KR100458591B1 - Method for removing polymer in semiconductor - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 금속 배선 윗부분에 형성된 폴리머를 깨끗하게 제거하여 금속 배선 형성과 관련된 공정의 신뢰성을 확보할 수 있도록 한 반도체 소자의 폴리머 제거방법을 제공하는 것으로, 이에 따른 폴리머 제거방법은 기판 위에 금속층을 증착하고, 그 금속층 위에 감광물질로 된 감광막 패턴을 형성하고, 상기 감광막 패턴 단계에서 형성된 감광막 패턴을 기반으로 하여 금속층을 에치함으로써 금속 배선을 형성하며, 상기 에치시 금속 배선의 윗부분에 생성된 잔존물을 제거하기 위해 CxHy계열의 가스를 물과 산소 가스와 혼합하여 스트립 공정을 진행하고, 상기 잔존물 제거단계 이후에 솔벤트 클리닝 처리를 하여 상기 금속 배선 측벽에 형성된 폴리머를 제거하는 단계들을 거쳐 진행된다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for removing a polymer of a semiconductor device, which is capable of ensuring the reliability of a process associated with forming a metal wire by removing the polymer formed on the upper portion of the metal wire. Depositing and forming a photoresist pattern of photoresist on the metal layer, and etching the metal layer based on the photoresist pattern formed in the photoresist pattern step to form a metal wiring, and the residue generated on the upper portion of the metal wiring during the etching In order to remove the C x H y- based gas is mixed with water and oxygen gas, the strip process is performed, and after the residue removal step, a solvent cleaning process is performed to remove the polymer formed on the sidewall of the metal wiring. .

Description

반도체 소자의 폴리머 제거방법 {Method for removing polymer in semiconductor}Method for removing polymer in semiconductor device

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 반도체 제조공정 중 금속 배선을 형성한 후 잔존하는 폴리머를 제거하는 반도체 소자의 폴리머 제거방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a polymer removal method of a semiconductor device for removing a polymer remaining after forming a metal wiring during a semiconductor manufacturing process.

일반적으로 집적 회로는 반도체 기판 상에 패터닝되는 배선(텅스텐, 알루미늄, 구리 또는 티타늄, 티타늄 질화 배선등과 같은 금속물질)과 이 배선들을 연결하는 콘택홀 또는 비아홀들로 이루어지게 되는 데, 배선 패턴과 콘택홀 또는 비아홀을 형성하는 공정은 노광, 식각, 감광막 제거, 린스 및 건조라는 일련의 공정을 거쳐 완성된다.In general, an integrated circuit is composed of a wiring patterned on a semiconductor substrate (metal material such as tungsten, aluminum, copper or titanium, titanium nitride wiring, etc.) and contact or via holes connecting the wirings. The process of forming contact holes or via holes is completed through a series of processes such as exposure, etching, photoresist removal, rinsing and drying.

일련의 공정 중에서 감광막 제거 공정은 에싱 공정과 같은 건식 스트립 공정과 유기 스트리퍼를 사용하는 습식 스트립 공정의 조합으로 진행된다.Among the series of processes, the photoresist removal process is a combination of a dry strip process such as an ashing process and a wet strip process using an organic stripper.

습식 스트립 공정은 건식 스트립 공정인 에싱 공정시 완전히 제거되지 않고 잔존하는 레지스트와, 배선 패턴 또는 콘택홀(비아홀)을 형성하기 위한 식각 공정 및 에싱 공정시 발생한 잔류물과 같은 불순물을 집적 회로 기판의 표면으로부터 제거한다.In the wet strip process, the surface of the integrated circuit board is free of impurities such as residues generated during the ashing process and the etching process for forming the wiring pattern or contact hole (via hole) and residues in the ashing process. Remove from

제거되어야할 잔류물로는 플라즈마 식각 또는 반응성 이온 식각(RIE) 공정시 레지스트 패턴을 구성하는 C, H, O등의 성분과 배선 물질이 플라즈마와 반응하여 형성된 유기 폴리머, 식각 공정 또는 에싱 공정시 배선 물질이 레지스트 패턴 및 콘택홀 또는 비아홀의 측벽으로 백-스퍼터링(back-sputtering)되어 형성된 유기 금속성 폴리머(organic metallic polymer) 및 배선 패턴 하부의 절연막등이 과식각되면서 백-스퍼터링되어 형성된 절연물 또는 금속성 산화물등이 있다.Residues to be removed include organic polymers formed by reacting plasma with components such as C, H, and O, which form a resist pattern during the plasma etching or reactive ion etching (RIE) process, and the wiring during the etching or ashing process. Insulators or metallic oxides formed by back-sputtering an organic metallic polymer formed by back-sputtering a material into a resist pattern and a sidewall of a contact hole or a via hole and an insulating film under the wiring pattern Etc.

