehen werden kann. Der Mechanismus des Plasmaveraschens ist hauptsächlich die Dissoziation der Atombindung in dem Fotoresistmaterial durch Beschuß mit geladenen Partikeln und mit ultravioletter Strahlung, die beide in dem Plasma erzeugt werden. Die erhöhte Temperatur des Fotoresists hilft auch bei der Dissoziation. So werden dissoziierte Atome chemisch aktiviert, um sich mit Sauerstoff zu verbinden, um zum Beispiel CO&sub2; herzustellen, das flüchtig und leicht zu entfernen ist. Während des Veraschungsprozesses läßt sich der Oberflächenabschnitt des Fotoresists, das durch die vorhergehende Behandlung des Wafers angegriffen worden ist, langsam oder schwer abbauen, aber die innere Seite des Fotoresists wird thermisch abgebaut und gleichzeitig erweicht, da das Fotoresist aus Plastharz besteht, wie Polymethylmethacrylat. Bei der Veraschungsbehandlung wird die angegriffene Oberfläche des Fotoresists in kleine Partikeln umgewandelt, die an der Oberfläche des Wafers haften und durch chemische Naßreinigung entfernt werden müssen. Jedoch verbleiben Partikeln, die auf diese Weise entfernt werden, in der chemischen Lösung und können sich auf der Oberfläche des Wafers wieder abscheiden. Das Abscheiden der Partikeln auf der Waferoberfläche mindert den Produktionsausstoß und verringert die Qualität des Produkts.
- Der neue Trend zur Halbleiterherstellung mit hoher Dichte hat weitere Probleme hervorgebracht:
- A. Die Ionenimplantation wird im steigenden Maße eingesetzt, besonders zum Herstellen von stark dotierten Zonen, zum Beispiel die Zone zwischen Source und Drain. Während der Ionenimplantation wird auch der Fotoresistfilm attackiert, und widerstandsfähigeres angegriffenes Material, das schwerer zu entfernen ist, wird auf der Oberfläche des Resistfilms gebildet, besonders wenn schwere Ionen, wie Phosphorionen (P&spplus;) oder Arsenionen (As&spplus;) in hohen Dosen, z. B. 1 x 10¹&sup5; cm&supmin;² oder mehr, implantiert werden.
- B. Die Forderung nach einer höheren Integrationsdichte macht die Vorrichtung gegenüber den Restpartikeln empfindlicher.
- C. Die hohe Energieeinstrahlung durch RIE durch Zerstäubung ist effektiv, um das widerstandsfähige angegriffene Fotoresist, das oben in Abschnitt A beschrieben wurde, zu entfernen. Jedoch können bei diesem Verfahren die energiereichen aktiven Arten leichter ein Erweichen der nicht angegriffenen inneren Seite des Fotoresists verursachen, so daß der angegriffene Oberflächenabschnitt des Fotoresists in den erweichten inneren Abschnitt sinkt. So wird verhindert, daß die gesunkene angegriffene Oberfläche angemessen beschossen wird, und sie haftet schließlich an der Oberfläche des Wafers. Somit haften mehr angegriffene Abschnitte als Partikeln an dem Wafer. Der RIE-Beschuß des Wafers mit hoher Energie kann auch die Qualität der Halbleiterprodukte beeinträchtigen, die aus diesem Wafer hergestellt werden. Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist und wie durch R. L. Maddox et al. in "Applications of Reactive Plasma Practical Microelectronics Processing Systems", SOLID STATE TECHNOLOGY, April 1978, berichtet wurde, hat weder ein Vorschlag noch ein Bedarf zum fühlen der Wafers und des Fotoresists während der Entfernung des Fotoresists existiert. Vielmehr ist es vorteilhaft, das Fotoresist auf einer hohen Temperatur zu halten, um die Veraschungsrate, d. h., die Geschwindigkeit des Reduzierens des Fotoresists, zu erhöhen. Andererseits ist der Halbleiterwafer während des Plasmaätzens des Wafers selbst gekühlt worden, wie durch den Erfinder in der vorläufigen Veröffentlichung des japanischen Gebrauchsmusters 56-14366 vorgeschlagen wurde. Der Vorteil des Kühlens eines Halbleiterwafers während des Ätzens des Wafers ist folgendermaßen. Das Plasma, das immer eine hohe Temperatur hat, erhitzt den Wafer sowie das Fotoresist auf seiner Oberfläche und fördert somit eine Verschlechterung (z. B. Zersetzung) und Deformation (d. h. Erweichung) des Fotoresists. Es muß damit gerechnet werden, daß das verschlechterte Fotoresist während des Waferätzverfahrens geätzt wird. Deshalb ist der Wafer gekühlt worden, um eine Verschlechterung und Deformation des Fotoresists zu vermeiden. Somit konnte das Ätzselektionsverhältnis, d. h., das Verhältnis der Ätzrate des zu ätzenden Abschnittes zu jener des Fotoresists, oder die Ätzrate des zu ätzenden Abschnittes zu jener der Unterschicht, wie Siliziumdioxid oder Phosphorsilicatglas, verbessert werden, woraus Herstellungsgenauigkeit resultiert.
