KR100458293B1 - Post treatment method of metal interconnection of semiconductor device to avoid increase of resistance of aluminum metal interconnection and contact resistance - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 소자의 금속배선 후처리(post treatment) 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 제조 공정중 염소계(Cl2, BCl3) 플라즈마를 이용한 식각공정으로 알루미늄 금속배선을 형성한 후, 알루미늄 금속배선의 표면에 잔존하는 부식(corrosion)요인과 부산물의 생성 요인을 제거하여, 알루미늄 금속배선의 자체 저항 및 콘택 저항이 증가되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 금속배선 후처리 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, 반도체 소자의 제조 공정중 금속배선 형성 공정 후에 금속배선의 전기적 저항을 증가시키는 요인을 제거하기 위하여 후처리 공정을 실시한다. 금속배선의 재료로 알루미늄이 널리 사용되고 있으며, 또한 반도체 소자의 고집적화 및 소형화에 따라 다층 금속배선 구조가 적용되고 있다.In general, a post-treatment process is performed to remove a factor of increasing the electrical resistance of the metal wiring after the metal wiring forming process in the semiconductor device manufacturing process. Aluminum is widely used as a material for metal wiring, and a multilayer metal wiring structure is applied according to high integration and miniaturization of semiconductor devices.
도 1(a) 내지 도 1(c)는 다층 금속배선 구조를 갖는 종래 반도체 소자의 금속배선 후처리 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.1 (a) to 1 (c) are cross-sectional views of a device for explaining a metallization post-processing method of a conventional semiconductor device having a multilayer metallization structure.
도 1(a)를 참조하면, 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 구조의 기판(1)상에 제 1 층간 절연막(2)을 형성하고, 제 1 층간 절연막(2)상에 알루미늄 증착 공정 및 식각 공정으로 하부 금속배선(3)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, a first interlayer
염소계(Cl2, BCl3) 플라즈마를 이용한 식각 공정으로 하부 금속배선(3)을 형성하는데, 형성된 하부 금속배선(3)의 표면에는 염소기(4)가 잔존하게 되고, 이 염소기(4)는 하부 금속배선(3)을 부식시키는 요인으로 작용한다.The
도 1(b)를 참조하면, CF4플라즈마 공정으로 염소기(4)를 제거하는데, 챔버내에 CF4가스를 유입(flow)시킨 후, 고주파(RF)를 인가하여 발생되는 불소기(5)로 염소기(4)를 치환시켜 하부 금속배선(3) 표면에 잔존하는 염소기(4)를 제거한다.하부 금속배선(3) 표면에 잔존하는 염소기(4)는 제거하였지만, 하부 금속배선(3) 표면에는 불소기(5)가 잔존하게 된다.Referring to FIG. 1 (b), the
도 1(c)를 참조하면, 하부 금속배선(3)을 포함한 전체구조상에 제 2 층간 절연막(6)을 형성하고, 금속 콘택 공정을 통해 하부 금속배선(3)과 연결되는 상부 금속배선(7)을 형성한다. 그런데, 하부 금속배선(3) 표면에 잔존하는 불소기(5)는 하부 금속배선(3)의 알루미늄과 반응하여 Al2F3라는 부산물(8)을 생성하게 되고, 이 부산물(8)은 하부 금속배선(3)과 상부 금속배선(7)의 콘택 저항을 증가시키게 되어 소자의 전기적 특성이 저하된다.Referring to FIG. 1C, the second
부산물(8)을 생성시키는 요인인 불소기를 제거하기 위하여, 도 1(b)의 CF4플라즈마 공정 이후에 순수(DI water)로 하부 금속배선(3)을 세정하고, 스핀(spin) 방식으로 건조시킨다. 그러나, 건조가 불충분할 경우 물 얼룩(water spot)이 남게되고, 이 물 얼룩은 파티클(particle)을 유발시키는 요인으로 작용하며, 또한 순수 세정을 하더라도 불소기(5)가 완전히 제거되지 않아 콘택 저항의 증가를 초래하게 된다.In order to remove the fluorine group, which causes the by-
따라서, 본 발명은 반도체 소자의 제조 공정중 염소계(Cl2, BCl3) 플라즈마를 이용한 식각 공정으로 알루미늄 금속배선을 형성한 후, 알루미늄 금속배선의 표면에 잔존하는 부식(corrosion)요인과 부산물의 생성 요인을 제거하여, 알루미늄 금속배선의 자체 저항 및 콘택 저항이 증가되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 금속배선 후처리 방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention forms an aluminum metal wiring by an etching process using chlorine (Cl 2 , BCl 3 ) plasma during the manufacturing process of a semiconductor device, and then generate corrosion factors and by-products remaining on the surface of the aluminum metal wiring. It is an object of the present invention to provide a metal wiring post-treatment method of a semiconductor device capable of preventing an increase in self resistance and contact resistance of an aluminum metal wiring by removing the factor.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금속배선 후처리 방법은 염소계 플라즈마를 이용한 식각 공정으로 형성된 금속배선의 표면에 잔존하는 염소기를 CF4플라즈마 공정으로 제거하는 단계; 및 상기 CF4플라즈마 공정후 상기 금속배선의 표면에 잔존하는 불소기를 고온의 Ar 플라즈마 공정으로 상기 금속배선으로부터 탈기시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.The metallization post-processing method of the present invention for achieving the above object comprises the steps of removing the chlorine groups remaining on the surface of the metallization formed by the etching process using a chlorine-based plasma by CF 4 plasma process; And degassing the fluorine group remaining on the surface of the metal wiring after the CF 4 plasma process from the metal wiring by a high temperature Ar plasma process.
