KR100419011B1 - An ashing process for forming via contact - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비아 콘택 식각시 발생되는 부산물인 폴리머 및 포토레지스트를 제거하는 애슁 공정에 관한 것으로, 비아 콘택 식각시 발생되는 부산물인 폴리머 및 포토레지스트를 제거하는 애슁 공정에서 고온의 플레이트에서 리프터 핀(lifter pin)을 이용하여 고온의 플레이트에 웨이퍼를 접촉하지 않고 포토레지스트를 제거하는 단계, 핀 다운(pin down)을 통해 고온 플레이트 상에 웨이퍼를 위치시키고, 식각 가스를 첨가하여 비아 콘택 측벽의 폴리머를 제거하는 단계 및 식각 가스로 등방성 식각을 사용하여 비아 식각에서 비아 콘택 하부에 형성된 TiN 풋을 300 내지 500 Å 정도 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비아 콘택을 형성하기 위한 애슁 공정을 제공함으로써 비아 콘택 내에 금속-2의 충전 특성을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to an ashing process for removing the by-product polymer and photoresist generated during the via contact etching, the lifter pin (lifter) in the hot plate in the ashing process for removing the by-product polymer and photoresist generated during the via contact etching removing photoresist without contacting the wafer to the hot plate using a pin), placing the wafer on the hot plate via pin down, and adding an etching gas to remove the polymer at the via contact sidewalls. And removing the TiN foot formed under the via contact by about 300 to 500 mm by using isotropic etching as an etching gas, to provide an ashing process for forming a via contact. The filling property of metal-2 can be improved.
Description
[산업상 이용분야][Industrial use]
본 발명은 비아 콘택을 형성하기 위한 애슁 공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 α-칩과 같은 마이크로 프로세서에 사용되는 배선 공정 중 비아 콘택을 통한 금속 배선간의 접촉 방식을 형성하기 위한 비아 콘택을 형성하기 위한 애슁 공정에 관한 것이다.The present invention relates to an ashing process for forming a via contact, and more particularly to forming a via contact for forming a contact method between metal wirings through via contacts in a wiring process used in a microprocessor such as an α-chip. It is about ashing process for.
[종래 기술][Prior art]
디바이스의 집적도 및 고속도가 요구됨에 따라 금속 배선 공정의 중요성이 높아지는 추세에 따라 α-칩(α-chip)과 같은 마이크로프로세서(microprocessor)는 4개 이상의 금속 배선 공정이 사용되며, 이때 금속 배선 간의 접촉 방식은 텅스텐 플러그(W plug)를 사용하는데 반하여, 현재 양산중인 메모리 제품은 비아 콘택을 통한 금속(알루미늄) 플로우 방식을 사용하고 있다.Increasing importance of metallization process as device density and high speed are required, microprocessors such as α-chip use four or more metallization processes. The tungsten plug uses a tungsten plug (W plug), while currently in production, memory products use a metal (aluminum) flow through the via contact.
12 인치와 같이 대구경화된 웨이퍼에서는 금속-1 배선에 의한 IMD 막질의 평탄화를 위한 폭스(FOX; Field Oxide)를 사용하고 있는데 8인치와는 달리 블록 엣지(block edge)에서의 평탄화 능력이 부족하여 FOX 두께를 3800 Å에서 4600 Å으로 800 Å 가량 상향하여 사용함에 따라 에스펙트 비(aspect ratio) 증가로 비아 콘택 내 금속-2 충전에 대한 마진이 부족하게 되며, 현재 비아 식각(via etch)에 사용 중인 TEL사 DRM/SUMITOMO 설비에서의 금속-1 캡 TiN(cap TiN)에 대한 고선택비로 인하여 TiN 테일 또는 풋(tail or foot)이 발생하여 금속-2 충전 마진을 더욱 감소시킨다.Large diameter wafers such as 12 inches are using FOX (Field Oxide) for flattening the IMD film quality by metal-1 wiring. Unlike 8 inches, the flatness at the block edge is insufficient Increasing the FOX thickness from 3800 4 to 4600 800 up to 800 Å increases the aspect ratio, resulting in a lack of margin for metal-2 filling in the via contact, currently used for via etch. Due to the high selectivity for metal-1 cap TiN at TEL's DRM / SUMITOMO facility, TiN tails or tails are generated to further reduce metal-2 filling margin.
