JP4364601B2

JP4364601B2 - 半導体装置の作製方法

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Publication number: JP4364601B2
Application number: JP2003368228A
Authority: JP
Inventors: 雅晴永井; 清文荻野; 輝久中井; 栄二塩田
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2003-10-29
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2023-10-29
Also published as: JP2004172598A

Description

本発明は、フォトリソグラフィ工程で形成したレジストパターンの除去方法及びそれを用いる半導体装置の作製方法に関し、特にエッチング工程やドーピング工程後におけるレジストパターンを除去する技術に関する。

近年、薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor以下、ＴＦＴと略記）で回路構成したアクティブマトリクス型の液晶表示装置がパーソナルコンピュータやテレビの表示画面に応用され、これらの製品が市場で流通している。また、バックライトが不要で自発光型のアクティブマトリクス型エレクトロルミネセンス（Electroluminescence以下、ＥＬと略記）表示装置の製品化開発が進められている。

この様なアクティブマトリクス型の液晶表示装置やＥＬ表示装置等の作製においては、ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuitの略）の作製工程と同様に、ＣＶＤ工程等の薄膜堆積工程とフォトリソグラフィ工程とエッチング工程とレジスト除去工程とが繰り返し行われることにより、微細なデバイスパターンの形成が行われている。フォトリソグラフィ工程はデバイスパターンの基となるレジストパターンの形成工程で、エッチング工程は当該レジストパターンをマスクに下層膜をエッチング処理するデバイスパターン形成工程で、レジスト除去工程はエッチング後の不要なレジストパターンを除去する為の工程である。

上記のフォトリソグラフィ工程はエッチングのマスクとなるレジストパターンの形成工程で、表示装置の作製工程に於いては、レジスト材料にジアゾナフトキノン（以下、ＤＮＱと略記）−ノボラック樹脂系のポジ型レジストが一般的に適用されている。当該フォトリソグラフィ工程の露光装置としては、超高圧水銀灯のスペクトル光であるｇ線（４３６nm）とｈ線（４０５nm）とｉ線（３６５nm）とから成る多波長光を利用する等倍投影露光装置や、超高圧水銀灯のｇ線又はｉ線の単波長光を利用する等倍投影露光装置（略称：等倍ステッパ）が適用されている。具体的な処理工程は、多波長光の等倍投影露光装置を使用する場合と単波長光の等倍投影露光装置を使用する場合とで異なっている。

多波長光の等倍投影露光装置を使用する場合のフォトリソグラフィ工程は、［レジスト塗布］→［プリベーク（１００℃程度）］→［露光］→［現像］→［ポストベーク（１２０℃程度）］の一連の工程から成っている。一方、単波長光の等倍投影露光装置を使用する場合のフォトリソグラフィ工程は、［レジスト塗布］→［プリベーク（１００℃程度）］→［露光］→［露光後ベーク（Post Exposure Bake：以下、ＰＥＢと略記）（１２０℃程度）］→［現像］→［ポストベーク（１２０℃程度）］の一連の工程から成っている。

フォトリソグラフィ工程で形成したレジストパターンはドライエッチング処理やウェットエッチング処理で用いるマスクであり、エッチング処理が終了した後で不要となるレジストパターンは除去する必要がある。この為、不要なレジストパターンを除去する目的で、アッシング処理とレジスト剥離処理とから成るレジスト除去工程が行われている。アッシング処理は酸素プラズマでレジストパターンを炭酸ガスに分解するものである。一方、レジストの剥離は所定温度に温調された有機系のレジスト剥離液中にアッシング処理後の基板を浸漬処理することで、レジスト剥離液の溶解作用を利用してレジストパターンを溶解除去するものである。

しかしながら、この様なレジスト除去工程において、ドーピングやエッチング処理後のレジストパターンを除去することが困難となることが知られている。例えば、ドライエッチング処理により、レジストパターンを構成する高分子とエッチングガスとの反応や高分子間の架橋反応が進み、その表面に除去が困難な変質層が生成される。変質層は安定でありアッシングしても除去することが困難となる。これに対して、アッシングガスである酸素に一定割合の水素や窒素を添加することでアッシング速度の改善が図られている。また、アッシングガスである酸素にＣＦ₄等のハロゲンガスを添加することでもアッシング速度の改善が図られているが、レジストパターンと下地材料との選択比の点で下地材料がエッチング損傷を受ける問題がある為、適用範囲が限定されてしまう。また、アッシング処理後のレジスト剥離処理においても、除去能力の強いレジスト剥離液を使用すると下地材料の腐蝕や蝕刻といった問題が発生する。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、ドーピングやエッチング処理後のレジスト除去工程において、残渣なく良好にレジストを除去する技術を提供することを目的とする。特に、ドライエッチング処理やイオンドーピング処理後におけるレジストパターンの除去処理を容易に行うことができる技術を提供することを目的とする。

本発明は、レジスト剥離液を用いてレジストパターンを除去するに際し、当該レジストパターンに露光処理を加えることで、ドライエッチング処理やイオンドーピング処理後のレジストパターンの除去を容易とするものである。感光剤を含有するポジ型フォトレジスト組成物で形成されたレジストパターンを露光して、感光剤を分解して分子量が低下することで耐性を下げて除去しやすくするものである。すなわち、露光されずに残されたレジストパターンに対して、その剥離前に露光処理を行い、感光剤を分解することでレジスト剥離液による除去を容易にするものである。

