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Dokumentenidentifikation DE68928291T2 02.04.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0345757
Titel Veraschungsverfahren zum Entfernen einer organischen Schicht auf einer Halbleiteranordnung während ihrer Herstellung
Anmelder Fujitsu Ltd., Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Shinagawa, Keisuke, Kawasaki-shi Kanagawa, 211, JP;
Fujimura, Shuzo, Edogawa-ku Tokyo, 133, JP;
Hikazutani, Kenichi, Kuwana-shi Mie, 511, JP
Vertreter Mitscherlich & Partner, Patent- und Rechtsanwälte, 80331 München
DE-Aktenzeichen 68928291
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 07.06.1989
EP-Aktenzeichen 891102956
EP-Offenlegungsdatum 13.12.1989
EP date of grant 03.09.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.04.1998
IPC-Hauptklasse H01L 21/31

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen eines in einer Halbleiteranordnung verwendeten organischen Materials, und insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Veraschungsverfahren einer organischen Schicht, die vorubergehend auf einer Substanz einer Halbleiteranordnung während deren Herstellung ausgebildet worden ist.

Gewöhnlich wurde eine organische Schicht, wie beispielsweise eine Abdecklack- (Resist-) oder Polyimidschicht, die vorübergehend während der Herstellung einer Halbleiteranordnung auf einer zu der Halbleiteranordnung gehörenden Substanz ausgebildet worden war, mit Hilfe eines Veraschungsverfahrens entfernt, welches ein Sauerstoffplasma verwendet. Die Entfernung der Abdecklackschicht ist bei der Herstellung der Halbleiteranordnung ein wichtiges Verfahren, und nachfolgend wird die Entfernung der durch eine organische Schicht gebildeten Abdecklackschicht beschrieben. Da die als eine hochintegrierte Schaltungsanordnung (LSI) oder höchstintegrierte Schaltungsanordnung (VLSI) hergestellte Halbleiteranordnung sehr klein ist, wird es schwer, die nachfolgend einfach nur noch als "Abdecklack" bezeichnete Abdecklackschicht mit Hilfe des bekannten Veraschungsverfahrens unter Anwendung des Sauerstoffplasmas zu entfernen, ohne dabei die Anordnung zu beschädigen. Da sich während des Ionenimplantations- und Trockenätzverfahrens, die bei der Herstellung von LSI- oder VLSI-Anordnungen verbreitet eingesetzt werden, die Eigenschaften des Abdecklacks verändern, dauert die Veraschung lange, d.h. die Veraschungsrate des Abdecklacks ist gering. Da der Abdecklack mehrmals während der Herstellung der LSI- oder VLSI-Anordnung verwendet wird, sollte die Veraschungsrate für jeden Abdecklack hoch sein, um den Durchsatz bei der Herstellung der LSI- oder VLSI-Anordnungen zu erhöhen.

Eine Schicht, die nachfolgend einfach als "Bodenschicht" bezeichnet wird und auf die der Abdecklack aufgebracht wird, ist gewöhnlich aus einem Material wie beispielsweise Siliziumoxid (SiO&sub2;), Polysilizium (Si) oder Aluminium (Al) gefertigt. Im allgemeinen kann der Abdecklack nicht einfach wie beabsichtigt durch das Veraschungsverfahren geätzt werden, d.h., ein genaues Ätzen des Abdecklacks, so daß nur der Abdecklack entfernt wird, ohne eine der Bodenschichten während des Veraschungsverfahrens zu beschädigen, ist schwer zu realisieren. Wird das Veraschungsverfahren bei der Herstellung der LSI- oder VLSI-Schaltungen angewendet, muß daher größte Sorgfalt angewendet werden, um die Bodenschicht nicht zu verändern. Da die Bodenschicht der LSI- oder VLSI-Anordnung sehr dünn ist, darf selbst ein kleinster Teil dieser Anordnung nicht geätzt werden.

Für die Entfernung der auf einer Isolierschicht einer Halbleiteranordnung vorhandenen Abdecklackschicht sind viele Arten von Plasmaveraschungsverfahren bekannt, von denen jedoch verbreitet ein nach unten strömendes Veraschungsverfahren verwendet wird. Durch die Anwendung des nach unten strömenden Veraschungsverfahrens auf das Plasmaveraschungsverfahren kann eine durch geladene Teilchen verursachte Beschädigung vermieden werden. Die Stromabwärts-Veraschungsrate hängt im wesentlichen von einer nachfolgend als "Veraschungstemperatur" bezeichneten Temperatur des Abdecklacks ab, wobei sich die Veraschungsrate mit abnehmender Veraschungstemperatur verringert. Die Veraschungsrate wird gewöhnlich durch die weithin bekannte Arrheniuskurve beschrieben, wobei die Veraschungsraten im Verhältnis zu dem Reziprokwert der entsprechenden Veraschungstemperaturen in einer Kurve aufgetragen sind. Der Gradient der Arrheniuskurve ist ein Maß für die Aktivierungsenergie der Veraschung, wobei die Aktivierungsenergie hoch ist, wenn sich die Veraschungsrate schnell mit abnehmender Veraschungstemperatur verringert, und wobei die Aktivierungsenergie gering ist, wenn sich die Veraschungsrate mit abnehmender Veraschungstemperatur nur wenig verändert. Dabei ist eine geringe Aktivierungsenergie wunschenswert, da dann die Veraschung nahezu unabhängig von der Veraschungstemperatur durchgeführt werden kann, d.h. die Veraschung kann stabil und genau durchgeführt werden.