현재 메탈-라인 12인치 FAB에서 평가 중인 D21 256 메가 디램(MDRAM)에서의 비아 공정은 도 3a에서와 같이 TiN 풋을 고려하면 금속-2 증착시 에스펙트 비가 1.35 수준으로 금속-2 증착후 비아 콘택 내 충전되지 않는 현상(not fill)이 웨이퍼에서 발생하고 있다.The via process in D21 256 Mega DRAM (MDRAM), currently being evaluated on a metal-line 12-inch FAB, takes into account the via contact after metal-2 deposition with an aspect ratio of 1.35 when considering the TiN foot as shown in FIG. 3A. A not fill is occurring on the wafer.
도 3b는 비아 콘택 내 금속-2가 충전되지 않은 V-SEM 사진을 웨이퍼에 랜덤(random)하게 분포하고 있다.FIG. 3B randomly distributes a V-SEM photograph of the metal contact with no metal-2 in the via contact on the wafer.
현재 비아 식각 공정은 비아 식각시 하부 TiN의 고선택비(10 : 1 이상)로 비아 오버 식각(via over etch)이 진행하는 동안 알루미늄(Al)기의 하드성(hard) 폴리머가 비아 콘택 측벽(via contact side wall)에 증착되면서, TiN 테일 또는 풋이 발생하는 비아 프로파일(via profile)을 얻게 된다.Currently, the via etching process has a high selectivity (10: 1 or more) of the lower TiN during the via etching, so that the hard polymer of the aluminum (Al) group is formed on the via contact sidewall (via) during the via over etching. As deposited on the via contact side wall, a via profile is obtained in which the TiN tail or foot occurs.
TiN 선택비를 낮추기 위해 기존의 C4F8가스 베이스(base)에서 CHF3/CF4조합을 사용하여도 만족스러운 결과를 얻지 못하였다. 현재 사용중인 비아 식각(via etch) 설비에서의 TiN 풋이 없는 비아 프로파일 확보는 불가능하며, 양산 라인의 LAM사 알리안스 4528(Alliance 4528) 설비에서도 TiN 풋이 발생하고 있다는 문제점이 있다.The use of CHF 3 / CF 4 combination in the existing C 4 F 8 gas base to reduce the TiN selectivity was not satisfactory. It is impossible to secure a via profile without a TiN foot in a via etch facility currently in use, and there is a problem in that a TiN foot occurs in a LAM company Alliance 4528 facility in a mass production line.
본 발명은 위에서 설명한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 TiN 풋이 있는 비아 프로파일 및 비아 콘택 측벽에 있는 금속성 폴리머를 효과적으로 제거할 수 있는 비아 콘택을 형성하기 위한 애슁 공정을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems described above, and an object of the present invention is to provide an ashing process for forming a via contact capable of effectively removing a metallic profile on a via profile with a TiN foot and via contact sidewalls. To provide.
도 1a는 본 발명의 일실시예에 따른 핀 업(pin up) 상태에서 진행되는 애슁 공정을 나타낸 SEM 사진이고, 도 1b는 핀 다운(pin down) 상태에서 진행되는 비아 콘택 내에 TiN 풋(foot)이 제거된 상태를 나타내는 SEM 사진이고, 도 1c는 유기 스트립한 후 비아 콘택 내 상태를 나타내는 SEM 사진이다.FIG. 1A is an SEM image showing an ashing process performed in a pin up state according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a TiN foot in a via contact proceeding in a pin down state. This is a SEM picture showing the removed state, Figure 1c is a SEM picture showing the state in the via contact after the organic stripping.
도 2a는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 폴리머 및 포토 레지스트를 제거한 상태를 나타내는 SEM 사진이고, 도 2b는 애슁 공정 및 TiN 풋을 제거한 상태를 나타내는 SEM 사진이다.2A is a SEM photograph showing a state in which a polymer and a photoresist are removed, and FIG. 2B is a SEM photograph showing a ashing process and a TiN foot removed.