レジストパターンに対する露光処理は、レジスト剥離液で処理する前に行い、ドライエッチング処理の前後で行えば良い。或いは、レジスト剥離液で処理した後に、露光処理を行い、しかる後に未反応のレジスト組成物を現像液で処理をして除去をしても良い。このような、本発明の要旨を備えた半導体装置の作製方法は以下の通りである。

被加工物上に感光剤を含むポジ型レジスト組成物で形成されたレジストパターンを形成する第１の工程と、レジストパターンに感光剤の感光波長域の光を照射する第２の工程と、レジストパターンをマスクとして被加工物をドライエッチング処理する第３の工程と、レジストパターンをレジスト除去処理する第４の工程とを含むものである。

被加工物上に感光剤を含むポジ型レジスト組成物で形成されたレジストパターンを形成する第１の工程と、レジストパターンをマスクとして被加工物をドライエッチング処理する第２の工程と、レジストパターンに感光剤の感光波長域の光を照射する第３の工程と、レジストパターンをレジスト除去処理する第４の工程とを含むものである。

被加工物上に感光剤を含むポジ型レジスト組成物で形成されたレジストパターンを形成する第１の工程と、レジストパターンをマスクとして被加工物をドライエッチング処理する第２の工程と、レジストパターンをレジスト除去処理する第３の工程と、レジストパターンに感光剤の感光波長域の光を照射する第４の工程と、第４の工程の後に未反応のポジ型レジスト組成物の現像液で処理する第５の工程とを含むものである。

上記した本発明において、感光剤を含むポジ型レジスト組成物の代表的な一例はジアゾナフトキノン（ＤＮＱ）−ノボラック樹脂系であり、感光剤はジアゾナフトキノン（ＤＮＱ）である。その他に化学増幅型のポジ型レジスト組成物を用いても良い。また、レジスト除去処理は、ドライエッチング処理の終了後に不要なレジストパターンを除去することであり、アッシング処理とレジスト剥離処理とから成っている。アッシング処理は酸素プラズマでレジストパターンを炭酸ガスに分解するものである。一方、レジスト剥離処理は所定温度に温調されたレジスト剥離液中にアッシング処理後の基板を浸漬処理することで、レジスト剥離液の溶解作用を利用してレジストパターンを溶解除去するものである。

ドライエッチング処理後のレジストパターンは、レジストを構成する高分子とエッチングガスとの反応や高分子間の架橋反応が進み、レジストパターンの表面に除去困難な変質層が生成されている。この為、当該変質層の除去にはアッシング処理が適用され、変質層除去後のレジストパターンの除去にはレジスト剥離処理が適用されている。本発明では、感光剤を露光により分解して分子量を小さくすることでレジストの耐性を低下させ、剥離性を向上させている。また他の可能性としては、現像処理後のレジストパターンに感光剤の感光波長域の光を照射することにより、レジストパターン内部に感光剤からの光化学反応生成物であるインデンカルボン酸が多量に生成させる。当該インデンカルボン酸の生成は、ドライエッチング処理後のレジストパターンについて、表層部分の変質層をアッシング除去した残りのレジスト材のレジスト剥離液に対する溶解性を促進させる作用を有するものと考えられる。この為、アッシング処理とレジスト剥離処理により、ドライエッチング処理後のレジストパターンの除去処理をレジスト残渣無く完全に除去処理することが可能である。また、一導電型の不純物のイオンを電界で加速してドーピングした後においても同様にレジストパターンを除去することができる。

露光処理において必要な光照射手段は、現像処理後のレジストパターンに感光剤の感光波長域の光を照射する為の処理手段であり、例えば、ＤＮＱ感光剤の感光波長域の光としては波長３５０〜４５０nmの光が必要となる。そして、当該波長域を満足する光源としては、超高圧水銀灯が好適な一例として挙げられる。超高圧水銀灯は当該波長域を満足するｇ線（４３６nm）やｈ線（４０５nm）やｉ線（３６５nm）のスペクトル光を有しており、これらのスペクトル光を複数又は単一で使用することができる。スペクトル光を複数使用する場合の光照射手段は、光源である超高圧水銀灯と超高圧水銀灯に於ける波長３５０〜４５０nmの範囲内のｇ線とｈ線とｉ線とから選択された２波長以上含む特定波長域を分光透過する為の光学フィルタとから成っている。この場合、光学フィルタは、分光透過特性の種類により、ｇ線（４３６nm）とｈ線（４０５nm）とｉ線（３６５nm）を全て含む波長域を分光透過する光学フィルタと、ｇ線（４３６nm）とｈ線（４０５nm）のみを含む波長域を分光透過する光学フィルタと、ｈ線（４０５nm）とｉ線（３６５nm）のみを含む波長域を分光透過する光学フィルタとが考えられ、どの型の光学フィルタを使用しても構わない。一方、スペクトル光を単一で使用する場合の光照射手段は、光源である超高圧水銀灯と超高圧水銀灯のｇ線（４３６nm）又はｈ線（４０５nm）又はｉ線（３６５nm）から成る単波長光を分光透過する為の光学フィルタとで構成されている。尚、当該光照射手段の構成要素である光学フィルタとしては吸収フィルタや薄膜干渉フィルタがあり、これらのフィルタを適性に積層して、所望の波長域を分光透過する様にする。

