JP3248502B2 - レジストパターン剥離方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レジストパターン
をＯ₂プラズマで除去するレジストパターンの剥離方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】メモリＬＳＩの高集積化に伴い、メモリ
セルの微細化が進んでいる。一方、ロジックＬＳＩで
は、集積規模が大きくなるにつれて配線の比率も高ま
り、バルクよりも配線が集積密度を支配するようになっ
てきた。そのため、配線多層化技術の進歩が大いに期待
されている。

【０００３】多層配線形成のプロセスは、配線間を接続
するホールの埋め込みと上層配線用のアルミ膜形成とを
同時に行う方法がよく用いられている。この方法では、
埋め込みと上層配線材料の成膜が同時に行われるため、
ホールを埋め込んだ後に改めて配線用の金属膜を成膜す
る方法に比べ、工程数が少ないため、コストも安くする
ことができるというメリットがある。

【０００４】しかしながら、配線膜のスパッタと同時に
ホール内に配線材料が十分埋め込まれるようにするに
は、層間膜のビアホール形状を工夫する必要がある。こ
こで、図３を参照して、従来のビアホール形成方法につ
いて説明する。図３（ａ）〜（ｇ）は、変質していない
層間膜にビアホールを形成する様子を模式的に示す工程
断面図である。

【０００５】図３（ａ）に示すように、まず、多層配線
の層間膜１１として、ＴＥＯＳ（テトラエトキシオルソ
シリケート）などを原料としたシリコン酸化膜をＣＶＤ
により成膜した半導体基板１０上に、回転塗布法を用い
て、ノボラック樹脂を主成分としたｉ線レジストまた
は、酸触媒反応を利用した化学増幅系レジスト１２ａを
塗布する。続いてｉ線やＫｒＦなどの紫外線や電子線な
どの露光光源を用いて露光した後、所定の温度で露光後
ベーク（ＰＥＢ：Ｐｏｓｔ−ＥｘｐｏｓｕｒｅＢａｋｎ
ｉｇ）を行う。最後に現像及びリンス処理を行って、図
３（ｂ）に示すようなビアホール用レジストパターン１
２ａを形成する。

【０００６】次に、このビアホール用レジストパターン
１２ａが形成された半導体基板１０を界面活性剤の水溶
液で処理した後、図３（ｃ）に示すように、フッ酸とフ
ッ化アンモニウムを混合したウェットエッチング液１４
を用いて、層間膜１１を約０．４μｍの深さまで等方性
エッチングする事により、図３（ｄ）に示すような半球
型のホール形状が形成される。この後、脱水高温ベーク
をしてから、ドライエッチングする事によって、残りの
層間膜１１を異方性エッチングし（図３（ｅ）、（ｆ）
参照）、最後にレジスト１２ａを剥離することで、図３
（ｇ）に示すような層間膜１１のビアホールが形成され
る。

【０００７】このビアホール用のレジストパターン１２
ａを形成するためのリソグラフィー工程において、最適
な露光量や現像時間などを決定するための条件出しに使
用した半導体基板１０では、形成されたビアホール用レ
ジストパターン１２ａのホール寸法が設計通りの寸法に
ならなかった場合や、ホールの位置がずれてしまった場
合には、一度、レジストパターン１２ａを剥離してから
再度露光をやり直す必要がある。

【０００８】このレジストパターン１２ａを除去するた
めの、従来のレジストパターン剥離方法を図４（ａ）〜
（ｄ）の工程断面図を参照して説明する。図４に示すよ
うに、従来はビアホール用レジストパターン１２ａが形
成された半導体基板１０に、Ｏ₂プラズマ剥離処理を施
し、レジストをＯ₂プラズマ１７で酸（炭）化させて取
り除いた後（図４（ｂ）参照）、オルトジクロルベンゼ
ンなどの有機剥離液１８を用いたウェット剥離を行いレ
ジスト１２ａを除去していた（図４（ｃ）、（ｄ）参
照）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一旦形
成したレジストパターンを剥離した半導体基板１０上に
再度、レジストパターン１２ａを形成した後、図３
（ｃ）の工程のウェットエッチング処理を行った場合、
図５の工程断面図に示すような問題が生じる。すなわ
ち、図３に示した工程と同条件で処理をしたにも関わら
ず、図５（ｃ）に示すように、層間膜１１へのウェット
液のしみ込み１５が増大して、層間膜１１のビアホール
形状が図５（ｄ）のような形状となってしまう。これに
より、レジストパターン１２ａの剥がれなどが発生し、
デバイス不良を招いてしまうという問題がある。