In letzter Zeit besteht die Tendenz, ein Waferverfahren bei der Herstellung einer Halbleiteranordnung bei einer niedrigeren Temperatur durchzuführen, da die Haibleiteranordnung eine einer LSI- oder VLSI-Schaltung entsprechende höhere Integrationsdichte besitzt. Es ist wünschenswert, das Veraschungsverfahren unterhalb von 300 ºC, vorzugsweise unterhalb von 200 ºC, durchzuführen, um eine Verunreinigung durch den Abdecklack zu vermeiden. Um eine hohe Veraschungsrate bei einer niedrigen Temperatur zu erhalten, die in der Praxis größer als 0,5 µm/min ist, muß auch die der Veraschungsrate entsprechende Aktivierungsenergie niedrig sein. Bis zu einem gewissen Grad kann die der Veraschungsrate entsprechende Aktivierungsenergie durch Wechseln der für die Veraschung verwendeten Reaktionsgasarten verändert werden. Die Auswahl und Kombinationen der Reaktionsgase ist von großer Bedeutung, um eine hohe Veraschungsrate und niedrige Aktivierungsenergie erhalten und den Abdecklack genau ätzen zu können, wobei die Bodenschicht bestmöglich unverändert beibehalten und die Beschädigung der Bodenschicht minimiert wird. Die Auswahl und Kombination der Reaktionsgase wurde intensiv untersucht.

Die Stromabwärts-Veraschung wird in einem Abwärtsstrom eines Mikrowellenplasmas durchgeführt, wobei ein Mikrowellenplasma-Abdecklackstripper verwendet wird. Dies ist vollständig in dem Dokument mit dem Titel "Heavy Metal Contamination From Resists during Plasma Stripping" von Shuzo Fujimura und Hiroshi Yano in Elect. Chem. Soc. Vol 135, Nr. 5, Mai 1988, offenbart.

Der Abwärtsstrompfad eines Mikrowellenplasma-Schutzlackstrippers besteht aus einer Vakuumkammer mit einer Plasmaerzeugungskammer, einer Vakuumpumpe zum Absaugen von Gas aus der Vakuumkammer, einer Verarbeitungskammer mit einem Sockel, auf den ein Wafermuster angeordnet wird, sowie einer Mikrowellenquelle. Der Verarbeitungskammer wird über die Plasmaerzeugungskammer ein Reaktionsgas zugeführt.

Anschließend wird in der Plasmaerzeugungskammer mit Hilfe der Mikrowellen ein Reaktionsgasplasma erzeugt, so daß der in dem Gasplasma für die Veraschung erzeugte aktive Anteil nach unten in die Verarbeitungskammer fließt und dort mit einem zuvor auf dem Wafermuster ausgebildeten Abdecklack reagiert, um den Abdecklack zu entfernen.

Wie zuvor beschrieben, wurde bei dem abwärts strömenden Veraschungsverfahren lange Zeit Sauerstoff als Reaktionsgas verwendet. Wird jedoch nur Sauerstoff verwendet, ist die Veraschungsrate gering und die Aktivierungsenergie hoch, so daß das stromabwärts wirkende Veraschungsverfahren, welches ausschließlich Sauerstoff verwendet, nur schwer auf die Herstellung von LSI- oder VLSI-Anordnungen angewendet werden konnte. Demzufolge wurden viele andere Reaktionsgase durch Hinzufügen von anderen Gasarten zu Sauerstoff untersucht, um die Veraschungsrate zu erhöhen und die Aktivierungsenergie zu verringern. Wie nachfolgend beschrieben wird, wurden als Ergebnis verschiedene wirksame Reaktionsgasarten ermittelt, wobei in Übereinstimmung mit der Entdeckung der Reaktionsgase vier Beispiele, nämlich ein erstes, ein zweites, ein drittes und ein viertes Beispiel, beschrieben werden. Die Veraschungsrate und die Aktivierungsenergie werden nachfolgend auf die Entfernung der Abdecklackschicht einer Halbleiteranordnung mit Hilfe des Plasmaveraschungsverfahrens bezogen.