本発明によれば、現像処理と現像後のレジストパターンに感光剤の感光波長域の光を照射する露光処理を行うことで、レジスト剥離液に対する溶解性を促進させ、ドライエッチング処理やドーピング処理をした後においても、そのレジストパターンの剥離を容易なものとすることができる。

本発明によれば、レジスト剥離液を用いて、ドライエッチング後のレジストパターンの除去を容易なものとすることができる。すなわち、本発明によれば、現像処理と現像後のレジストパターンに感光剤の感光波長域の光を照射する露光処理を行うことで、レジスト剥離液に対する溶解性を促進させ、ドライエッチング処理やドーピング処理をした後においても、そのレジストパターンの剥離を容易なものとすることができる。また、本発明によれば、一導電型の不純物のイオンを電界で加速してドーピングした後においても同様にレジストパターンを除去することができる。

本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。尚、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いることとする。

〔実施の形態１〕
本発明に係る実施の形態の一態様を図１を参照して説明する。本発明は、ガラス、石英、半導体、プラスチック、プラスチックフィルム、金属、ガラスエポキシ樹脂、セラミックなどの各種素材を基板として、その基板上に配線パターンやコンタクトホールをはじめ、任意のパターンを形成するためにフォトリソグラフィ工程によりフォトレジストによるマスクパターンを形成してエッチング加工するあらゆる工程に適用することができる。

図１（Ａ）では、ガラス基板８０１上に金属膜８０２を形成し、さらにフォトレジストの塗布、ベーク、露光、ポストベークなどを含むフォトリソグラフィ工程によりレジストパターン８０３を形成する。

金属膜８０２の材料として限定されるものはなく、好ましくはドライエッチング加工が可能な材料であれば良い。例えば、アルミニウム、チタン、モリブデン、タンタル、タングステンなどの材料又はこれらの元素を含む合金材料を適用することができる。尚、本実施の形態では、エッチング加工する被加工物として金属膜を用いる場合を例示するが、本発明はこれに限定されず、シリコンやゲルマニウムなどの半導体膜、酸化シリコンや窒化シリコンなどの絶縁膜を被加工物として適用することができる。

レジストパターン８０３は、感光剤を含むポジ型レジスト組成物であれば良く、代表的にはＤＮＱ−ノボラック樹脂系のポジ型レジスト組成物を用いる。その他に、化学増幅型のポジ型レジスト組成物を用いても良い。この工程では、ＤＮＱ−ノボラック樹脂系のポジ型レジストをスピン塗布法により塗布し、１００℃程度の処理温度で所定時間のプリベーク処理を行うことにより、所定膜厚のレジスト膜を成膜している。尚、プリベーク処理は、レジスト塗布膜中の溶剤を蒸発させ安定なレジスト膜を成膜する為のものである。その後、超高圧水銀灯の多波長光（ｇ線とｈ線とｉ線）を利用する等倍投影露光装置で所定時間の露光処理を行い、しかる後に有機アルカリ現像液であるテトラメチルハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ、化学式：（ＣＨ₃）₄ＮＯＨ））現像液（２．３８％）で所定時間の現像処理を行うことにより、所定寸法のレジストパターン８０３を形成する。

次に、現像後のレジストパターン８０３の内部に存在する未反応のＤＮＱ感光剤を感光させる為、ＤＮＱ感光剤の感光波長域の光である波長３５０〜４５０nmの光を基板全面に照射する（図１（Ｂ））。この場合、波長３５０〜４５０nmの光としては、超高圧水銀灯のスペクトル光であるｇ線（４３６nm）やｈ線（４０５nm）やｉ線（３６５nm）が好適な一例として挙げられ、本実施の形態では超高圧水銀灯のｇ線（４３６nm）とｈ線（４０５nm）とｉ線（３６５nm）とから成る多波長光を現像後のレジストパターン８０３に照射する。この露光処理により、レジストパターン８０３に含まれる感光剤を露光により分解して分子量を小さくすることでレジストの耐性を低下させ、剥離性を向上させている。或いは、現像処理後のレジストパターンにＤＮＱ感光剤の感光波長域の光を照射することにより、レジストパターン内部にＤＮＱ感光剤からの光化学反応生成物であるインデンカルボン酸が多量に生成させる。多波長光は、単波長光に比較し照射光量が大きく、現像後のレジストパターン８０３の内部に存在するＤＮＱ感光剤をより短時間で感光することができる。

露光処理の後、ドライエッチング処理により金属膜８０２をエッチング加工する（図１（Ｃ））。このドライエッチングは、その目的や用途に応じて適宜選択すれば良く、反応性イオンエッチング、ＥＣＲプラズマエッチング、誘導結合プラズマエッチングなどの方法を適用することができる。エッチングガスは被加工物に応じて選択すれば良く、ＣＦ₄、ＮＦ₃、ＳＦ₆などのフッ素系、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃などの塩素系のエッチングガスを用いて行う。