도 1(a) 내지 도 1(c)는 종래 반도체 소자의 금속배선 후처리 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.1 (a) to 1 (c) are cross-sectional views of a device for explaining a metallization post-processing method of a conventional semiconductor device.
도 2(a) 내지 도 2(d)는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선 후처리 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.2 (a) to 2 (d) are cross-sectional views of devices for explaining a metallization post-processing method of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the code | symbol about the principal part of drawing>
1 및 11: 기판 2 및 12: 제 1 층간 절연막1 and 11:
3 및 13: 하부 금속배선 4 및 14: 염소기3 and 13:
5 및 15: 불소기 6 및 16: 제 2 층간 절연막5 and 15:
7 및 17: 상부 금속배선 8: 부산물7 and 17: upper metallization 8: by-products
18: 아르곤기18: argon
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2(a) 내지 도 2(d)는 다층 금속배선 구조를 갖는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 금속배선 후처리 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.2 (a) to 2 (d) are cross-sectional views of devices for explaining a metallization post-processing method of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention having a multi-layered metallization structure.
도 2(a)를 참조하면, 반도체 소자를 형성하기 위한 여러 요소가 형성된 구조의 기판(11)상에 제 1 층간 절연막(12)을 형성하고, 제 1 층간 절연막(12)상에 알루미늄 증착 공정 및 식각 공정으로 하부 금속배선(13)을 형성한다.Referring to FIG. 2A, a first
염소계(Cl2, BCl3) 플라즈마를 이용한 식각 공정으로 하부 금속배선(13)을 형성하는데, 형성된 하부 금속배선(13)의 표면에는 염소기(14)가 잔존하게 되고, 이 염소기(14)는 하부 금속배선(13)을 부식시키는 요인으로 작용한다.The
도 2(b)를 참조하면, CF4플라즈마 공정으로 염소기(14)를 제거하는데, 챔버내에 CF4가스를 유입(flow)시킨 후, 고주파(RF)를 인가하여 발생되는 불소기(15)로염소기(14)를 치환시켜 하부 금속배선(13) 표면에 잔존하는 염소기(14)를 제거한다. 하부 금속배선(13) 표면에 잔존하는 염소기(14)는 제거하였지만, 하부 금속배선(13) 표면에는 불소기(15)가 잔존하게 된다.Referring to FIG. 2 (b), the
도 2(c)를 참조하면, 고온의 Ar 플라즈마 공정으로 불소기(15)를 탈기시키는데, 약 200℃ 이상의 온도를 유지한 챔버내에 Ar 가스를 50 내지 200sccm 유입시킨 후, 300 내지 600W의 고주파를 인가하여 발생되는 아르곤기(18)로 불소기(15)를 하부 금속배선(13)으로부터 탈기시킨다. Ar 플라즈마 공정은 약 30초 정도 실시한다.Referring to FIG. 2 (c), the
도 2(d)를 참조하면, 하부 금속배선(13)을 포함한 전체구조상에 제 2 층간 절연막(16)을 형성하고, 금속 콘택 공정을 통해 하부 금속배선(13)과 연결되는 상부 금속배선(17)을 형성한다.Referring to FIG. 2 (d), the second
상술한 바와 같이, 본 발명은 금속배선 식각 공정시 잔존하는 부식 요인인 염소기를 CF4플라즈마로 제거하고, CF4플라즈마 공정후에 잔존하는 불소기를 고온의 Ar 플라즈마로 탈기시키므로써, 금속배선의 자체 저항 및 콘택 저항이 증가되는 것을 방지하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention provides self-resistance of metal wiring by removing chlorine groups, which are corrosion factors remaining in the metal wiring etching process, by CF 4 plasma, and degassing the fluorine groups remaining after the CF 4 plasma process by high temperature Ar plasma. And it is possible to prevent the contact resistance is increased to improve the reliability of the device.
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