Ein erstes Reaktionsgas bestand aus einer Mischung von Sauerstoff (O&sub2;) mit einem Halogenidgas, wie beispielsweise Tetrafluormethan (CF&sub4;). Das erste Reaktionsgas wurde am häufigsten verwendet, da es eine hohe Veraschungsrate aufwies. Fig. 1 zeigt die Veraschungsrate für einen im Handel erhältlichen Fotoabdecklack (OFPR-800, TOKYO-OHKA), die gegenüber der Veränderung des Flußanteils von Tetrafluormethan in dem Mischgas bei Raumtemperatur aufgetragen ist. Nachfolgend wird die bei der Verwendung eines Reaktionsgases erhaltene Veraschungsrate einfach als Reaktionsgas-Veraschungsrate bezeichnet. In Fig. 1 erreicht die Veraschungsrate einen Maximalwert, 1,5 µm/min bei 25 ºC, der groß genug für die praktische Anwendung ist, wenn der Betrag des Flußanteils des dem Sauerstoff hinzugefügten Tetrafluormethan ca. 15% beträgt. Aufgrund des in dem ersten Reaktionsgas gemischten Fluors (F) wird jedoch die Bodenschicht, wie z. B. SiO&sub2;, Polysilizium (Si) oder Al, geätzt. Andererseits wird bei der Verwendung des ersten Reaktionsgases die Aktivierungsenergie drastisch von 0,52 eV auf 0,1 eV verringert, wobei dieser Wert der Aktivierungsenergie bei der ausschließlichen Verwendung von Sauerstoff entspricht. Wie in dem Dokument von J.J.Hannon und J.M.Cook, J. Electrochem. Soc., Vol 131, Nr. 5, Seite 1164 (1984) erläutert, kommt es zu dieser großen Abnahme der Aktivierungsenergie aufgrund des Vorhandenseins von Tetrafluormethan.

Das zweite Reaktionsgas war ein Mischgas aus Sauerstoff und Stickstoff (N&sub2;), welches kein Fluor (F) enthielt und die Bodenschicht nicht ätzte. Wie in Fig. 2 gezeigt, wurden durch Verändern des Flußanteils von Sauerstoff in dem zweiten Reaktionsgas die Veraschungsrate und die Sauerstoffatomkonzentration in dem abwärts strömenden Gas gemessen, wobei die Sauerstoffatomkonzentration durch ein Aktinometrieverfahren gemessen wurde. In diesem Fall betrug die Veraschungstemperatur 200 ºC und die Flußrate des zweiten Reaktionsgases 1000 Normkubikzentimeter pro Minute (SCCM). In Fig. 2 bezeichnen weiße Kreise die Sauerstoffatomkonzentrationen, die aus dem spektralen Intensitätsverhältnis der Strahlung eines Sauerstoffatoms (bei einer Wellenlänge von 615,8 nm (6158 Å) zu der Strahlung eines Argonatoms (bei einer Wellenlänge von 706,7 nm (7067 Å) erhalten wurden, und Dreiecke bezeichnen die selben Sauerstoffatomkonzentrationen, die aus dem spektralen Intensitätsverhältnis der Strahlung eines Sauerstoffatoms (bei einer Wellenlänge von 436,8 nm (4368 Å)) zu der Strahlung eines Argonatoms (bei einer Wellenlänge von 706,7 nm (7067 Å)) erhalten wurden. Des weiteren wurden diese Konzentrationswerte in Bezug auf einen Konzentrationsspitzenwert genormt, der bei einem Sauerstoff-Flußanteil von ca. 10% in dem zweiten Reaktionsgas auftritt. Multiplikationszeichen bezeichnen die gegenüber dem Sauerstoff-Flußanteil in dem zweiten Reaktionsgas aufgetragenen Veraschungsraten. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, stimmt die Veraschungsratehkurve mit der Sauerstoffatonikonzentrationskurve überein, woraus sich ergibt, daß nur die Sauerstoffatome für die Durchführung der Veraschung verantwortlich sind. Fig. 3 zeigt die Arrheniuskurve der Veraschungsrate, wenn in dem zweiten Reaktionsgas der Sauerstoff-Flußanteil 90% und der Stickstoff-Flußanteil 10% beträgt, sowie die Arrheniuskurve, wenn nur Sauerstoffgas verwendet wird. Die Veraschungstemperatur wird durch T bezeichnet. Die Veraschungsrate des zweiten Reaktionsgases ist durch einen Kreis und die Veraschungsrate von Sauerstoff ist durch ein Multiplikationszeichen angegeben. Die Veraschungsrate des zweiten Reaktionsgases ist ungefähr doppelt so hoch wie die bei der ausschließlichen Verwendung von Sauerstoff auftretende Veraschungsrate. Die bei der Verwendung eines Reaktionsgases zur Veraschung erforderliche Aktivierungsenergie wird nachfolgend einfach als Aktivierungsenergie des Reaktionsgases bezeichnet. Die Aktivierungsenergie (Ea) des zweiten Reaktionsgases und die von Sauerstoff betragen jeweils 0,52 eV. D. h., daß sich die Aktivierungsenergie nicht durch Hinzumischen von Sauerstoff verändert. Die Veraschungsrate des zweiten Reaktionsgases von 0,2 µm/min bei 160 ºC ist für praktische Anwendungen zu gering. Es wurde daher für die Steigung der Veraschungsrate eine weitere Gasart benötigt.