도 1 내지 도 4는 일반적인 반도체 소자의 금속 배선 형성과정과 종래 반도체 소자의 금속 배선을 형성한 후 폴리머를 제거하는 과정을 단면도로 나타내고 있다.1 to 4 illustrate cross-sectional views of forming a metal wiring of a general semiconductor device and a process of removing a polymer after forming a metal wiring of a conventional semiconductor device.

먼저 도 1에 도시한 바와 같이 기판(1) 위에 금속층(3)을 증착하고, 그 금속층 위에 감광막 패턴(5)을 형성한다.First, as shown in FIG. 1, the metal layer 3 is deposited on the board | substrate 1, and the photosensitive film pattern 5 is formed on this metal layer.

그리고 도 2에 도시한 바와 같이 감광막 패턴(5)을 기반으로 하여 금속층(3)을 에치함으로써 금속 배선(7)을 형성한다. 에치 후에 금속 배선(7)의 상부에는 일부 감광물질과 폴리머가 혼합된 잔존물(9)이 측벽에는 폴리머(11)가 제거되지 않고 남게 된다.As shown in FIG. 2, the metal wiring 7 is formed by etching the metal layer 3 based on the photosensitive film pattern 5. After etching, the residue 9 mixed with some photosensitive material and polymer is left on the sidewall of the metal wire 7 without the polymer 11 being removed.

그리고 도 3에 도시한 바와 같이 에치 후 스트립 공정에서 플라즈마 상태로 된 물과 산소가스를 이용하여 남아 있는 감광물질을 제거하는 데, 이때 사용되는 물과 산소가스로는 잔존물(9)에 포함된 폴리머(13)와 금속 배선(7)의 측벽에 형성된 폴리머(11)를 제거할 수 없다.As shown in FIG. 3, the remaining photosensitive material is removed using water and oxygen gas in a plasma state after the etch strip process, wherein the water and oxygen gas used are polymers included in the residue 9 ( 13 and the polymer 11 formed on the sidewalls of the metal wiring 7 cannot be removed.

도 4에 도시한 바와 같이, 솔벤트 클리닝 처리를 하면, 금속 배선 측벽의 폴리머(11)는 제거되지만 금속 배선 윗부분의 폴리머(13)는 잘 제거되지 않고 남는다.As shown in FIG. 4, when the solvent cleaning process is performed, the polymer 11 of the metal wiring sidewalls is removed, but the polymer 13 of the upper portion of the metal wiring is hardly removed.

이렇게 금속 배선의 측벽에 형성된 폴리머는 제거되고 윗부분의 폴리머는 제거되지 않는 것은 금속 배선 측벽과 윗부분의 폴리머 성분이 상호 같지 않다는 것을 의미하며, 즉 금속 배선 측벽의 폴리머는 에치시 손실된 감광물질이 알루미늄과 반응하여 형성된 것이고, 금속 배선 윗부분의 폴리머는 에치시 손실된 감광물질이 아크(이하 ARC라 칭함)(Anti-Refractive Coating)물질인 SiON 계열 성분 및 TiN 성분과 반응하여 형성된 것이기 때문이다.The removal of the polymer formed on the sidewall of the metal wiring and the removal of the polymer on the upper portion of the metal wiring means that the polymer components on the metal wiring sidewall and the upper portion are not equal to each other. This is because the polymer on the upper portion of the metal wiring is formed by reacting the photosensitive material lost during etching with the SiON-based component and TiN component, which are arc (hereinafter referred to as ARC) (Anti-Refractive Coating) materials.

상기한 바와 같이 금속 배선의 윗부분에 잔존하게 되는 폴리머는 금속의 임계치수 측정에 어려움을 주거나, 폴리머에 함유된 성분이 후속공정에 영향을 줄 수도 있어 금속 배선 형성과 관련하여 신뢰성을 저하시키게 된다.As described above, the polymer remaining on the upper portion of the metal wiring may cause difficulty in measuring the critical dimension of the metal, or the components contained in the polymer may affect subsequent processes, thereby degrading reliability in connection with forming the metal wiring.