- EP-A-0 216 603 bezieht sich auf das Ätzen/Ablösen von Fotoresist. Es offenbart eine Vorrichtung, in der die Temperatur eines Wafers durch eine Heiz- oder Kühlvorrichtung gesteuert werden kann. Das Kühlen wird speziell zum Erhalten des Fotoresists erwähnt.
- US-A-4 292 384 offenbart eine Plasmaätzvorrichtung zur Entwicklung von Resists, zum Ätzen von Halbleitervorrichtungen, zur Herstellung von Fotomasken und zur Entfernung von Resists. Die Vorrichtung hat eine Niederspannungsgleichstromplasmaquelle und (a) ein Mittel zum Steuern der Temperatur des Plasmas und (b) ein weiteres Mittel zum Steuern der Temperatur des Targets der Plasmaverarbeitung - durch Erhitzen oder Kühlen. Es wird erwähnt, daß das Veraschen der meisten Fotoresists unerwünschte Rückstände hinterläßt. Es wird erklärt, daß selbst restliche anorganische Rückstände von dem Fotoresist durch Verwendung von Gemischen halogenhaltiger Gase mit Sauerstoff während der Veraschungsprozedur gleichzeitig entfernt werden können.
- Eine allgemeine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum effektiven Entfernen von angegriffenem Fotoresist vorzusehen, ohne einen Schaden an dem Wafer zu verursachen.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies durch das Mittel nach Anspruch 1 erreicht, bei dem Fotoresist auf einem Halbleiterwafer, und besonders angegriffenes Fotoresist, durch ein reaktives Gasplasma entfernt wird, während der Wafer durch eine Kühlvorrichtung gekühlt wird. Eine Erhöhung der Temperatur des Fotoresists während seiner Entfernung in dem Gasplasma wird somit unterdrückt, und ein Erweichen des nicht angegriffenen inneren Abschnittes des Fotoresists wird verhindert, so daß es den angegriffenen Oberflächenabschnitt stützen kann. Demzufolge sinkt der angegriffene Oberflächenabschnitt nicht in die innere Seite des Fotoresists, so daß der Beschuß der angegriffenen Oberfläche des Fotoresists durch das Plasma gewährleistet ist, bevor die angegriffene Oberflächenzone an der Waferoberfläche haftet, woraus eine gute Entfernung des Fotoresists resultiert.
- Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eingehender beschrieben, in denen:
- Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Plasmabehandlungsvorrichtung des Tonnentyps ist, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
- Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer Einzelwaferplasmabehandlungsvorrichtung ist, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet.