Das dritte Reaktionsgas war ein Mischgas aus Sauerstoff und Wasserdampf (H&sub2;O), wodurch die Bodenschicht nicht geätzt wurde. Wie in Fig. 4 gezeigt, wurden durch Verändern des Flußanteils des Wasserdampfes in dem dritten Reaktionsgas die Veraschungsrate und die Sauerstoffatomkonzentration gemessen. Die Messungen wurden bei einer Veraschungstemperatur von 180 ºC und einer Flußrate von 1000 SCCM des dritten Reaktionsgases durchgeführt. Die in Fig. 4 gezeigten Kreise und Multiplikationszeichen bedeuten jeweils das selbe wie in Fig. 2. Übersteigt der Wasserdampf-Flußanteil in dem dritten Reaktionsgas 40%, verringert sich die Sauerstoffatomkonzentration mit zunehmendem Wasserdampf-Flußanteil. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist die Verringerung der Veraschungsrate nicht so stark wie die Abnahme der Sauerstoffatomkonzentration. Dies bedeutet, daß bei der Veraschung neben den Sauerstoffatomen auch weitere aktive Teilchen wirksam sein können. Fig. 5 vergleicht die Arrheniuskurve für das dritte Reaktionsgas mit 60% Sauerstoff und 40% Wasserdampf mit der Arrheniuskurve für Sauerstoffgas. Die Veraschungsrate des dritten Reaktionsgases mit einem Wasserdampf- Flußanteil von 40% wird durch Dreiecke und die Veraschungsrate von Sauerstoff durch Multiplikationszeichen wiedergegeben. Wie in Fig. 6 gezeigt, beträgt die Aktivierungsenergie des dritten Reaktionsgases 0,39 eV, was ungefähr drei Viertel der Aktivierungsenergie (0,52 eV) von Sauerstoff entspricht. Fig. 6 zeigt mit Hilfe von weißen Kreisen die Aktivierungsenergie der Veraschung für den Fall, daß das dritte Reaktionsgas mit sich veränderndem Wasserdampf- Flußanteil in dem dritten Reaktionsgas verwendet wird. Zum Vergleich ist in Fig. 6 mit schwarzen Kreisen die Veraschungs-Aktivierungsenergie für den Fall dargestellt, daß ein Mischgas aus Sauerstoff und Wasserstoff mit sich veränderndem Wasserstoff-Flußanteil in dem Mischgas verwendet wird. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß sich die Aktivierungsenergie leicht verringert, wenn etwas Wasserdampf hinzugefügt worden ist, während die Aktivierungsenergie unabhängig von dem Flußanteil des Wasserdampfes konstant bleibt, wenn der Wasserdampf- Flußanteil 5% übersteigt. Zum Vergleich mit dem dritten Reaktionsgas ist in Fig. 6 auch die Aktivierungsenergie des zweiten Reaktionsgases durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Aus diesem Vergleich ist ersichtlich, daß sich die Aktivierungsenergie nicht durch Hinzufügen von Stickstoff zu Sauerstoff verändert. Bezüglich des Sauerstoff und Wasserstoff enthaltenden Mischgases ist eine ähnliche Wirkung wie für das Mischgas aus Sauerstoff und Wasserdampf ersichtlich. Wie in Fig. 5 gezeigt, beträgt andererseits bei 160 ºC die Veraschungsrate des dritten Reaktionsgases ca. 0,22 µm/min. Der Wert der Veraschungsrate des dritten Reaktionsgases ist schließlich weiterhin für praktische Anwendungen zu gering.

Das vierte Reaktionsgas ist ein Mischgas aus Sauerstoff, Stickstoff und Tetrafluormethan. Das vierte Reaktionsgas ist in der offengelegten japanischen Patentanmeldung SHO 63-1O&sub2;232 von Mikio Nonaka mit dem Titel "DRY ETCHING APPARATUS" offenbart. Liegt der Flußanteil von Tetrafluormethan bzw. Stickstoff in einem Bereich zwischen 5 und 20% bzw. 5 und 10%, so wird ohne Verringerung der Veraschungsrate ein hohes Verhältnis von einer Ätzrate eines positiven Abdecklacks zu einer Ätzrate einer Bodenschicht erhalten. In diesem Fall kann jedoch das Ätzen der Bodenschicht nicht vermieden werden.

Im Handel ist von EMERGENT TECHNOLOGIES CO. (Phoenix 2320 NORD Photoresist Stripper) ein Mischgas erhältlich, welches durch Hinzufügen von lediglich 0,2% Wasserstoff zu einem aus Sauerstoff, Stickstoff und Tetrafluormethan bestehenden Mischgas hergestellt wurde. In diesem Fall wurde der durch Stickstoff verdünnte Wasserstoff hinzugefügt, um die Anpassung an die Mikrowellenleistung zu verbessern. Der Wasserstoff wurde somit nicht zur Verringerung der Aktivierungsenergie dem Mischgas hinzugefügt. Das Mischgas entspricht daher im wesentlichen dem ersten Reaktionsgas. Tatsächlich ist ebenfalls bekannt, daß sich die Aktivierungsenergie des mit Wasserstoff vermischten zweiten Reaktionsgases bis zu einem Wasserstoffanteil von 0,5% nicht verringert.