또한 금속 배선 윗부분의 폴리머가 심하게 남는 경우에는 솔벤트 클리닝을 다시 해야 하므로, 솔벤트 재클리닝으로 인해 공정 진행시간이 증가하게 된다.In addition, if the polymer on the upper part of the metal wiring remains too much, the solvent cleaning needs to be redone, and the reprocessing of the solvent increases the processing time.

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 금속 배선 윗부분에 형성된 폴리머를 깨끗하게 제거하여 금속 배선 형성과 관련된 공정의 신뢰성을 확보할 수 있도록 한 반도체 소자의 폴리머 제거방법을 제공하는 데 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, the object of which is to remove the polymer formed on the upper portion of the metal wiring to remove the polymer of the semiconductor device to ensure the reliability of the process associated with the metal wiring formation To provide.

본 발명의 다른 목적은 폴리머를 제거하기 위해서 재클리닝을 하지 않아도 되는 반도체 소자의 폴리머 제거방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for removing a polymer of a semiconductor device, which does not require recleaning to remove the polymer.

도 1 및 도 2는 일반적인 반도체 소자의 금속 배선을 형성하는 과정을 설명하기 위하여 도시한 단면도.1 and 2 are cross-sectional views illustrating a process of forming metal wirings of a general semiconductor device.

도 3 및 도 4는 도 2에 이어서 종래 폴리머를 제거하는 과정을 도시한 단면도.3 and 4 are cross-sectional views illustrating a process of removing a conventional polymer following FIG. 2.

도 5는 도 2에 이어 본 발명에 따른 폴리머 제거방법을 통해 상측 폴리머가 제거된 상태를 도시한 단면도.Figure 5 is a cross-sectional view showing a state in which the upper polymer is removed through the polymer removal method according to the present invention after FIG.

도 6은 본 발명에 따른 폴리머 제거방법의 순서를 나타내는 블록도.Figure 6 is a block diagram showing the procedure of the polymer removal method according to the present invention.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 폴리머 제거방법은 기판 위에 금속층을 증착하고, 그 금속층 위에 감광물질로 된 감광막 패턴을 형성하고, 상기 감광막 패턴 단계에서 형성된 감광막 패턴을 기반으로 하여 금속층을 에치함으로써 금속 배선을 형성하며, 상기 에치시 금속 배선의 윗부분에 생성된 잔존물을 제거하기 위해 CxHy계열의 가스를 물과 산소 가스와 혼합하여 스트립 공정을 진행하고, 상기 잔존물 제거단계 이후에 솔벤트 클리닝 처리를 하여 상기 금속 배선 측벽에 형성된 폴리머를 제거하는 단계들을 거쳐 진행된다.The polymer removal method of the present invention for achieving the above object is by depositing a metal layer on the substrate, forming a photoresist pattern of the photosensitive material on the metal layer, and etching the metal layer based on the photoresist pattern formed in the photoresist pattern step A metal wire is formed, and a strip process is performed by mixing C x H y- based gas with water and oxygen gas in order to remove residues formed on the upper portion of the metal wire during etching, and cleaning the solvent after the residue removal step. The process proceeds through the steps of removing the polymer formed on the metal wiring sidewall.

이하 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하며, 본 발명의 원활한 설명을 위해 도 1 및 도 2를 참조하여 일반적인 반도체 소자의 금속 배선을 형성하는 일부 과정을 먼저 설명하고, 이와 함께 도 6의 블록도를 참조하여 폴리머 제거방법을 설명한다.Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, some processes for forming a metal wiring of a general semiconductor device will be described with reference to FIGS. 1 and 2 for a smooth description of the present invention. 6, the polymer removal method will be described with reference to the block diagram of FIG. 6.

감광막 패턴 단계(21)에서는 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(1) 위에 금속층(3)을 증착하고, 그 금속층(3) 위에 감광물질을 도포한 후 정해진 패턴대로 노광하고 노광되지 않은 감광물질을 제거하여 감광막 패턴(5)을 형성한다.In the photoresist pattern step 21, as shown in FIG. 1, a metal layer 3 is deposited on the substrate 1, a photosensitive material is coated on the metal layer 3, and then exposed in a predetermined pattern. Is removed to form the photoresist pattern 5.

