KR100416657B1 - 반도체 소자의 콘택홀 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 콘택홀 제조방법에 관한 것으로, 특히 이 방법은 층간 절연막이 형성된 기판 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 포토레지스트 패턴에 의해 드러난 층간 절연막을 식각해서 콘택홀을 형성한 후에, 콘택홀이 형성된 층간 절연막을 유기 용액 및 산화막 제거 용액을 혼합한 세정 용액으로 세정하여 포토레지스트 패턴을 제거함과 동시에 상기 콘택홀 식각 공정시 발생한 폴리머 및 자연 산화막을 제거한다. 그러므로, 본 발명은 잔유물이 없는 콘택홀을 확보할 수 있어 콘택 저항을 낮출 뿐만 아니라 콘택 전극과의 접착력을 높이고 제조 공정의 수를 단축할 수 있다.

Description

반도체 소자의 콘택홀 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING A CONTACT HOLE OF SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 제조방법에 관한 것으로서, 특히 콘택홀 식각시 발생되는 폴리머 및 자연 산화막을 제거할 수 있는 반도체 소자의 콘택홀 제조방법에 관한 것이다.

반도체장치가 고집적화 됨에 따라 소자의 크기 및 선폭 등의 감소는 필연적인 사항이 되었으며, 이에 따라 미세 선폭의 구현 기술은 반도체장치 제작에 핵심 기술이 되고 있다. 소자의 고집적화에 직접적으로 영향을 미치는 콘택홀의 마진(margin)또한 아주 미세해지고 있다. 고집적 반도체소자의 콘택홀을 형성하기 위한 식각 공정으로는 콘택홀의 크기를 정확하게 조절하기가 용이한 건식 식각공정이 널리 사용된다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 반도체 소자의 콘택홀 제조 공정을 순차적으로 나타낸 수직 단면도들이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)에 게이트 또는 금속 배선 상부에 층간 절연막(12)을 형성하고 그 위에 포토레지스트 패턴(14)을 형성한다. 그리고, 포토레지스트 패턴(14)에 의해 드러난 층간 절연막(12)을 건식 식각해서 콘택홀(16)을 형성한다. 그런데, 상기 콘택홀(16) 식각 공정시 콘택홀 바닥면의 기판(10)에는 자연 산화막(18)이 성장되고 콘택홀(16)의 내부 및 포토레지스트 패턴(14) 상부에는 식각 반응물인 폴리머(20)가 생성된다.

그 다음 도 2에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(14)을 제거하는 건식 식각 공정인 에싱 공정이 진행된다. 후속 공정으로서, 포토레지스트 패턴(14)을 습식 식각하는 세정 공정이 진행된다. 이때, 콘택홀(16) 내에 있는 폴리머도 함께 제거된다. 이로 인해, 표면 모폴로지를 거칠게 만들고 단락 및 고저항을 유발하며 이후 금속 배선의 사진 공정시 디포커스 현상을 유발하여 패턴 불량의 원인을 제공하는 폴리머가 제거된다.

상기 세정 공정은 게이트의 콘택홀일 경우 SPM(H2SO4와 H2O2의 혼합액)을 사용하게 되고, 금속 공정이후에 진행되는 포토레지스트 패턴의 세정 공정은 N396(하이드록시 아민 혼합 용액) 또는 SMC(NH4OH+CH3COOH+DI 혼합액)을 사용함으로써 금속의 부식을 방지한다.

그러나, SPM을 사용하는 세정 공정의 경우 140℃이상의 고온 공정이 요구되므로 작업자의 안전이 문제가 될 수 있다. 또한 설비의 부식 및 환경 오염, 산업 폐수의 문제를 야기시킬 수 있다. 또한 N396 또는 SMC 용액을 사용하는 경우에는 금속 부식을 방지하면서 폴리머를 제거하는 조건이 요구되고 있으나, 폴리머 제거능력과 금속 배선의 부식 방지의 목적이 서로 상반된 결과를 초래하게 된다.

또한, 콘택홀의 세정 공정시 완전히 자연 산화막이 제거되지 않고 남아 있을 경우 콘택홀의 갭필 공정시 콘택 저항을 증가시킬 뿐만 아니라, 하부 구조물과 콘택 전극 사이의 접착력을 저하시켜 반도체 소자의 성능 및 수율에 악영향을 미친다.

본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 층간 절연막에 콘택홀을 형성한 후에 포토레지스트 패턴, 콘택홀 식각에 의한 폴리머, 및 자연 산화막을 동시에 제거하는 콘택홀 세정 공정을 진행함으로써 잔유물이 없는 콘택홀을 확보할 수 있어 콘택 저항을 낮출 뿐만 아니라 콘택 전극과의 접착력을 높이고 제조 공정의 수를 단축할 수 있는 반도체 소자의 콘택홀 제조방법을 제공하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 소자의 콘택홀을 제조하는방법에 있어서, 층간 절연막이 형성된 기판 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 포토레지스트 패턴에 의해 드러난 층간 절연막을 식각해서 콘택홀을 형성하는 단계와, 콘택홀이 형성된 층간 절연막을 유기 용액 및 산화막 제거 용액을 혼합한 세정 용액으로 세정하여 포토레지스트 패턴을 제거함과 동시에 상기 콘택홀 식각 공정시 발생한 폴리머 및 자연 산화막을 제거하는 단계를 포함한다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 반도체 소자의 콘택홀 제조 공정을 순차적으로 나타낸 수직 단면도들,

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 반도체 소자의 콘택홀 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 순서도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

100 : 반도체 기판 102 : 층간 절연막

104 : 포토레지스트 패턴 106 : 콘택홀

108 : 폴리머 110 : 자연 산화막

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 반도체 소자의 콘택홀 제조방법을 순차적으로 나타낸 공정 순서도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 반도체 기판(100)에 게이트 또는 금속 배선 상부에 층간 절연막(102)을 형성하고 그 위에 포토레지스트 패턴(104)을 패터닝한다.