도 3a는 기존 기술에 따라 형성된 비아 콘택 내 TiN 풋이 형성되어 잇는 것을 나타내는 SEM 사진이고, 도 3b는 비아 콘택의 애슁 공정 후 금속이 완전히 충전되지 않은 상태를 나타내는 SEM 사진이다.3A is a SEM photograph showing that a TiN foot is formed in a via contact formed according to a conventional technique, and FIG. 3B is a SEM photograph showing a state in which a metal is not completely filled after an ashing process of a via contact.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은The present invention to achieve the above object, the present invention
비아 콘택 식각시 발생되는 부산물인 폴리머 및 포토레지스트를 제거하는 애슁 공정에서 고온의 플레이트에서 리프터 핀(lifter pin)을 이용하여 고온의 플레이트에 웨이퍼를 접촉하지 않고 포토레지스트를 제거하는 단계,Removing photoresist without contacting the wafer to the hot plate by using a lifter pin in the hot plate in the ashing process of removing the by-product polymer and photoresist generated by the via contact etching;
핀 다운(pin down)을 통해 고온 플레이트 상에 웨이퍼를 위치시키고, 식각 가스를 첨가하여 비아 콘택 측벽의 폴리머를 제거하는 단계 및Positioning the wafer on the hot plate via pin down, adding an etching gas to remove the polymer on the via contact sidewalls, and
식각 가스로 등방성 식각을 사용하여 비아 콘택 식각에서 비아 콘택 하부에 형성된 TiN 풋을 300 내지 500 Å 정도 제거하는 단계Removing about 300 to 500 microns of TiN foot formed under the via contact in the via contact etching by using isotropic etching as an etching gas.
를 포함하는 것을 특징으로 하는 비아 콘택을 형성하기 위한 애슁 공정을 제공한다.It provides an ashing process for forming a via contact comprising a.
자외선 램프(UV lamp) 또는 할로겐 램프(halogen lamp)를 이용하여 웨이퍼에 고온을 전달하는 마이크로 웨이브 소스를 이용하여 비아 콘택을 형성하기 위한 애슁 공정에서,In an ashing process for forming via contacts using a microwave source that delivers high temperature to the wafer using an UV lamp or halogen lamp,
100 내지 150 ℃의 챔버 온도 상태에서 비아 식각된 웨이퍼가 전달되어 들어오면 H2N2베이스에 CF4를 첨가하여 비아 콘택 측벽에 형성된 폴리머 및 포토 레지스트를 콘택 내에서 제거하는 단계 및When the via-etched wafer is delivered at a chamber temperature of 100 to 150 ° C., CF 4 is added to the H 2 N 2 base to remove the polymer and photoresist formed on the sidewalls of the via contact in the contact, and
상기 자외선 램프 또는 할로겐 램프를 턴-온(turn on)하여 200 ℃ 이상의 고온으로 상승시켜 O2/N2또는 O2/H2N2플라즈마 상태에서 CF4를 첨가하여 비아 콘택 애슁을 진행하는 단계Turning on the UV lamp or halogen lamp and raising the temperature to 200 ° C. or higher to perform via contact ashing by adding CF 4 in an O 2 / N 2 or O 2 / H 2 N 2 plasma state;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 비아 콘택을 형성하기 위한 애슁 공정을 제공한다.It provides an ashing process for forming a via contact comprising a.