次に、ドライエッチング処理のマスクであるレジストパターン８０３に対し、アッシング処理とレジスト剥離液を用いるレジスト除去工程を行う（図１（Ｄ））。ドライエッチング処理後のレジストパターン８０３は、レジストを構成する高分子とエッチングガスとの反応や高分子間の架橋反応が進み、レジストパターン８０３の表面に変質層が生成されている。当該変質層の除去処理には酸素プラズマによる炭酸ガスへの分解処理であるアッシング処理が好適であり、変質層除去後のレジストパターンの除去処理には、組成物として2-アミノエタノールとグライコールエーテルの混合物で成るレジスト剥離液を用いる。尚、本実施の形態では、レジストパターン８０３に対して、ドライエッチング処理前に超高圧水銀灯のｇ線（４３６nm）とｈ線（４０５nm）とｉ線（３６５nm）とから成る多波長光の照射による多量のインデンカルボン酸の生成が行われている。従って、表層部分の変質層をアッシング除去した残りのレジスト材は、レジスト剥離液に対する溶解性が促進されており、レジスト剥離処理により、レジスト残渣無く、完全にレジスト除去処理することが可能である。

以上のようにして、ガラス基板８０１上に金属膜８０４のパターンを形成することができる。尚、本実施の形態では、ガラス基板８０１上に金属膜８０４からなるパターンを形成する一態様を例示したが、本発明はこれに限定されず、半導体集積回路の配線形成工程やコンタクトホール形成工程、液晶パネルやＥＬパネルを作るＴＦＴ基板のシリコンアイランド形成工程、配線形成工程、コンタクトホール形成工程など様々な分野に適用することができる。すなわち、本発明はここで例示した金属膜に限定されず、酸化シリコンやアクリル樹脂などの絶縁膜、多結晶シリコンや非晶質シリコンなどの半導体膜上に形成するレジストパターンの除去にも適用することができる。

〔実施の形態２〕
本発明に係る実施の形態のとして、実施の形態１とは異なる態様について図２を用いて説明する。尚、以下の説明において、実施の形態１と同じ要素については説明を省略する。

図２（Ａ）において、実施の形態１と同様にして、ガラス基板８０１上に金属膜８０２、レジストパターン８０３を形成する。その後、図２（Ｂ）で示すように、ドライエッチング処理を行う。ドライエッチング処理後のレジストパターン８０３は、レジストを構成する高分子とエッチングガスとの反応や高分子間の架橋反応が進み、レジストパターン８０３の表面に除去の困難な変質層が生成されている。このような変質層を含め、レジストパターン８０３の除去を容易とするためには、この段階で露光処理を行っても良い。

露光処理は、ＤＮＱ感光剤の感光波長域の光である波長３５０〜４５０nmの光を基板全面に照射するものであり、これによりドライエッチング後のレジストパターン８０３の内部に存在する未反応のＤＮＱ感光剤を感光させておく（図２（Ｃ））。変質層の除去処理は主に酸素プラズマによるアッシング処理で行い、変質層除去後のレジストパターンの除去処理には、組成物として2-アミノエタノールとグライコールエーテルの混合物で成るレジスト剥離液による溶解処理で行う（図２（Ｄ））。

以上のような工程を経ても、実施の形態１と同様にしてドライエッチング後のレジストパターンの除去を容易に行うことができる。

〔実施の形態３〕
本発明に係る実施の形態のとして、実施の形態１及び２とは異なる態様について図２を用いて説明する。尚、以下の説明において、実施の形態１又は２と同じ要素については説明を省略する。

図３（Ａ）において、実施の形態１と同様にして、ガラス基板８０１上に金属膜８０２、レジストパターン８０３を形成する。その後、図３（Ｂ）で示すように、ドライエッチング処理を行う。ドライエッチング処理後のレジストパターン８０３は、レジストを構成する高分子とエッチングガスとの反応や高分子間の架橋反応が進み、レジストパターン８０３の表面に除去の困難な変質層が生成されている。従って、この後にアッシング処理及びレジスト剥離液によるレジスト除去処理を行っても、残渣物８０５が残存する（図３（Ｃ））。

残渣物８０５を除去するために、この段階で露光処理を行うことは有効である。露光処理は、ＤＮＱ感光剤の感光波長域の光である波長３５０〜４５０nmの光を基板全面に照射するものであり、これによりドライエッチング後のＤＮＱ−ノボラック樹脂系のポジ型レジスト組成物で成るレジストパターン８０３の内部に存在する未反応のＤＮＱ感光剤を感光させる（図３（Ｄ））。しかる後、現像液を用いて処理することで、残渣物８０５を除去することができる（図３（Ｅ））。

以上のような工程を経ても、実施の形態１及び２と同様にしてドライエッチング後のレジストパターンの除去を容易に行うことができる。

〔実施の形態４〕
本実施形態では、図５と図６を用いて、ＴＦＴの作製工程であるゲート電極の形成工程に本発明のレジストパターンの形成方法を適用した場合について説明する。

透明絶縁性の基板であるガラス基板９０１上に、膜厚１５０nmのシリコン酸窒化膜から成る下地膜９０２が堆積されており、その上に膜厚５０nmの多結晶シリコン膜９０３、９０４から成るＴＦＴの活性層である半導体層が形成されている（図５（Ａ））。

そして、半導体層９０３、９０４を被覆する様に、膜厚１００nmのシリコン酸化膜から成るゲート絶縁膜９０５及び膜厚３０nmの窒化タンタル（ＴａＮ）膜から成る第１層ゲート電極膜９０６と膜厚３７０nmのタングステン（Ｗ）膜から成る第２層ゲート電極膜９０７とが各々積層して堆積されている（図５（Ｂ））。