- Die Konstruktion und Operation von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird unter Bezugnahme auf eine Hochfrequenzplasmabehandlungsvorrichtung des sogenannten Tonnentyps zum Entfernen des angegriffenen Fotoresists auf einer Vielzahl von Halbleiterwafers beschrieben, wie in Fig. 1 gezeigt. Halbleiterwafers 9, die z. B. eine 1,2 um dicke Fotoresistschicht tragen, deren Oberfläche als Resultat einer Implantation bei einem früheren Herstellungsschritt mit einer Anzahl von 3 x 10¹&sup5; Phosphorionen (P&spplus;) pro Quadratzentimeter mit einer Beschleunigungsenergie von 120 keV unerwünscht in Mitleidenschaft gezogen worden ist, werden mit ihrer fotoresistbeschichteten Oberfläche nach oben auf Kühlträger 4 geladen, die in einer Reaktionskammer 1 angeordnet sind. Die Kühlträger 4 werden durch hindurchfließendes Kühlmittel 18, 18' gekühlt, das von einem Kühlmitteleinlaß 3a eingeleitet und durch einen Kühlmittelauslaß 3b abgelassen wird. Der Kühlmitteleinlaß 3a und der Kühlmittelauslaß 3b sind aus Rohr und dienen auch als Stützglieder der Kühlträger 4. Die Reaktionskammer 1 ist aus dielektrischem Material, zum Beispiel aus Quarz, und ist wie ein Zylinder geformt. Die Kammer 1 ist am Boden offen und hat einen flachen offenen Rand und ist auf der flachen Oberfläche einer Grundplatte 2 angeordnet, um einen Vakuumverschluß zu bilden. Ein reaktives Gas, vorwiegend Sauerstoffgas (O&sub2;), wird durch einen Gaseinlaß 5 mit einer Strömungsrate von etwa 500 cc/min in die Reaktionskammer 1 geführt. Gleichzeitig wird die Reaktionskammer 1 durch den Gasauslaß 6 durch eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) evakuiert, um das Innere der Kammer 1 auf einem Vakuum von etwa 1 Torr (1,33 x 10² Pa) zu halten. HF-Energie, z. B. etwa 1,5 kW bei 13,56 MHz, wird von einer HF-Energiequelle 8 für 3 bis 5 Minuten HF-Elektroden 7a und 7b, die beide außerhalb der Kammer 1 angeordnet sind, oder einer HF-Spule (nicht gezeigt) anstelle dieser Elektroden zugeführt, um in der Reaktionskammer 1 ein Plasma zu erzeugen. Das O&sub2;-Plasma reagiert bereitwillig mit der angegriffenen Oberfläche des Fotoresists auf den Halbleiterwafers und zersetzt diese, während die innere Seite des Fotoresists, die durch das den Kühlträger 4 durchfließende Kühlmittel gekühlt wird, noch hart genug ist, um die angegriffene Oberfläche des Fotoresists zu stützen. So verbleibt sehr wenig von dem angegriffenen Fotoresist auf der Oberfläche des Wafers. Als Alternative kann eine HF-Energiequelle von 400 W bei 400 kHz verwendet werden, um eine starke Plasmazerstäubung bei 1 Torr (1,33 x 10² Pa) des Sauerstoffgases zu erzeugen. Den Effekt des Kühlens des Wafers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen die untenstehenden Daten. Temperatur des Kühlmittels Menge an restlichen Partikeln auf irgendeinem speziellen Bereich Daten
- Eine andere Ausführungsform der Erfindung zum Entfernen des Fotoresists in einem Einzelwafersystem ist in Fig. 2 gezeigt, bei der Mikrowellenenergie eingesetzt wird, um ein Gasplasma zu erzeugen. Die Mikrowellenenergie wird von einer 2,45-GHz-Mikrowellenenergiequelle (nicht gezeigt) durch einen Wellenleiter 11 zugeführt, wie durch den Pfeil 12 gezeigt, und durch ein Mikrowellenfenster 13 aus dielektrischem Material, z. B. Quarz oder Keramik, in die Reaktionskammer 14 geführt, die aus Metall besteht.
- Ein ähnlicher Halbleiterwafer 9 mit ähnlichem angegriffenen Fotoresist wie in Fig. 1 wird mit der fotoresistbeschichteten Oberfläche nach oben auf eine Bühne 15 geladen. Die Bühne 15 wird durch ein einen Kanal 16, der in der Bühne 15 installiert ist, durchfließendes Kühlmittel 18, 18' gekühlt, das von einem Kühlmitteleinlaß 17a eingeleitet und durch einen Kühlmittelauslaß 17b abgelassen wird.
- Andere Bezugszeichen bezeichnen dieselben oder entsprechende Teile von Fig. 1. Ein reaktives Gas (O&sub2;) wird von dem Gaseinlaß 5 mit einer Strömungsrate von etwa 200 cc/min in das Innere der Reaktionskammer 14 geführt. Gleichzeitig wird die Kammer 14 durch eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) durch einen Gasauslaß 6 evakuiert, um das Innere der Kammer bei einem Vakuum von etwa 3 Torr (4 x 10² Pa) zu halten. Mikrowellenenergie, die in die Kammer 14 geführt wird, erzeugt in ihr ein Sauerstoffplasma, das das Fotoresist auf dieselbe Weise wie in der Vorrichtung von Fig. 1 entfernt. Ein gutes Entfernen des Fotoresists wird nach 3 bis 5minütiger Anwendung der Mikrowellenenergie bestätigt.