【００１０】この原因は、レジストパターン剥離工程に
おけるＯ₂プラズマ処理において、図４（ｂ）に示すよ
うに、ホール部分、すなわち、レジスト１２ａに覆われ
ていない下地の層間膜１１が露出している部分に、直接
Ｏ₂プラズマ１７が照射されるため、この部分の層間膜
１１は、図６に示すような反応が起こり、膜質が変化し
て変質した層間膜１９となり、ウェットエッチング液に
対するエッチレートが変化してしまうからである。

【００１１】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであって、その主たる目的は、リソグラフィー工程で
の露光ミスなどにより、再度レジストパターン形成を行
う必要が生じた場合に、層間膜がＯ₂プラズマによって
変質することによりウェットエッチング液がしみ込み、
レジストパターンの剥がれが生じる等の不具合を防止
し、良好な層間膜のビアホールパターンを形成すること
ができるレジストパターン剥離方法を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、第１の視点において、レジストパターン
剥離方法を提供する。

【００１３】本発明は、第２の視点において、他のレジ
ストパターン剥離方法を提供する。

【００１４】即ち、本発明は、第１の視点において、シ
リコン酸化膜からなる層間膜にビアホールを形成するに
際し、レジストパターンが所望の形状になるように、一
旦形成したレジストパターンを剥離する方法であって、
前記レジストパターンは、前記層間膜をエッチングする
ためのレジストパターンであって前記層間膜のエッチン
グ前のものであり、前記レジストパターンのない、前記
層間膜が露出した領域に、Ｏ₂プラズマによってエッチ
ングされない材質からなる部材を配設した後、少なくと
も前記レジストパターンの表層部がエッチングされるま
でＯ₂プラズマ処理を行うものである。

【００１５】更に、本発明は、第２の視点において、半
導体基板上に成膜されたシリコン酸化膜からなる層間膜
にビアホールを形成するに際し、レジストパターンが所
望の形状になるように、一旦形成した第１のレジストパ
ターンを剥離する方法であって、（ａ）前記第１のレジ
ストパターンのない、前記層間膜が露出した領域に、第
２のレジストパターンを塗布、平坦化する工程と、
（ｂ）前記半導体基板全面に光を照射して、前記第２の
レジストパターンのＯ₂プラズマに対するエッチングレ
ートを小さくする工程と、（ｃ）少なくとも前記第１の
レジストパターンの表層部がエッチングされるまでＯ₂
プラズマ処理を行う工程と、を含むものである。

【００１６】上記方法により、Ｏ₂プラズマによる層間
膜の膜質変化が起きないため、一旦レジストパターンの
剥離を行った半導体基板をウェットエッチングした時の
層間膜のエッチング不良を防止することができる。これ
により、レジスト剥離を行った半導体基板と、レジスト
剥離を行っていない半導体基板とでの層間膜に形成され
たビアホールパターンの形状を一定に保つことができ、
また、ウェットエッチング液のしみ込みによって生じる
レジストパターンの剥がれなどが起こらないため、不良
の発生を防止することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に係るレジストパターンを
剥離方法は、その好ましい一実施の形態において、半導
体基板上に成膜されたシリコン酸化膜からなる層間膜
（図２の１１）にビアホールを形成する工程において、
一旦形成した第１のレジスト（図２の１２ａ）を剥離す
るに際し、少なくとも層間膜が露出した領域に、第２の
レジスト（図２の１２ｂ）を塗布、平坦化し、半導体基
板全面に光を照射して第２のレジストのＯ₂プラズマに
対するエッチングレートを小さくした後、Ｏ₂プラズマ
及び有機剥離液を用いたエッチングによって、層間膜を
変質させることなく第１のレジスト及び第２のレジスト
を完全に除去する。

【００１８】

【実施例】上記した本発明の実施の形態についてさらに
詳細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照
して以下に説明する。

【００１９】［実施例１］本発明の第１の実施例につい
て、図１を参照して説明する。図１（ａ）〜（ｅ）は、
第１の実施例に係るレジストパターン剥離方法を模式的
に説明するための工程断面図である。本実施例は、レジ
ストパターンをマスクとして、ウェットエッチングによ
る等方性エッチングとドライエッチングによる異方性エ
ッチングとを組み合わせて、層間膜にビアホールを形成
する過程において、レジストパターンの再工事する場合
のレジストパターン剥離方法に関するものである。

【００２０】まず、図１（ｂ）に示すように、ビアホー
ル用レジストパターン１２ａが形成された半導体基板１
０上に、更にレジスト１２ｂを塗布する。これにより、
レジストパターン１２ａのない部分、つまり、レジスト
１２ａに覆われていない下地の層間膜１１部分がレジス
ト１２ｂでカバーされ、この後、所定の温度でプリベー
クを行うことでレジストパターンが平坦化される。