第１層ゲート電極膜９０６の膜厚は、テーパーエッチング時のテーパー形状領域に於ける残膜厚の制御性と、スルードープ法によりＴａＮ膜を通過させて不純物元素をドーピングする際のドーピング特性の両方を考慮して設定されている。また、第２層ゲート電極膜９０７の膜厚は、不純物元素をドーピングする際のＷ膜のチャネリング現象を防止する為３４０nm以上の膜厚が必要なことが知られており、この点を考慮して設定されている。尚、本実施の形態においては、目的とするドーピング層の上層膜を通過させてドーピング層に不純物をドーピングする方法のことを便宜上「スルードープ法」と称している。

この様な構造の基板上に、ＤＮＱ−ノボラック樹脂系のポジ型レジストから成るゲート電極形成用のレジストパターン９０８を形成する。この際、ＤＮＱ−ノボラック樹脂系のポジ型レジスト組成物をスピン塗布法により塗布し、１００℃程度の処理温度で所定時間のプリベーク処理を行うことにより、所定膜厚のレジスト膜を成膜している。尚、プリベーク処理は、レジスト塗布膜中の溶剤を蒸発させ安定なレジスト膜を成膜する為のものである。その後、超高圧水銀灯の多波長光（ｇ線とｈ線とｉ線）を利用する等倍投影露光装置で所定時間の露光処理を行い、その後に有機アルカリ現像液であるＴＭＡＨ現像液（２．３８％）で所定時間の現像処理を行うことにより、ゲート電極の配置に合わせたレジストパターン９０８の形成を行っている（図５（Ｂ））。

次に、現像後のレジストパターン９０８の内部に存在する未反応のＤＮＱ感光剤を感光させる為、ＤＮＱ感光剤の感光波長域の光である波長３５０〜４５０nmの光を基板全面に照射する。この場合、波長３５０〜４５０nmの光としては、超高圧水銀灯のスペクトル光であるｇ線（４３６nm）やｈ線（４０５nm）やｉ線（３６５nm）が好適な一例として挙げられ、本実施形態では超高圧水銀灯のｇ線（４３６nm）とｈ線（４０５nm）とｉ線（３６５nm）とから成る多波長光を現像後のレジストパターン９０８に照射している。当該光照射工程により、レジストパターン９０８の内部にＤＮＱ感光剤からの光化学反応生成物であるインデンカルボン酸を多量に生成させている（図５（Ｃ））。

次に、レジストパターン９０８をマスクにテーパーエッチング処理と異方性エッチング処理との複合エッチング処理である３ステップエッチング処理を行い、順テーパー形状を有するＴａＮ膜から成る第１層ゲート電極９０９ａ、９１０ａと矩形に近い形状のＷ膜から成る第２層ゲート電極９０９ｂ、９１０ｂとで構成されるゲート電極を形成する。尚、ドライエッチング装置としては、ＩＣＰドライエッチング装置を使用し、レジストパターン９０８に対する選択比を下げることにより、レジストパターン９０８を後退させながらエッチングを行っている（図５（Ｄ）〜（Ｅ））。

当該３ステップエッチング工程の具体的処理は、以下の通りである。即ち、第１ステップのエッチング処理として、レジストパターン９０８をマスクにＷ膜から成る第２層ゲート電極膜９０７のみをテーパーエッチングし、順テーパー形状を有する第２層ゲート電極９０９ｂ、９１０ｂを形成する。この際のエッチング条件としては、ＣＦ₄とＣｌ₂とＯ₂の混合ガスのガス流量が各々２５sccm（ＣＦ₄）と２５sccm（Ｃｌ₂）と１０sccm（Ｏ₂）で、ＩＣＰ電力が５００W（ＩＣＰ電力密度：１．０１９W/cm²）、バイアス電力が１５０W（バイアス電力密度：０．９６W/cm²）、ガス圧力が１．０Paであり、ジャストエッチング（通常１２０秒程度）に１０％のオーバーエッチングを追加したエッチング時間でドライエッチング処理を行っている。尚、ドライエッチング処理のマスクであるレジストパターン９０８は、レジスト後退現象により変形する。

引き続き、第２ステップのエッチング処理として、Ｗ膜から成る第２層ゲート電極９０９ｂ、９１０ｂをマスクに、ＴａＮ膜から成る第１層ゲート電極９０６を異方性エッチングし、第１層ゲート電極９０９ａ、９１０ａを形成する。この際のエッチング条件としては、ＣＦ₄とＣｌ₂の混合ガスのガス流量が各々３０sccm（ＣＦ₄）と３０sccm（Ｃｌ₂）で、ＩＣＰ電力が５００W（ＩＣＰ電力密度：１．０１９W/cm²）、バイアス電力が１０W（バイアス電力密度：０．０６４W/cm²）、ガス圧力が１．０Paであり、ジャストエッチング（通常４５秒程度）に１５秒のオーバーエッチングを追加したエッチング時間でドライエッチング処理を行っている。尚、レジストパターン９０８は、レジストパターン９０８の形状に変形している。また、シリコン酸化膜から成るゲート絶縁膜９０５は、当該ドライエッチング処理により膜減りが進み変形する（図５（Ｄ））。