- Ein Anwenden von Fett, um den Wafer auf dem Träger 4 oder der Bühne 15 zu fixieren, ist effektiv, um auf Grund der verbesserten Wärmeleitung zwischen dem Wafer 9 und dem Träger 4 oder der Bühne 15 die Zeit zu reduzieren, die zur vollständigen Entfernung des angegriffenen Fotoresists benötigt wird.
- Ein gutes Entfernen des angegriffenen Fotoresists wird auch bestätigt, wenn dem Sauerstoffgas etwas Argongas (Ar) oder Stickstoffgas (N&sub2;) hinzugefügt wird, um die Plasmaproduktion zu stabilisieren, oder wenn dem Sauerstoffgas ein Fluoridgas, z. B. Kohlenstofftetrafluoridgas (CF&sub4;), hinzugefügt wird, um die Reaktion zu fördern.
- Obwohl in den meisten Fällen nicht erforderlich, können zusätzliche Verfahren, chemische Naßreinigung oder stromabwärtige Veraschung, nach dem Veraschungsverfahren zum besseren Entfernen des Fotoresists angewendet werden, falls notwendig.
- Eine Ausführungsform der Erfindung sieht somit ein Verfahren vor, bei dem Fotoresist auf einem Halbleiterwafer, der während eines Herstellungsverfahrens behandelt worden ist, wodurch das Fotoresist schwer entfernbar geworden sein kann, entfernt wird, indem es reaktivem Gas, z. B. Sauerstoffplasma, ausgesetzt wird, während der Wafer durch eine Kühlvorrichtung gekühlt wird. Die Kühlvorrichtung kann ein Träger oder eine Bühne sein, worauf der Wafer angeordnet wird, und Kühlmittel fließt durch ein Rohr oder einen Kanal, der daran angebracht ist. Das Kühlen des Wafers verhindert, daß das Fotoresist durch die Wärme von dem Plasma erweicht wird, so daß die innere Seite des Fotoresists hart genug gehalten werden kann, um den angegriffenen Oberflächenabschnitt des Fotoresists zu stützen, wodurch verhindert wird, daß der angegriffene Oberflächenabschnitt an der Oberfläche des Wafers haftet. Deshalb kann der angegriffene Abschnitt durch das Plasma effektiv bestrahlt und zersetzt werden, ohne Rückstände auf dem Wafer zu hinterlassen. Reduzierte Rückstände auf der Waferoberfläche tragen zu einem verbesserten Produktionsausstoß und einer verbesserten Qualität der Produkte bei, die aus dem Wafer hergestellt werden.
- Fachleute werden ohne weiteres auf zahlreiche Abwandlungen und Veränderungen kommen, und es wird nicht gewünscht, die Erfindung auf die exakte Konstruktion und Operation zu begrenzen, die gezeigt und beschrieben ist. Demzufolge können alle geeigneten Abwandlungen und Äquivalente als in den Schutzumfang der Erfindung fallend behandelt werden.
Claims (7)
1. Ein Verfahren zum Entfernen von einem gekühlten
Halbleiterwafer, durch Reaktion mit einem aktiven Gasplasma,
einer Beschichtung aus Resist, dessen Oberfläche gegenüber
dem Entfernen durch chemische Naßbehandlung beständig ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Oberflächenschicht
durch Reaktion mit einem Plasma und durch Verflüchtigung
selektiv entfernt wird, wodurch das Plasma mit der
angegriffenen Oberfläche des Resists auf dem Halbleiterwafer
reagiert und es zersetzt, während die innere Seite des Resists,
die durch ein Kühlmittel gekühlt wird, das einen Kühlträger
(4) durchfließt, um zu verhindern, daß die Unterseite der
Resistbeschichtung erweicht, noch hart genug ist, um die
angegriffene Oberfläche des Resists zu stützen.
2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die
Beständigkeit der Oberfläche des Resists gegenüber dem Entfernen
durch chemische Naßbehandlung ein Resultat einer
Ionenimplantation oder eines reaktiven Ionenätzens des
resistbeschichteten Wafers ist.
3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem ein
Kühlmittel verwendet wird, das eine Temperatur in dem
Bereich von -1,1 bis -14,1ºC hat.
4. Ein Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden
Anspruch, bei dem das Plasma aus Sauerstoffgas ist.
5. Ein Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das
Sauerstoffgas Argon oder Stickstoff oder beides enthält.
6. Ein Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das
Sauerstoffgas ein Fluoridgas enthält.
7. Ein Verfahren nach irgendeinem vorhergehenden
Anspruch, bei dem das Plasma durch Hochfrequenzerregung
erzeugt wird.
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