Weitere Gaskombinationen wurden in verschiedenen veröffentlichten Druckschriften offenbart. So offenbart beispielsweise die US-A-3 837 856 Sauerstoff als Reaktionsgas, wobei eine hohe Sauerstoffatomkonzentration im wesentlichen aufgrund von katalytischen Effekten erhalten wird, die durch das Vorhandensein von Fremdgasen, wie beispielsweise Wasserstoff, Stickstoff oder Wasserdampf, hervorgerufen werden. Der Verunreinigungsgrad des im Handel erhältlichen Sauerstoffes ist für die Herstellung von atomarem Sauerstoff in den gewünschten Mengen ausreichend. Da die katalytischen Gase lediglich als Fremdgase vorhanden sind, kann der Anteil der katalytischen Gase nicht gesteuert werden, so daß dieser Anteil von dem verwendeten Sauerstoffiyp abhängt.

In "JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY", Vol 134, Nr.4, August 1987, Seiten 2045 - 2048, wird das Ätzen eines Fotoabdecklacks mit einer Gasmischung offenbart, die ein Halogengas oder eine Verbindung aus einem Halogengas mit Sauerstoff, Wasser und Stickstoff enthält. Auch diese Druckschrift schlägt jedoch keine Gasmischung vor, die beispielsweise drei unterschiedliche Gase enthält, wobei der Anteil jedes verwendeten Gases gesteuert werden kann.

Schließlich offenbart die US-A-4 473 437 das Ätzen eines Fotoabdecklacks mit Hilfe einer Sauerstoff-Stickstoffmischung, wobei die Sauerstoffkonzentration geringer als 30 mol% ist und die Mischrate gesteuert wird. Diese Druckschrift offenbart jedoch keine für Sauerstoffplasmaätzen verwendete Mischung, die als Hauptbestandteil der Gasmischung Sauerstoff enthält.

Aus obiger Beschreibung der verschiedenen Reaktionsgase ist ersichtlich, daß trotz der Untersuchung von neuen Reaktionsgasen noch kein ideales Mischgas aufgefünden worden ist, welches als Hauptbestandteil Sauerstoff enthält, wobei die Anteile der verwendeten Gase steuerbar sind, und welches eine hohe Veraschungsrate und eine geringe Aktivierungsenergie aufweist und die Bodenschicht in keinem Fall ätzt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Veraschungsverfahren zur Entfernung der auf der Bodenschicht einer Halbleiteranordnung während deren Herstellung ausgebildeten organischen Schicht derart zu verbessern, daß die Veraschungsrate erhöht wird, die Aktivierungsenergie verringert wird und ein Ätzen der Bodenschicht stets während des Veraschungsverfahrens vermieden wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Veraschungsverfahren zur Entfernung eines auf einer Bodenschicht einer Halbleiteranordnung ausgebildeten organischen Materials, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt Bereitstellen von Veraschungsmitteln zur Durchführung der Entfernung des organischen Materials mit Hilfe der Verwendung eines Reaktionsgasplasmas, Zuführen eines im wesentlichen aus Sauerstoff als Hauptbestandteil, Wasserdampf und einem zusätzlichen Gas bestehenden Mischgas zu den Plasmaveraschungsmitteln, wodurch ein Reaktionsgas erhalten wird womit die Plasmaveraschung mit einer höheren Veraschungsrate und einer im wesentlichen gleich hohen Aktivierungsenergie wie in dem Fall der Verwendung eines aus Sauerstoff und Wasserdampf bestehenden Reaktionsgases durchgeführt wird, Erzeugen eines Plasmas des Reaktionsgases, um aktive neutrale Teilchen des Reaktionsgases herzustellen, und Entfernen des organischen Materials in dem Abwärtsstrom des Plasmas mit Hilfe der aktiven Teilchen ohne die Bodensubstanz zu ätzen, wobei erfindungsgemäß das zusätzliche Gas aus einer Halogenidgruppe ausgewählt wird, die Tetrafluormethan, Chlor, Fluorstickstoff, Hexafluorethan und Trifluormethan umfaßt, und wobei zur Erhaltung des Reaktionsgases die Flußanteile des Sauerstoffes, des Wasserdampfes und des zusätzlichen Gases derart gesteuert werden, daß ein Flußanteil des Wasserdampfes zu einem aus Sauerstoff und Wasserdampf bestehenden Gas auf mehr als 1% eingestellt wird und ein Flußanteil des zusätzlichen Gases derart eingestellt wird, daß eine Anzahl von aus dem Wasserdampf freigesetzten Wasserstoffatomen größer ist als eine Anzahl von aus dem zusätzlichen Gas freigesetzten Halogenatomen.

Das als drittes Gas das zusätzliche Halogenidgas, wie beispielsweise Tetrafluormethan, enthaltene Mischgas ist ein hervorragendes Reaktionsgas. Bisher wurde wegen des Nachteiles, daß die Bodenschicht durch Halogen leicht geätzt wird, Halogenid bei der Herstellung von LSI- oder VLSI-Anordnungen nicht als das dritte Gas verwendet. Durch das Experiment der Erfinder wurde jedoch herausgefunden, daß das Mischgas mit einem Halogenid als drittem Gas die Bodenschicht nicht ätzt, wenn der in dem Reaktionsgas enthaltene Wasserdampf mit einem derart gesteuerten Flußanteil hinzugefügt wird, daß es einen bestimmten Wert übersteigt. Da die Halogenatome mit den Wasserstoffatomen der Wassermoleküle reagieren, wird die Wirkung des Halogens unterdrückt. Im Vergleich zu einem Mischgas mit Stickstoff als drittem Gas wird die Veraschungsrate hoch und die der Veraschungsrate entsprechende Aktivierungsenergie gering, wenn als das Reaktionsgas das Mischgas mit Halogen als drittem Gas verwendet wird.