引き続き、第３ステップのエッチング処理として、レジストパターン９０８をマスクに、Ｗ膜から成る第２層ゲート電極９０９ｂ、９１０ｂを異方性エッチングし、矩形に近い形状の第２層ゲート電極９０９ｂ、９１０ｂと順テーパー形状の第１層ゲート電極９０９ａ、９１０ａとを形成する。この際のエッチング条件としては、ＳＦ₆とＣｌ₂とＯ₂の混合ガスのガス流量が各々２４sccm（ＳＦ₆）と１２sccm（Ｃｌ₂）と２４sccm（Ｏ₂）で、ＩＣＰ電力が７００W（ＩＣＰ電力密度：１．４２７W/cm²）、バイアス電力が４W（バイアス電力密度：０．０２６W/cm²）、ガス圧力が１．３Paであり、２５秒の固定したエッチング時間でドライエッチング処理を行っている。尚、シリコン酸化膜から成るゲート絶縁膜905は当該ドライエッチング処理により更に膜減りが進み、レジストパターン９０８はレジスト後退が更に進み変形してしまう。

次に、ドライエッチング処理のマスクであるレジストパターン９０８について、アッシング処理とレジスト剥離処理とから成るレジスト除去工程を行う。ドライエッチング処理後のレジストパターン９０８は、レジストを構成する高分子とエッチングガスとの反応や高分子間の架橋反応が進み、レジストパターン９０８の表面に除去の困難な変質層が生成されている。当該変質層の除去処理には酸素プラズマによる炭酸ガスへの分解処理であるアッシング処理が好適であり、変質層除去後のレジストパターンの除去処理には有機系のレジスト剥離液による溶解処理であるレジスト剥離処理が好適である。この為、本実施形態では、アッシング処理による当該変質層の除去処理を行い、その後に有機系のレジスト剥離液によるレジスト剥離処理を行っている。ところで、ドライエッチング処理後のレジストパターン９０８に於いては、超高圧水銀灯のｇ線（４３６nm）とｈ線（４０５nm）とｉ線（３６５nm）とから成る多波長光の照射による多量のインデンカルボン酸の生成が行われている。従って、表層部分の変質層をアッシング除去した残りのレジスト材は、レジスト剥離液に対する溶解性が促進されており、レジスト剥離処理により、レジスト残渣無く、完全にレジスト除去処理することが可能である。

次に、イオンドーピング装置を使用して、Ｐ（リン）元素から成る高ドーズ量のｎ型不純物をドーピングする。当該ドーピング処理により、第１層ゲート電極９０９ａの外側に対応する多結晶シリコン膜である半導体層９０３にｎ型不純物の高濃度不純物領域（ｎ+領域）９１３がスルードープ法で形成され、同時に第１層ゲート電極９０９ａの第２層ゲート電極９０９ｂからの露出領域に対応する半導体層に、ｎ型不純物の低濃度不純物領域（ｎ-領域）９１２がスルードープ法で形成される。この様にして形成される高濃度不純物領域（ｎ+領域）９１３は、当該ＴＦＴのソース領域又はドレイン領域としての機能を有し、低濃度不純物領域（ｎ-領域）９１２はゲート電極とオーバーラップしている電界緩和領域であるＬＤＤ領域としての機能を有している。また、チャネル形成領域９１１は、第２層ゲート電極９０９ｂと重なる領域に形成される。

一方、半導体層９０４には、Ｂ（ボロン）元素から成る高ドーズ量のｐ型不純物をドーピングする。当該ドーピング処理により、第１層ゲート電極９１０ａの外側に対応する多結晶シリコン膜である半導体層９０４にｐ型不純物の高濃度不純物領域（ｐ+領域）９１６がスルードープ法で形成され、同時に第１層ゲート電極９１０ａの第２層ゲート電極９１０ｂからの露出領域に対応する半導体層に、ｐ型不純物の低濃度不純物領域（ｐ-領域）９１５がスルードープ法で形成される。また、チャネル形成領域９１４は、第２層ゲート電極９１０ｂと重なる領域に形成される。

そして、水素を含有する酸窒化シリコン膜９１７をプラズマＣＶＤ法により５０nmの厚さで形成し、４１０℃の加熱処理により半導体膜の水素化を行う。また、水素化と共に上述の不純物領域の活性化処理を同時に行うこともできる（図６（Ａ））。

層間絶縁膜９１８はアクリル又はポリイミド組成物などを主成分とする感光性の有機樹脂組成物で所定のパターンに形成する。感光性の有機樹脂組成物を用いる場合、この段階でコンタクトホール９１９が形成される（図６（Ｂ））。

その後、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどを用いて配線９２０ａ〜９２０ｄを形成する。配線構造の一例は、膜厚５０〜２５０nmのＴｉ膜と、膜厚３００〜５００nmの合金膜（ＡｌとＴｉとの合金膜）との積層膜を用いる（図６（Ｃ））。