그리고 금속 배선 형성단계(31)는 도 2에 도시한 바와 같이, 감광막 패턴 단계(21)에서 형성된 감광막 패턴(5)을 기반으로 하여 금속층(3)을 에치함으로써 금속 배선(7)을 형성한다.In the metal wiring forming step 31, as shown in FIG. 2, the metal wiring 7 is formed by etching the metal layer 3 based on the photosensitive film pattern 5 formed in the photosensitive film pattern step 21.

이러한 에치 과정 후, 금속 배선(7)의 측벽과 상부에 각각 폴리머(11)와, 폴리머와 감광물질이 혼재된 잔존물(9)이 남게 되는 데, 측벽에 남겨진 폴리머(11)는 에치시 손실된 감광물질이 알루미늄과 반응하여 형성된 것으로 금속 배선 프로파일을 형성하게 되고, 금속 배선 윗부분의 잔존물(9)에 포함된 폴리머(13)는 에치시 손실된 감광물질이 ARC 물질인 SiON 계열 성분 및 금속층(3)의 TiN 성분과 반응하여 형성된다.After the etch process, the polymer 11 and the residue 9 mixed with the polymer and the photosensitive material remain on the sidewalls and the upper portions of the metal wires 7, respectively. The photosensitive material is formed by reacting with aluminum to form a metal wiring profile, and the polymer 13 included in the residue 9 on the upper portion of the metal wiring includes a SiON-based component and a metal layer (3) in which the photosensitive material lost during etching is ARC material. It is formed by reacting with TiN component.

이어서 금속 배선 윗부분의 잔존물 제거단계(41)는 본 발명의 특징에 따라 진행되는 단계로서 도 5에 도시한 바와 같이, 상기한 금속 배선 형성단계(31)에서 제거되지 않고 남아 있던 잔존물(9)을 제거하는 단계이다.Subsequently, the removal of the residue 41 on the upper portion of the metal wiring proceeds according to the characteristics of the present invention. As shown in FIG. 5, the residue 9 remaining without being removed in the metal wiring forming step 31 described above is removed. It is a step to remove.

이 과정에서 금속 배선의 윗부분에 있는 잔존물(9), 즉 폴리머와 감광물질을 함께 제거하게 되며, 이를 위하여 CxHy계열의 가스 예를 들어 C2H6, C3H8등과 같은가스를 물과 산소 가스와 혼합한 후 공정챔버의 내부로 투입하고, 다음 스트립 공정을 진행하게 된다.In the process, are removed with the residues (9), that is polymer and the photosensitive material in the upper part of the metal wire, a gas for example, the C x H y series, for gases such as C 2 H 6, C 3 H 8 For this After mixing with water and oxygen gas, it is introduced into the process chamber and the next strip process is performed.

이때 공정챔버의 내부에서는 투입된 혼합가스가 플라즈마 상태가 되도록 조건을 형성하면 물과 산소가스는 감광물질을 화학적으로 제거하게 되고, CxHy계열의 가스는 금속 배선 윗부분의 잔존물(9)에 포함된 폴리머를 제거하게 된다.At this time, when the conditions are formed in the process chamber so that the injected mixed gas is in a plasma state, water and oxygen gas chemically remove the photosensitive material, and the C x H y- based gas is included in the residue 9 above the metal wiring. This will remove the polymer.

F-(Fluorine)기를 포함하는 가스를 이용하는 것도 고려해 볼 수 있으나, 이 가스의 경우 금속 배선 측벽에 붙어 있는 폴리머(11)를 타격하여 후속 솔벤트 클리닝 시에 금속 부식에 대한 여유를 떨어뜨리는 단점이 있다.The use of a gas containing a F- (Fluorine) group can be considered, but this gas has a disadvantage of hitting the polymer 11 attached to the sidewall of the metal wire to reduce the allowance for metal corrosion during subsequent solvent cleaning. .