Das erfindungsgemäße Mischgas weist drei Vorteile auf, nämlich eine hohe Veraschungsrate, eine geringe Aktivierungsenergie und das Nichtätzen der Bodenschicht während der Herstellung der LSI- oder VLSI-Anordnung.

Fig. 1 zeigt eine Kurve, die bei einer Veraschungstemperatur von 25 ºC die Veränderung der Veraschungsrate für einen Abdecklack abhängig von dem Flußanteil von CF&sub4; in dem Reaktionsgas darstellt, wenn das Reaktionsgas aus O&sub2; und CF&sub4; besteht.

Fig. 2 zeigt eine Kurve, die bei einer Veraschungstemperatur von 200 ºC die Veränderung der Veraschungsrate für einen Abdecklack bei der Verwendung eines aus O&sub2; und N&sub2; bestehenden Reaktionsgases und die Veränderung der Sauerstoffatomkonzentration in einem abwärtsströmenden Gas abhängig von dem Flußanteil von N&sub2; in dem Reaktionsgas darstellt.

Fig. 3 zeigt einen Kurvenverlauf, der die Arrheniuskurve der Veraschungsrate für einen Abdecklack darstellt, wenn als Reaktionsgas O&sub2; mit 90% Flußanteil und N&sub2; mit 10% Flußanteil bzw. nur Sauerstoff verwendet wird.

Fig. 4 zeigt eine Kurve, die bei einer Veraschungstemperatur von 180 ºC abhängig von dem Flußanteil von H&sub2;O in dem Reaktionsgas die Veränderung der Veraschungsrate bei der Verwendung eines aus O&sub2; und H&sub2;O bestehenden Reaktionsgases und die Veränderung der Sauerstoffatomkonzentration in dem abwärtsströmenden Gas darstellt.

Fig. 5 zeigt einen Kurvenverlauf der Arrheniuskurven der Veraschungsraten, wenn ein aus O&sub2; mit 60% Flußanteil und H&sub2;O mit 40% Flußanteil bestehendes Reaktionsgas bzw. ein nur aus Sauerstoff bestehendes Reaktionsgas verwendet wird.

Fig. 6 zeigt eine Kurve, die abhängig von dem H&sub2;O-Flußanteil in dem Reaktionsgas die Veränderung der Aktivierungsenergie bei der Veraschung darstellt, wenn ein aus O&sub2; und H&sub2;O bestehendes Reaktionsgas verwendet wird.

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer Vakuumkammer einer Stromabwärts- Veraschungsvorrichtung.

Fig. 8 zeigt einen Kurvenverlauf mit Arrheniuskurven, wobei die Veraschungsraten für einen Abdecklack bei der Verwendung von unterschiedlichen Reaktionsgasarten dargestellt sind.

Fig. 9 zeigt eine Kurve, die abhängig von dem H&sub2;O-Flußanteil in dem Mischgas die Veränderung der Ätzrate einer SiO&sub2;-Schicht bei einer Veraschungstemperatur von 150 ºC und 25 ºC darstellt, wenn die Plasmaveraschung mit einem aus O&sub2;, H&sub2;O und CF&sub4; bestehendem Reaktionsgas durchgeführt wird.

Fig. 10 zeigt eine Kurve, die abhängig von dem H&sub2;O-Flußanteil in dem Reaktionsgas die Veränderung der Veraschungsrate des Abdecklacks bei einer Veraschungstemperatur von 25 ºC, 150 ºC und 180 ºC darstellt, wenn ein aus O&sub2;, H&sub2;O und CF&sub4; bestehendes Reaktionsgas verwendet wird, wobei der Flußanteil von CF&sub4; in dem aus O&sub2; und CF&sub4; bestehenden Mischgas auf 15% gehalten wird.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 bis 10 erläutert. Die Plasmaveraschung wird mit Hilfe eines Stromabwärts-Veraschungsverfahrens durchgeführt, wobei ein bekannter, schematisch in Fig. 7 dargestellter Mikrowellenplasma-Abdecklackstripper mit nach unten fließender Gasströmung verwendet wird.