이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 통하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 바람직한 일실시예로는 비아 식각시 발생되는 부산물인 폴리머 및 포토 레지스트를 제거하는 후속 애슁 공정에서 기존의 250 ℃ 고온의 플레이트에서 O2+ H2N2(또는 O2+ N2) 혼합 가스를 이용한 방식에서 리프터 핀(lifter pin)을 이용하여, 고온의 플레이트에 웨이퍼를 접촉하지 않은 상태에서 포토 레지스트를 O2+ H2N2(또는 N2) 혼합 가스를 사용하여 제거한 후, 웨이퍼를 250 ℃의 고온 플레이트에 접촉시킨 상태에서 CF4+ O2를 이용하여 비아 콘택 측벽에 형성된 알루미늄(Al)기가 포함된 폴리머를 제거하면서 CF4가스의 TiN 측벽 식각 특성을 이용하여 비아 콘택 하부에 형성된 약 300 내지 500 Å 가량의 TiN 풋(foot)을 제거하여 금속-2 충전 특성을 개선한다.One preferred embodiment of the present invention is O 2 + H 2 N 2 (or O 2 + N 2 ) in a conventional 250 ℃ high temperature plate in a subsequent ashing process to remove the by-product polymer and photoresist generated during via etching After removing the photoresist using O 2 + H 2 N 2 (or N 2 ) mixed gas using a lifter pin in a mixed gas method, without using a wafer to contact the hot plate, While the wafer is in contact with a hot plate at 250 ° C., CF 4 + O 2 is used to remove the polymer containing the aluminum (Al) group formed on the via contact sidewall, and the bottom of the via contact is made using the TiN sidewall etching characteristic of CF 4 gas. Approximately 300 to 500 microns of TiN feet formed in the metal are removed to improve metal-2 filling properties.
본 발명에서는 상기와 같은 방법으로 TiN 풋이 있는 비아 프로파일 및 비아 콘택 측벽에 있는 금속성 폴리머를 효과적으로 제거하기 위해, 히터 플레이트가 장착된 MATTSON/PSK사 애슁 장비(ASHER)를 사용하는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable to use a MATTSON / PSK Ashing Equipment (ASHER) equipped with a heater plate in order to effectively remove the metallic polymer on the via profile and the via contact sidewalls with the TiN foot in the above manner.
비아 식각시 발생된 비아 콘택 측벽(via contact side wall)에 발생(generation)된 하드(hard)한 폴리머는 250 ℃의 고온 플레이트에 접촉되면 포토 레지스트/폴리머가 쉽게 경화되므로 우선적으로 포토 레지스트를 제거하기 위해애슁 챔버(ashing chamber) 내에 전달된(transfer) 웨이퍼는 플레이트 면으로부터 높이 5 mm 가량 솟아있는 핀에 의해 고온의 플레이트와의 접촉이 되지 않은 상태에서 O2+ H2N2또는 O2+ N2혼합 가스를 O2플라즈마 상태에서 포토 레지스트를 완전히 제거한다(도 1a).Hard polymers generated on the via contact sidewalls generated during the via etching easily remove the photoresist because the photoresist / polymer easily cures when contacted with a hot plate at 250 ° C. The wafer transferred into the ashing chamber is either O 2 + H 2 N 2 or O 2 + N without contact with the hot plate by a pin that rises about 5 mm high from the plate surface. 2 The mixed gas is completely removed from the photoresist in an O 2 plasma state (FIG. 1A).
그리고 나서, 핀 다운(pin down)을 통해 고온의 플레이트에 웨이퍼를 놓고 CF4가스를 첨가하여 비아 콘택 측벽의 폴리머를 제거하고, CF4가스의 TiN 식각 특성(TiN 에칭비 : 400 Å 이상)을 이용하면서 애슁 장비(ASHER)의 고유 특성인 등방성 식각을 함께 응용하여 비아 식각에서 발생한 TiN 풋(300 내지 500 Å)을 완전히 제거하여 최종적으로 TiN이 500 Å 이상 사이드 식각(side etch)이 되어서(도 1c 참조) 금속-2 충전의 마지노선인 에스펙트 비가 1.2 이하의 콘택 파일을 얻는다.Then, the wafer is placed on a hot plate through pin down and CF 4 gas is added to remove the polymer on the via contact sidewall, and the TiN etching characteristics (TiN etching ratio: 400 Pa or more) of CF 4 gas are removed. By using isotropic etching, which is a characteristic of ashing equipment (ASHER), the TiN foot (300 to 500 mW) generated in via etching is completely removed, and finally, the TiN becomes a side etch of 500 mW or more (Fig. 1c) A contact pile having an aspect ratio of 1.2 or less, which is the bottom line of the metal-2 filling.