以上の様に、本発明をｎチャネル型ＴＦＴ９３０、ｐチャネル型ＴＦＴ９４０の作製工程に適用した場合、以下の様な具体的な作用効果を挙げることが可能である。ＤＮＱ感光剤の感光波長域の光である波長３５０〜４５０nmの光をゲート電極形成用のレジストパターンに照射することにより、ガラス転移温度が低下する為、ガラス転移温度以上の温度でベーク処理する際、レジストパターンの所望の側壁角を得る為のベーク温度の低下を実現ことが可能であり、ベーク温度を低下させない場合には、軟化流動の促進によりレジストパターンの側壁角をより小さくすることが可能である。また、ドライエッチング処理後のレジストパターンを除去処理する際、アッシング処理とレジスト剥離処理とにより、レジスト残渣無く、完全にレジストを除去することが可能である。

〔実施の形態５〕
実施の形態１乃至４で示したように、レジスト除去工程の前後に露光工程を付加することでレジストの除去を容易なものとすることができる。図４は露光処理手段を付加したレジスト剥離装置の一例を示している。

図４で示すレジスト剥離装置は、被処理基板を１枚ずつ連続的に処理することのできる枚葉処理方式のものであり、搬送室４００を中心として、その周辺に露光処理室４０２、剥離処理室４０３、４０４、洗浄室４０５、ロード／アンロード室４０１が備えられている。処理基板はロード／アンロード室４０１に備えられた基板カセット４１０から供給され、基板カセット４１１に回収される。基板は搬送室４００に備えられた搬送手段４０６により各処理室に搬送される。剥離処理室４０３、４０４はスピン塗布方式の処理室であり、レジスト剥離液を供給してレジスト剥離処理や、ＩＰＡや純水を供給して剥離後のリンス処理を行う。洗浄室４０５はシャワーノズル９０８とエアーブローで成る乾燥手段４０９を備えたライン式の洗浄方式を図示しているが、スピン方式の洗浄を行っても良い。また、ＩＲ室４１１はハロゲンランプ又は赤外線ランプを用いた加熱手段４１２により、基板を予備加熱するところである。尚、この加熱手段４１２と露光処理室４０２の処理ユニットが備え４０７を併設して一つの処理室としても良い。

露光処理室４０２には、本発明の重要部分であり、レジストパターンにＤＮＱ感光剤の感光波長域の光を照射する為の処理ユニットが備え４０７が備えられている。ＤＮＱ感光剤の感光波長域の光としては、ＤＮＱ感光剤にもよるが、一般的には波長３５０〜４５０nmの光が必要である。当該波長域を満足する光源としては、多波長光の等倍投影露光装置や単波長光の等倍投影露光装置の光源として一般的に使用されている超高圧水銀灯が好適な一例として挙げられ、超高圧水銀灯のスペクトル光であるｇ線（４３６nm）とｈ線（４０５nm）とｉ線（３６５nm）とから成る多波長光を照射する構成となっている。これには、光学フィルタと、光源の超高圧水銀灯と超高圧水銀灯４０５に電力を供給する為の電力供給ラインなどから構成されるものである。光学フィルタとしては、吸収フィルタや薄膜干渉フィルタが考えられ、これらの吸収フィルタや薄膜干渉フィルタを適切に積層して、ｇ線（４３６nm）とｈ線（４０５nm）とｉ線（３６５nm）とから成る多波長光を分光透過する。尚、光照射の処理時間は露光装置での露光時間の様に厳密なものではないが、レジストパターンの軟化形状に影響する為、所定時間の光照射処理が行われる装置構成が必要である。この様な装置構成としては、図示してないが、シャッタ機構を設けるとか、所定時間の間のみ超高圧水銀灯への電力供給を行う機構を設ける等の手段が考えられる。

本実施の形態では、上記したような露光処理室をレジスト剥離装置と組み合わせる場合を例示したが、この他に、アッシング装置又はドライエッチング装置と区来合わせても良い。すなわち、多室分離式のアッシング装置又はドライエッチング装置の一室として上記ような露光処理ユニットを付加しても良い。

ガラス基板上に８００nmのアクリル樹脂層を形成し、その上に、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、アルミニウム（Ａｌ：Ｓｉ(1wt%)）膜、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、チタン（Ｔｉ）膜を、それぞれ６０nm、４０nm、３００nm、１００nm積層した。その後、ジアゾナフトキノン（ＤＮＱ）−ノボラック樹脂系のポジ型レジスト組成物を塗布して、１００℃程度の処理温度で所定時間のプリベーク処理を行い、所定膜厚のレジスト膜を形成した。その後、超高圧水銀灯の多波長光（ｇ線とｈ線とｉ線）を利用する等倍投影露光装置で所定時間の露光処理を行い、しかる後に有機アルカリ現像液であるテトラメチルハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ、化学式：（ＣＨ₃）₄ＮＯＨ））現像液（２．３８％）で所定時間の現像処理を行うことにより、所定寸法のレジストパターンを形成した。ポストベークは１１５℃で行い、その後、露光処理を行った。露光処理は、３００〜４００nmの波長範囲に複数個の輝線が出るメタルハライドランプを用い７０mW/cm²の光を照射した。露光時間は、比較のため０〜１０００秒まで変化させて行った。

上記した積層型の金属層は、三塩化硼素（ＢＣｌ₃）と塩素（Ｃｌ₂）の混合物をエッチングガスとして用い、ドライエッチング処理により加工した。レジストパターンの除去は、酸素プラズマによるアッシング処理を１５０秒行い、非水系レジスト剥離液（Ｎ−３００;ナカ゛セケムテック社製）を用いて８０℃にて８５秒の処理を行った。