In Fig. 7 wird ein Reaktionsgas über einen Gaseinlaß 3 in eine anfänglich evakuierte Vakuumkammer 6 eingeführt, wobei in der Vakuumkammer 6 der Gasdruck auf ca. 106,658 Pa (0,8 Torr) gehalten wird. Bevor die Gase in die Vakuumkammer 6 gelangen können, werden die Flußraten der Gase durch eine nicht gezeigte Steuerung gesteuert. Einer Plasmaerzeugungskammer 4 wird über einen Wellenleiter 1 und ein Fenster 2 Mikrowellenleistung von 2,45 GHz zugeführt. In der Plasmaerzeugungskammer 4 wird ein das Reaktionsgas enthaltenes Plasma erzeugt, und die in dem Plasma enthaltenen geladenen Teilchen werden von einem Sprühboden 5 aufgefangen. Anschließend fließen nur die in dem Plasma erzeugten neutralen aktiven Teilchen über die in dem Sprühboden 5 vorgesehenen Löcher nach unten in eine Verarbeitungskammer 4' und treffen auf eine Oberfläche eines Abdecklacks 10, der auf einer Bodenschicht 9 eines Wafermusters 8 ausgebildet ist, das auf einem durch einen nicht gezeigten Heizkörper auf 140 ºC erhitzten Sockel 7 angeordnet ist. Demzufolge wird der Abdecklack 10 geätzt bis die Oberfläche der Bodenschicht 9 durchscheint, ohne dabei irgendeinen Bereich der Bodenschicht 9 zu ätzen.

In Fig. 8 ist mit Hilfe einer Arrheniuskurve durch schwarze Dreiecke, deren Spitzen nach unten zeigen, die Veraschungsrate bei der Verwendung des Reaktionsgases dargestellt. Zum Vergleich sind auf dieselbe Art und Weise in Fig. 8 die Veraschungsraten bei Verwendung von verschiedenen anderen Reaktionsgasarten dargestellt. D. h., daß durch ausgefüllte Kreise, ausgefüllte Dreiecke bzw. weiße Kreise die Veraschungsraten dargestellt sind, die sich bei der Verwendung eines lediglich aus O&sub2; bestehenden Reaktionsgases, eines aus O&sub2; und H&sub2;O bestehenden Reaktionsgases bzw. eines aus O&sub2; und N&sub2; bestehenden Reaktionsgases dargestellt sind. Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, ist die sich bei der Verwendung des Reaktionsgases ergebende Veraschungsrate höher als die sich bei der Verwendung eines nur aus O&sub2;, aus O&sub2; und H&sub2;O oder aus O&sub2; und N&sub2; bestehenden Reaktionsgases ergebende Veraschungsrate. Das Reaktionsgas besitzt eine Veraschungsrate von 0,5 µm/min bei einer Veraschungstemperatur von 160 ºC und eine Aktivierungsenergie von 0,4 eV. Für praktische Anwendungen ist die Veraschungsrate von 0,5 µm/min groß genug und die Aktivierungsenergie von 0,4 eV klein genug.

Ist der H&sub2;O-Flußanteil in dem aus O&sub2; und H&sub2;O bestehenden Mischgas größer als 1%, so ist die Flußrate von H&sub2;OO nicht beschränkt, da, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, die Aktivierungsenergie unabhängig von dem Flußanteil ca. 0,4 eV beträgt, wenn der Flußanteil 1% übersteigt.

Anstelle von N&sub2; kann dem aus O&sub2; und H&sub2;O bestehenden Mischgas NOX oder H&sub2; hinzugefügt werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird für die Plasmaveraschung ein aus O&sub2;, H&sub2;O und CF&sub4; bestehendes Reaktionsgas verwendet. Die Veraschung wird wie unter Bezugnahme auf Fig. 7 beschrieben durchgeführt. Die Flußraten von O&sub2;, H&sub2;O und CF&sub4; betragen 730 SCCM, 150 SCCM bzw. 120 SCCM.

Wie in Fig. 9 gezeigt, kann der bei der Verwendung von CF&sub4; auftretende Nachteil der Bodenschichtätzung vermieden werden, wenn der H&sub2;O-Flußanteil in dem Reaktionsgas auf einen Wert größer als 10% eingestellt wird. Fig. 9 zeigt eine Kurve, die abhängig von dem H&sub2;O- Flußanteil in dem Reaktionsgas, die Ätzrate einer aus SiO&sub2; bestehenden Bodenschicht bei einer Veraschungstemperatur von 150 ºC und 25 ºC darstellt, wenn die Gesamtflußrate von O&sub2;, H&sub2;O und CF&sub4; auf 1000 SCCM und der CF&sub4;-Flußanteil in dem aus O&sub2; und CF&sub4; bestehenden Misch gas auf 15% gehalten wird. Aus Fig. 9 ist ersichtlich, daß die Ätzrate der aus SiO&sub2; bestehenden Bodenschicht Null wird, d. h. die SiO&sub2;-Bodenschicht niemals geätzt wird, wenn der H&sub2;O- Flußanteil in dem Reaktionsgas 10% übersteigt. Dieser 10%ige H&sub2;OO-Flußanteil stellt somit für die Vermeidung einer Bodenschichtätzung einen sehr wichtigen Prozentsatz dar. Beträgt der H&sub2;O-Anteil in dem Reaktionsgas 10%, kann im übrigen aus dem oben beschriebenen und in Fig. 9 gezeigten Zustand berechnet werden, daß die Flußanteile von O&sub2; bzw. CF&sub4; in dem Reaktionsgas 76,5% bzw. 13,5% betragen.