포토 레지스트를 제거하기 위한 핀 업(pin up) 공정은 도 1b의 사진에서 나타낸 바와 같이, O2플라즈마 상태에서 O2가스 베이스(base) 하에서 H2N2또는 N2혼합 가스의 비율(portion)을 2 내지 20 % 가량 첨가한 상태에서 웨이퍼가 고온의 플레이트에 접촉하지 않은 공정이며, 고온의 플레이트에 접촉한 상태에서 CF4가스를 첨가하여 폴리머와 TiN 풋을 제거한다(도 1c 참조).Pin-up (pin up) process is the ratio of H 2 N 2 or N 2 gas mixture under, O 2 O 2 gas base (base) in a plasma state, as shown in the picture of Figure 1b for the removal of photoresist (portion) 2 to 20% is added to the wafer in a state where the wafer is not in contact with the hot plate, and in contact with the hot plate, CF 4 gas is added to remove the polymer and the TiN foot (see FIG. 1C).
이때, CF4유량은 O2유량의 0.2 내지 5 %까지 사용하며, 바람직하기로는 0.9 %를 사용하는 것이 바람직하며, CF4유량과 애슁 시간(ashing time)을 고려하여 TiN 사이드 식각량(side etch amount)을 제어할 수 있다.In this case, the CF 4 flow rate is used up to 0.2 to 5% of the O 2 flow rate, preferably 0.9% is used, TiN side etch in consideration of the CF 4 flow rate and ashing time (ashing time) amount) can be controlled.
또한, 상기 MATTSON/PSK사 애슁 장비(ASHER)를 사용하여 비아 애슁 공정을 진행하는 경우 바람직한 셋 업(set up) 조건은 다음과 같다.Further, when the via ashing process is performed using the MATTSON / PSK ashing equipment (ASHER), the set up conditions are as follows.
상기 핀 업(pin up)시 조건은 500 내지 2000 mT, 플라즈마 소스 파워가 1000 내지 3000 W이고 식각 가스 유량 조성은 10000 내지 20000 O2/100 내지 1000 H2N2로 60″내지 120 ″정도가 바람직하다.The pin-up (pin up) When the conditions are 500 to 2000 mT, plasma source power is 1000 to 3000 W, and the etching gas flow rate of the composition is about 10000 to 20000 O 2/100 to 1,000 in H 2 N 2 60 "to 120" desirable.
그리고, 핀 다운(pin down)시 조건은 500 내지 2000 mT, 플라즈마 소스 파워가 1000 내지 3000 W이고, 식각 가스 유량 조성이 1000 내지 20000 O2/100 내지 1000 H2N2/10 내지 1000 CF4로 200 내지 300 ℃에서 100″내지 140 ″정도가 바람직하다.The pin down conditions are 500 to 2000 mT, plasma source power is 1000 to 3000 W, and etching gas flow rate composition is 200 to 300 ° C. at 1000 to 20000 O 2/100 to 1000 H 2 N 2/10 to 1000 CF 4. 100 ″ to 140 ″ is preferred.
상기 핀 다운 공정에서의 TiN 식각비(etch ratio)는 400 Å 이상이다.The TiN etch ratio in the pin down process is 400 kPa or more.
그리고, 본 발명의 바람직한 다른 일실시예로는 자외선 램프(UV lamp) 또는 할로겐 램프를 이용하여 웨이퍼에 270 ℃ 이상의 고온을 전달시키고 마이크로웨이브 소스(microwave source)를 이용하여 애슁을 진행하는 방식의 애슁 장비(ASHER)로 아이들(idle) 상태인 100 ℃ 내외의 챔버 온도 상태에서 비아 식각된 웨이퍼가 전달되어 들어오면 H2N2베이스에 CF4를 첨가하여 비아 콘택 측벽에 형성된 폴리머를 콘택 내에서 박리한 후(도 2a 참조), 램프를 턴 온(turn on)하여 270 ℃까지 고온으로 상승한 상태에서 O2플라즈마 상태에서 소량의 CF4를 첨가하여 비아 콘택 애슁을 진행하며, 이때 CF4가스에 의한 TiN 등방성 식각(isotropic etch)을 이용하여 비아 콘택 하부에 돌출된 TiN 풋을 제거한다(도 2b 참조).In another preferred embodiment of the present invention, an ultraviolet lamp (UV lamp) or a halogen lamp is used to deliver a high temperature of 270 ° C. or more to the wafer, and the ashing is performed using a microwave source. When the via-etched wafer is delivered to the device (ASHER) at a chamber temperature of about 100 ° C. and idle, CF 4 is added to the H 2 N 2 base to release the polymer formed on the sidewall of the via contact in the contact. after (see Fig. 2a), and in O 2 plasma state in the rising state of the lamp to a high temperature up to 270 ℃ to turn on (turn on) a small amount of CF 4 proceeds the via contact ashing, this time by the CF 4 gas TiN isotropic etch is used to remove the TiN foot protruding under the via contact (see FIG. 2B).