그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(104)에 의해 드러난 층간 절연막(102)을 건식 식각해서 콘택홀(106)을 형성한다. 그런데, 상기 콘택홀(106) 식각 공정시 콘택홀 바닥면의 기판(100)에는 자연 산화막(110)이 성장되고 콘택홀(106)의 내부 및 포토레지스트 패턴(104) 상부에는 식각 반응물인 폴리머(108)가 생성된다.

그 다음 도 5에 도시된 바와 같이, 콘택홀(106)이 형성된 층간 절연막(102)을 유기 용액 및 산화막 제거 용액을 혼합한 세정 용액으로 세정하여 포토레지스트패턴(104)을 제거함과 동시에, 콘택홀(106) 식각 공정시 발생한 폴리머(108) 및 자연 산화막(110)을 제거한다.

이때, 상기 세정 용액에서 유기 용액은 하이드록시 아민을 포함하여 포토레지스트 패턴과 폴리머를 제거하는 용도이다. 그리고, 산화막 제거 용액은 HF, HF 및 NH3F의 혼합 용액중에서 어느 하나를 사용하되, 0.1w% 내지 50w% 범위에서 사용되고 전체 세정 용액의 0.01vol% 내지 5vol%의 비율로 사용한다. 바람직하게는 하이드록시 아민을 포함하는 유기 용액이 세정 용액의 베이스로 사용되고, 산화막의 제거 용액이 첨가 용액으로 된다.

또한, 산화막 제거 용액은 금속에 대한 내부식성을 갖는 인산, 초산 또는 메탄올의 첨가 용액을 더 포함하되, 전체 세정 용액의 5vol% 내지 10vol% 비율로 한다.

본 발명에 따른 콘택홀(106)의 세정 공정은 40℃ 내지 90℃에서 진행한다.

그러므로, 본 발명은 혼합된 세정 용액을 사용하여 포토레지스트 패턴(104)과, 폴리머(108) 및 자연 산화막(110)이 제거된 콘택홀(106)을 확보할 수 있다.

또한 본 발명은 콘택홀의 세정 공정을 진행하기에 앞서, 건식 산소 플라즈마 에싱 공정을 진행하여 포토레지스트 패턴(104)을 미리 제거하여 세정 효과를 높일 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 층간 절연막에 콘택홀을 형성한 후에 포토레지스트 패턴, 콘택홀 식각에 의한 폴리머, 및 자연 산화막을 동시에 제거하는 콘택홀의 세정 공정을 진행한다.

그러므로, 종래 기술에 의해 포토레지스트 패턴을 제거하기 위한 용액, 콘택홀의 층간 절연막 내벽에 존재하는 폴리머를 제거하는 용액을 각각 따로 사용하는 세정 공정 수를 줄여서 케미칼의 사용 횟수를 감소한다.

따라서, 본 발명은 잔유물이 없는 콘택홀을 확보할 수 있어 콘택 저항을 감소킬 뿐만 아니라 콘택 전극과의 접착력을 높이고 제조 공정의 수를 단축할 수 있고, 반도체 장치의 성능 및 수율을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (6)

1. 반도체 소자의 콘택홀을 제조하는 방법에 있어서,

   기판 위에 형성된 층간 절연막 위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 제 1 단계;

   상기 포토레지스트 패턴에 의해 드러난 상기 층간 절연막을 식각해서 콘택홀을 형성하는 제 2 단계; 및

   상기 콘택홀이 형성된 층간 절연막을 40℃ 내지 90℃에서, 하이드록시 아민이 포함된 유기 용액 및 HF, HF 및 NH3F의 혼합 용액 중에서 어느 하나를 사용하는 산화막 제거 용액을 혼합한 세정 용액으로 세정하여 상기 포토레지스트 패턴을 제거함과 동시에 상기 콘택홀 식각 공정시 발생한 폴리머 및 자연 산화막을 제거하는 제 3 단계;

   를 포함하는 반도체 소자의 콘택홀 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 산화막 제거 용액은 전체 세정 용액의 0.01vol% 내지 5vol%의 비율인 반도체 소자의 콘택홀 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 산화막 제거 용액은 인산, 초산 또는 메탄올의 첨가 용액이 더 포함되되, 전체 세정 용액의 5vol% 내지 10vol% 비율인 반도체 소자의 콘택홀 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 단계와 상기 제 3 단계 사이에 건식 산소 플라즈마 에싱 공정을 진행하여 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 콘택홀 제조방법.
6. 삭제