이에 비하여 F-를 포함하지 않는 CxHy계열의 가스는 반응성을 약하게 조절하고, 화학적인 요소보다는 물리적인 이온 충돌을 이용하여 금속 배선(7)의 윗부분에 형성된 잔존물(9)에 포함된 폴리머를 제거하게 된다.In contrast, the C x H y- based gas, which does not contain F-, weakly regulates the reactivity and uses polymers in the residue 9 formed on the upper portion of the metal wiring 7 by using physical ion collision rather than chemical factors. Will be removed.

잔존물(9)의 폴리머는 금속 배선 측벽에 형성된 폴리머와 성분이 같지 않고 혼합가스에 함유된 CxHy요소들이 잔존물(9)의 폴리머를 물리적으로 타격하여 제거함으로써 선택적으로 제거가 가능해진다.The polymer of the residue 9 is not the same as the polymer formed on the sidewall of the metal wiring, and the C x H y elements contained in the mixed gas can be selectively removed by physically hitting and removing the polymer of the residue 9.

그리고 혼합가스에 포함된 물과 산소가스는 잔존물의 감광물질을 제거한다.And the water and oxygen gas contained in the mixed gas to remove the residual photosensitive material.

이어서 금속 배선 측벽의 폴리머 제거단계(51)는 금속 배선 측벽의 폴리머(15)를 제거하는 단계로서, 솔벤트 클리닝 처리를 하여 금속 배선 측벽의 폴리머(15)를 깨끗하게 제거하는 단계이다.Subsequently, the polymer removing step 51 of the metal wiring sidewall is a step of removing the polymer 15 of the metal wiring sidewall, and is a step of cleaning the polymer 15 of the metal wiring sidewall by solvent cleaning.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, CxHy계열의 가스를 물과 산소가스와 함께 혼합하여 금속 배선 윗부분에 형성된 잔존물을 제거함으로써 감광물질과 함께 폴리머도 깨끗하게 제거함으로써, 금속 배선 형성과 관련된 공정의 신뢰성을 높일 수 있다.As described above, according to the present invention, the C x H y- based gas is mixed with water and oxygen gas to remove residues formed on the upper portion of the metal wiring, thereby removing the polymer together with the photosensitive material, thereby preventing the formation of the metal wiring. The reliability of the process can be improved.

그리고 금속 에치 후 스트립 공정에서 금속 배선 윗부분의 폴리머를 제거함으로써 솔벤트 클리닝 공정의 여유를 넓혀 줄 수 있다.In addition, by removing the polymer on the upper portion of the metal wiring in the strip process after the metal etch, the solvent cleaning process can be expanded.

Claims (2)

기판 위에 금속층을 증착하고, 그 금속층 위에 감광물질로 된 감광막 패턴을 형성하는 감광막 패턴 단계;Depositing a metal layer on the substrate, and forming a photoresist pattern of photoresist on the metal layer; 상기 감광막 패턴 단계에서 형성된 감광막 패턴을 기반으로 하여 금속층을 에치함으로써 금속 배선을 형성하는 금속 배선 형성단계;A metal wiring forming step of forming a metal wiring by etching the metal layer based on the photosensitive film pattern formed in the photosensitive film pattern step; 상기 에치시 금속 배선의 윗부분에 생성된 잔존물을 제거하기 위해 CxHy계열의 가스를 물과 산소 가스와 혼합하여 스트립 공정을 진행하는 금속 배선 윗부분의 잔존물 제거단계; 및Removing residues on the upper portion of the metal interconnection in which a strip process is performed by mixing C x H y- based gas with water and oxygen gas to remove residues formed on the upper portion of the metal interconnection during etch; And 상기 잔존물 제거단계 이후에 솔벤트 클리닝 처리를 하여 상기 금속 배선 측벽에 형성된 폴리머를 제거하는 금속 배선 측벽의 폴리머 제거단계를 포함하는 반도체 소자의 폴리머 제거방법.And removing the polymer from the sidewalls of the metal interconnection to remove the polymer formed on the sidewalls of the metallization by performing a solvent cleaning process after the residue removal step. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 금속 배선 윗부분의 잔존물 제거단계에서,In the residue removal step of the upper portion of the metal wiring, 상기 스트립 공정은 상기 CxHy계열의 가스, 물 및 산소 가스와 혼합된 가스를 플라즈마 상태로 전환하여 진행하는 반도체 소자의 폴리머 제거방법.The strip process is a polymer removal method of the semiconductor device to proceed by converting the gas mixed with the gas, water and oxygen gas of the C x H y series into a plasma state.
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