이러한 공정 조건을 진행하는 장비로는 램프로 온도를 제어하는 Acellius사의 애슁 장비(ASHER)를 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable to use Acellius ashing equipment (ASHER) that controls the temperature with a lamp as the equipment that proceeds these process conditions.
상기 Acellius 사의 애슁 장비(ASHER)를 사용하는 바람직한 조건은 다음과 같다.Preferred conditions for using the Acellius Ashing Equipment (ASHER) are as follows.
먼저, 비아 콘택 측벽에 형성된 크라운 폴리머(crown polymer) 및 포토 레지스트를 제거하는 1 단계에서는 0.5 내지 2.0 T, 램프의 광원이 1000 내지 3000 W이고, 사용되는 식각 가스의 유량 조성은 100 내지 1000 H2N2/10 내지 1000 CF4로 100 ℃에서 60″정도가 바람직하다.First, 0.5 to 2.0 T in the first step of removing the crown polymer and photoresist formed on the sidewalls of the via contact, the light source of the lamp is 1000 to 3000 W, the flow rate composition of the etching gas used is 100 to 1000 H 2 N 2 / CF 4 is from 10 to 1000 degree in 100 ℃ 60 "are preferred.
그리고, 비아 콘택 애슁 공정을 진행하는 2 단계에서는 0.5 내지 2.0 T, 램프의 광원이 1000 내지 2000 W이고, 사용되는 식각 가스의 유량 조성이 1000 내지 10000 O2/100 내지 1000 H2N2/10 내지 1000 CF4로 200 내지 400 ℃에서 60 내지 120″정도 진행하는 것이 바람직하다.Then, the via contact in the second step to proceed with the ashing process of 0.5 to 2.0 T, the lamp light source 1000 to 2000, flow rate composition of the etching gas is W, and the use of 1000 to 10000 O 2/100 to 1000 H 2 N 2/10 in 1000 to CF 4 it is preferably conducted at 60 to 120 "at about 200 to 400 ℃.
상기 2 단계를 진행함으로서 비아 콘택이 풀 애슁(full ashing)되며 TiN 풋이 제거된다.By proceeding with step 2, the via contact is full ashed and the TiN foot is removed.
도 2a는 이튼(EATON) 장비에서 비아 콘택 애슁 후 비아 콘택 측벽에 부착된 크라운 폴리머(crown polymer)가 제거된 사진이고, 도 2b는 Acellius사 장비로 비아 콘택 애슁 후 TiN 풋이 제거된 모양을 나타내는 SEM 사진이다.Figure 2a is a picture of the crown polymer removed on the via contact sidewall after via contact ashing in the Eaton equipment, Figure 2b shows the appearance of the TiN foot removed after via contact ashing with Acellius equipment SEM picture.
이상 설명한 바와 같이, 비아 콘택 내에 금속을 충전하는 경우 본 발명에 따른 애슁 공정으로 진행한 경우, 비아 콘택 내에 TiN 풋이 제거됨으로써 금속이 충전되지 않는 현상이 발생되지 않으므로 에스펙트 비(aspect ratio)의 증가로 인한 비아 콘택 내 금속-2 충전에 대한 마진(margin)이 부족하게 되는 것을 방지할 수 있다.As described above, when the metal is filled in the via contact, when the ashing process according to the present invention is performed, the TiN foot is removed from the via contact so that the metal is not filled. The lack of margin for the metal-2 filling in the via contact due to the increase can be prevented.
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