In Fig. 8 ist durch eine auf dem Kopf stehende, ausgefüllte Dreiecke verbindende Linie die Veraschungsrate des aus O&sub2;, H&sub2;O und CF&sub4; bestehenden Reaktionsgases dargestellt. Wie in Fig. 8 gezeigt, ist im Vergleich zu den bei der Verwendung von anderen Reaktionsgasen auftretenden Veraschungsraten diese Veraschungsrate die größte.

Die Veraschungsrate des aus O&sub2;, H&sub2;O und CF&sub4; bestehenden Reaktionsgases wurde durch Verändern des H&sub2;O-Flußanteils in dem Reaktionsgas bei einer Veraschungstemperatur von 25 ºC, 150 ºC bzw. 180 ºC gemessen, wobei die Gesamtflußrate von O&sub2;, H&sub2;O und CF&sub4; auf 1000 SCCM und der CF&sub4;-Flußanteil an dem aus O&sub2; und CF&sub4; bestehenden Mischgas auf 15% gehalten wurde. Die Meßergebnisse sind in Fig. 10 gezeigt, woraus ersichtlich ist, daß die Veraschungsrate konstant und unabhängig von dem H&sub2;O-Flußanteil in dem Reaktionsgas ist, wenn der H&sub2;O-Flußanteil in dem Reaktionsgas 10% übersteigt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Flußrate jedes Verbundgases für O&sub2;, H&sub2;O und CF&sub4; auf 730 SCCM, 150 SCCM und 120 SCCM eingestellt. Die Flußrate von H&sub2;O ist jedoch nicht beschränkt, wenn die Anzahl der Wasserstoffatome in H&sub2;O größer ist als die Anzahl der aus CF&sub4; freigesetzten Fluoratome. Andererseits müß der Flußanteil von H&sub2;O in dem aus O&sub2; und H&sub2;O bestehenden Mischgas größer als 1% sein, so daß, wie in Fig. 6 gezeigt ist, unabhängig von dem Flußverhältnis die Aktivierungsenergie der Veraschung bei Verwendung des Reaktionsgases ca. 0,4 eV beträgt.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird als Halogenid CF&sub4; verwendet, wobei jedoch auch anstelle von CF&sub4; Cl&sub2;, NF&sub3;, C&sub2;F&sub6; und CHF&sub3; verwendet werden können.

Das obige Ausführungsbeispiel wurde im Bezug auf die Entfernung einer Abdecklackschicht mit Hilfe von Plasmaveraschung beschrieben, wobei jedoch die vorliegende Erfindung auch auf die Entfernung einer organischen Polymerschicht angewendet werden kann.

Obwohl gemäß dem Ausführungsbeispiel die Reaktionsgase aus drei Gasarten bestehen, kann den Reaktionsgasen auch ein Inertgas wie beispielsweise He, Ne oder Ar bis zu einem Ahteil von 7% hinzugefügt werden.


Anspruch[de]

1. Veraschungsverfahren zur Entfernung eines auf einer Bodensubstanz einer Halbleiteranordnung (8) ausgebildeten organischen Materials, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

Bereitstellen von Veraschungsmitteln zur Durchführung der Entfernung des organischen Materials durch Verwendung eines Reaktionsgasplasmas,

Zuführen eines Mischgases zu den Plasmaveraschungsmitteln, wobei das Mischgas im wesentlichen aus Sauerstoff als Hauptbestandteil, Wasserdampf und einem zusätzlichen Gas besteht, wodurch ein Reaktionsgas erhalten wird, mit dem die Plasmaveraschung mit einer höheren Veraschungsrate und einer nahezu gleichen Aktivierungsenergie wie im Fall der Verwendung eines aus Sauerstoff und Wasserdampf bestehenden Reaktionsgases durchgeführt wird,

Erzeugen eines Plasmas des Reaktionsgases, zur Erzeugung von neutralen aktiven Teilchen des Reaktionsgases, und

Entfernen des in Strömungsrichtung des Plasmas angeordneten organischen Materials mit Hilfe der aktiven Teilchen, ohne die Bodensubstanz zu ätzen,

dadurch gekennzeichnet,

daß das zusätzliche Gas aus einer Halogenidgruppe ausgewählt wird, die Tetrafluormethan, Chlor, Fluorstickstoff, Hexafluorethan und Trifluormethan umfaßt, und

daß die Flußanteile des Sauerstoffs, des Wasserdampfes und des zusätzlichen Gases zur Erhaltung des Reaktionsgases derart gesteuert werden, daß ein Flußanteil des Wasserdampfes in einem aus Sauerstoff und Wasserdampf bestehenden Gas auf einen Wert größer als 1% eingestellt wird und ein Flußanteil des zusätzlichen Gases derart eingestellt wird, daß eine Anzahl von aus dem Wasserdampf freigesetzten Wasserstoffatomen größer ist als eine Anzahl von aus dem zusätzlichen Gas freigesetzten Halogenatomen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt Einstellen einer Temperatur des organischen Materials auf einen Wert größer als 140 ºC, um eine Veraschungsrate größer als 0,5 µm/min zu erhalten.







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