【００２１】次に、Ｏ₂プラズマ剥離を行い、レジスト
１２ａ、１２ｂをＯ₂プラズマ１７で酸（炭）化させ取
り除く。この時、下地の層間膜にＯ₂プラズマ１７が当
たらないように、レジスト１２ａ又は１２ｂが完全には
エッチングされない条件で処理を行う。そして最後に、
オルトジクロルベンゼンなどの有機剥離液１８を用いた
ウェット剥離を行うことにより、レジスト１２ａ、１２
ｂを図１（ｅ）に示すように完全に除去する。

【００２２】なお、レジスト１２ａはパターン形成の際
の光照射又は熱処理によって、通常Ｏ₂プラズマ１７に
対するエッチングレートが小さくなっているため、レジ
スト１２ｂとしては、Ｏ₂プラズマ１７に対するエッチ
ングレートがレジスト１２ａと同等又はより小さいレジ
ストを選択することが好ましい。

【００２３】また、本実施例では、レジスト１２ｂを塗
布する例について説明したが、本発明は上記実施例に限
定されるものではなく、Ｏ₂プラズマ１７に対するエッ
チングレートが遅く、かつ、有機剥離液で完全に除去さ
れるものであればよいことは明らかである。従って、適
切な成分からなる樹脂等を用いても、上記と同様の効果
を得ることができる。また、上記有機物以外の無機物で
あっても、Ｏ₂プラズマ１７によってエッチングされ
ず、かつ、容易に除去できるものであれば、レジスト１
２ｂの代わりに用いることができる。

【００２４】上述した方法でレジストパターン１２ａを
剥離した基板１０上に、再度、層間膜１１のビアホール
パターンを形成する方法について説明する。まず、図３
（ａ）に示すように、レジスト１２ａ、１２ｂが除去さ
れた半導体基板１０に再び、レジスト１２ａの塗布、プ
リベークを行い、修正した最適露光条件で露光した後、
ＰＥＢ、現像及びリンスの順に処理を行い、図３（ｂ）
に示すような最適な形状のビアホールレジストパターン
１２ａを形成する。

【００２５】この半導体基板１０を界面活性剤の水溶液
で処理した後、図３（ｃ）に示すようなフッ酸とフッ化
アンモニウムクロリドなどのウェットエッチング液１４
を用いて、層間膜に約０．４μｍの深さまで等方的なウ
ェットエッチングを行う。この後、水洗及び乾燥を行
い、脱水高温ベークを行うことにより、図３（ｄ）に示
すようなビアホールレジストパターン１２ａが形成され
る。その後、このビアホールレジストパターン１２ａを
マスクに異方的なドライエッチングを行い、最後にレジ
ストパターン１２ａを剥離することにより、図３（ｇ）
に示すような層間膜のビアホールパターンが形成され
る。

【００２６】このように、本実施例によれば、ホール部
分、つまり、レジスト１２ａに覆われていない下地の層
間膜１１が露出している部分がレジスト１２ｂでカバー
されるため、Ｏ₂プラズマ１７による層間膜１１の膜質
変化を防ぎ、再びビアホール用のレジストパターンを形
成した後、ウェットエッチングにおける層間膜１１のエ
ッチレートの変化を防止することができ、レジスト剥離
を行った半導体基板１０と、レジスト剥離を行っていな
い半導体基板１０とで同様の形状のビアホールパターン
を形成することができる。

【００２７】また、レジスト剥離を行った半導体基板１
０で起こるウェットエッチング後のレジストパターン１
２ａの剥がれなども起こらないため、不良の発生を防止
することができる。

【００２８】［実施例２］次に、本発明の第２の実施例
について、図２を参照して説明する。図２（ａ）〜
（ｆ）は、本発明の第２の実施例に係るレジストパター
ン剥離方法を模式的に説明するための工程断面図であ
る。本実施例と前記した第１の実施例との相違点は、本
実施例ではＯ₂プラズマ剥離を行う前にレジスト全面に
光を照射してレジストを硬化させることを特徴としてい
る。

【００２９】まず、図２（ｂ）に示すように、前記した
第１の実施例と同様に、ビアホールレジストパターン１
２ａが形成された半導体基板１０上に、更にレジスト１
２ｂを塗布して、下地の層間膜１１が露出している部分
をレジスト１２ｂでカバーする。次に、図２（ｃ）に示
すように、半導体基板１０全面に露光２０を行い、カバ
ー膜となるレジスト１２ｂを硬化させる。