図７はレジストパターンを剥離処理した後の状態を光学顕微鏡で５００倍に拡大して観察した結果を示す写真である。露光処理時間は０秒から７５０秒であり、それに伴ってレジストパターンが残存しているか否かを示している。図７（Ａ）の写真で明らかなように、露光処理時間が０秒の場合は残渣物が残っていることが分かる。露光処理をすることで、図７（Ｂ）〜（Ｆ）のようにレジストパターンは良好に除去できていることが観察される。また、図９は同様の試料に走査電子顕微鏡写真であり、図７（Ａ）〜（Ｃ）に対応する写真を示している。

しかし、図８の写真で示すように、露光時間が５秒では細かいパターンの隙間にも残渣物が残っていないが（図８（Ａ））、露光処理時間が３０秒以上であると僅かであるが残渣物が観測されている（図８（Ｂ）、（Ｃ））。この結果は露光時間がある一定範囲を超えると、光反応により新たな重合物が生成し、残渣物ができてしまうことを示している。この傾向は図７（Ｇ）、（Ｈ）のようにさらに露光時間を長くすることで顕著な傾向が観察される。

以上のように、現像処理と現像後のレジストパターンに感光剤の感光波長域の光を照射する露光処理時間には最適な範囲があり、１〜３０秒、好ましくは５〜１０秒の露光時間で、ドライエッチング処理後のレジストパターンをきれいに除去できた。

本発明のレジスト除去工程を説明する工程断面図である。本発明のレジスト除去工程を説明する工程断面図である。本発明のレジスト除去工程を説明する工程断面図である。本発明に係る露光処理手段を備えたレジスト剥離装置の一態様を説明する図である。本発明のレジスト除去工程を含むＴＦＴの作製工程を説明する工程断面図である。本発明のレジスト除去工程を含むＴＦＴの作製工程を説明する工程断面図である。レジストパターンを剥離処理した後の状態を光学顕微鏡で５００倍に拡大して観察した写真である。レジストパターンを剥離処理した後の状態を光学顕微鏡で詳細に観察した写真である。レジストパターンを剥離処理した後の状態を走査電子顕微鏡で観察した写真である。

Claims

被加工物上に感光剤を含むポジ型レジスト組成物からなるフォトレジストによってレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンに前記感光剤の感光波長域の光を照射し、
前記レジストパターンをマスクとして前記被加工物をエッチング処理し、
前記レジストパターンを除去処理することを特徴とする半導体装置の作製方法。
第１層ゲート電極膜を形成し、
前記第１層ゲート電極膜上に第２層ゲート電極膜を形成し、
前記第２層ゲート電極膜上に感光剤を含むポジ型レジスト組成物からなるフォトレジストによってレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンに前記感光剤の感光波長域の光を照射し、
前記感光剤を含むポジ型レジスト組成物のガラス転移温度以上の温度で前記レジストパターンをベーク処理し、
前記レジストパターンをマスクとしてテーパーエッチング処理及び異方性エッチング処理を行うことにより矩形形状の第２層ゲート電極及び順テーパー形状の第１層ゲート電極とで構成されるゲート電極を形成し、
前記レジストパターンを酸素プラズマによってアッシング処理し、
前記アッシング処理後、レジスト剥離液によって前記レジストパターンを除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。
基板上に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜上に半導体層を形成し、
前記半導体層上にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に第１層ゲート電極膜を形成し、
前記第１層ゲート電極膜上に第２層ゲート電極膜を形成し、
前記第２層ゲート電極膜上に感光剤を含むポジ型レジスト組成物からなるフォトレジストによってレジストパターンを形成し、
前記レジストパターンに前記感光剤の感光波長域の光を照射し、
前記感光剤を含むポジ型レジスト組成物のガラス転移温度以上の温度で前記レジストパターンをベーク処理し、
前記レジストパターンをマスクとしてテーパーエッチング処理及び異方性エッチング処理を行うことにより矩形形状の第２層ゲート電極及び順テーパー形状の第１層ゲート電極とで構成されるゲート電極を形成し、
前記レジストパターンを酸素プラズマによってアッシング処理し、
前記アッシング処理後、レジスト剥離液によって前記レジストパターンを除去することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項２において、
前記レジストパターン除去後、前記ゲート電極を介して不純物をドープすることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項３において、
前記レジストパターン除去後、前記ゲート電極を介して不純物をドープすることによって、前記半導体層に高濃度不純物領域と、前記順テーパー形状の第１層ゲート電極と重なる低濃度不純物領域を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項２乃至５のいずれか一項において、
前記照射により前記レジストパターンのガラス転移温度を低下させることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項２乃至６のいずれか一項において、
前記レジスト剥離液は、２−アミノエタノールとグライコールエーテルとの混合物からなることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１乃至７のいずれか一項において、
前記感光剤を含むポジ型レジスト組成物は、ジアゾナフトキノン−ノボラック樹脂系であり、感光剤がジアゾナフトキノンであることを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１乃至８のいずれか一項において、
前記照射は、１〜３０秒間行うことを特徴とする半導体装置の作製方法。
請求項１乃至９のいずれか一項において、
前記照射は、３００〜４００ｎｍの波長範囲に複数個の輝線が出る光源を用いることを特徴とする半導体装置の作製方法。