【００３０】その後、図２（ｄ）に示すように、Ｏ₂プ
ラズマ剥離を行うが、本実施例では光照射によって、レ
ジスト１２ｂ部分のＯ₂プラズマ剥離に対するエッチレ
ートを変化させているため、露光後に化学反応させてで
きたレジストパターン１２ａとレジスト１２ｂ部分との
酸（炭）化される速度の差、つまり、Ｏ₂プラズマ剥離
におけるエッチレートの違いを小さくする事ができる。
このＯ₂プラズマ剥離に際しては、上記実施例と同様
に、下地の層間膜１１にＯ₂プラズマ１７が当たらない
ように、レジスト１２ａ又は１２ｂが完全には除去され
ない条件で処理を行う必要がある。

【００３１】この後、図２（ｅ）に示すように、オルト
ジクロルベンゼンなどの有機剥離液１８を用いたウェッ
ト剥離を行うことにより、図２（ｆ）に示すように、レ
ジスト１２ａ、１２ｂを完全に除去する事ができる。

【００３２】このレジスト１２ａ、１２ｂが除去された
半導体基板１０に再び、レジスト１２ａ塗布、プリベー
クを行い、最適露光条件で露光した後、ＰＥＢ、現像及
びリンスの順に処理を行って最適なビアホールレジスト
パターン１２ａを形成し、ウェットエッチング及びドラ
イエッチングを行った後、最後にレジストパターン１２
ａを剥離することにより、前記した第１の実施例と同様
に、図３（ｇ）に示すようなビアホールパターンが形成
される。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビアホール形成のためのレジストパターンが所望の形状
にならず、再度レジストパターン形成を行った場合にお
いても、層間膜に形成されるビアホールパターンを所定
の形状に形成することができ、また、ウェットエッチン
グ液のしみ込みによってレジストパターンが剥がれるこ
となく、不良の発生を防止することができるという効果
を奏する。

【００３４】その理由は、一旦形成したレジストパター
ンの剥離に際して、レジストパターンのない部分、つま
り、レジストに覆われていない下地の層間膜を新たに塗
布したレジストでカバーされた状態でＯ₂プラズマ剥離
処理が施されるため、Ｏ₂プラズマによる層間膜の膜質
変化が起きないからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係るレジストパターン
剥離方法を説明するための工程断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例に係るレジストパターン
剥離方法を説明するための工程断面図である。

【図３】変質していない層間膜にビアホールパターンの
形成を行う場合の工程断面図である。

【図４】従来のレジストパターン剥離方法を説明するた
めの工程断面図である。

【図５】変質した層間膜にビアホールパターンの形成を
行う場合の工程断面図である。

【図６】代表的な層間膜にＯ₂プラズマが照射されたと
きの反応機構を説明するための図である。

【符号の説明】

１０ 半導体基板 １１ 層間膜 １２ａ レジスト １２ｂ レジスト １３ 露光 １４ ウェットエッチング液 １５ ウェットエッチング液のしみ込み １６ 異方性エッチング １７ Ｏ₂プラズマ １８ 有機剥離液 １９ 変質した層間膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 G03F 7/42 H01L 21/027 H01L 21/306

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコン酸化膜からなる層間膜にビアホー
   ルを形成するに際し、レジストパターンが所望の形状に
   なるように、一旦形成したレジストパターンを剥離する
   方法であって、 前記レジストパターンは、前記層間膜をエッチングする
   ためのレジストパターンであって前記層間膜のエッチン
   グ前のものであり、 前記レジストパターンのない、前記層間膜が露出した領
   域に、Ｏ₂プラズマによってエッチングされない材質か
   らなる部材を配設した後、少なくとも前記レジストパタ
   ーンの表層部がエッチングされるまでＯ₂プラズマ処理
   を行う、ことを特徴とするレジストパターン剥離方法。
2. 【請求項２】半導体基板上に成膜されたシリコン酸化膜
   からなる層間膜にビアホールを形成するに際し、レジス
   トパターンが所望の形状になるように、一旦形成した第
   １のレジストパターンを剥離する方法であって、 （ａ）前記第１のレジストパターンのない、前記層間膜
   が露出した領域に、第２のレジストパターンを塗布、平
   坦化する工程と、 （ｂ）前記半導体基板全面に光を照射して、前記第２の
   レジストパターンのＯ₂プラズマに対するエッチングレ
   ートを小さくする工程と、 （ｃ）少なくとも前記第１のレジストパターンの表層部
   がエッチングされるまでＯ₂プラズマ処理を行う工程
   と、を含むことを特徴とするレジストパターン剥離方
   法。