KR100528266B1 - 건식에칭후측벽잔류물제거용용액및제거방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 건식 에칭공정 후 측벽의 잔류물을 제거하기 위한 신규한 방법에 관한 것이다. 통상, 건식 에칭 후에는, 오존 애싱 및 뜨거운 황산으로 포토레지스트 및 측벽 잔류물을 제거한다. 일반적으로, 이들을 완전히 제거하기는 어렵다. 본 발명에서는 황산에 불소-함유 화합물, 바람직하게는 불화수소 및 불화 암모늄을 가하여 사용하면 스트리퍼를 사용할 필요없이 포토레지스트 및 측벽 잔류물을 완전히 제거할 수 있음을 알아내었다. 본 방법은 간단하며, 원래의 공정 또는 기판 상의 다른 필름에 영향을 주지 않는다. 본 발명은 또한 황산 및 불소-함유 화합물, 바람직하게는 불화수소 및 불화 암모늄을 중량비 10:1 내지 1000:1의 범위로 포함하여 이루어지는 신규한 건식 에칭 후 측벽 잔류물 제거용 용액에 관한 것이다.
Description
본 발명은 건식 에칭 후 측벽의 잔류물을 제거하기 위한 신규한 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 신규한 건식 에칭후 측벽 잔류물 제거용 용액에 관한 것이다.
집적 회로(IC) 제조공정:
먼저, Al 등의 금속층을 웨이퍼 등의 기판 표면에 증착하고, 그 위에 포토레지스트 층을 코팅한다. 그 후에, 노출, 현상, 에칭, 이온 주입 및 포토 레지스트 제거를 실시한다. 원하는 소자가 얻어질 때까지 필름 증착, 포토레지스트 코팅, 노출, 현상, 에칭 및 포토레지스트 제거를 연이어 주기적으로 반복한다.
포토레지스트는 포지티브형과 네가티브형의 두가지 종류가 있다. 포지티브형 포토레지스트를 사용하는 경우에는, 노출된 영역이 현상액에 용해될 수 있다. 네가티브형 포토레지스트를 사용하는 경우에는, 노출되지 않은 영역이 현상액에 용해될 수 있다. 포지티브 포토레지스트의 주성분은 노볼락 수지 등의 수지이다. 네가티브형 포토레지스트의 주성분은 폴리이소프렌 화합물이다. 일반적으로, 가교 반응을 확실히 완료시키기 위해서는, 노출 후 포토레지스트 층을 구워 줄 필요가 있다.
기본 IC 패턴을 생성하고, 더욱 정교한 IC 패턴을 기판상에 처리한 후에는, 포토레지스트 및 측벽 잔류물을 매우 효과적이고, 완전하게 제거하여야 한다. 이러한 공정은 미합중국 특허 제4,917,122호 및 동 제4,963,342호에 기재된 바와 같은 포토레지스트 스트리퍼를 사용하여 실시된다.
J.L.Vossen, et al, J.Vac Sci. Technol. AL. 1453(1983); J.H.Thomas, et al, Appl. Phys. Lett. 43, 859(1983), D. Thomson, et al, Appl. Phys. Lett. 146, 1103(1985), and J.M.E.Harper, et al, J.Electrochem.Soc.128,1077(1981)에 기재된 바와 같이, VLSI(Very Large Scale Integrated) 또는 ULSI(Ultra Large Scale Integrated) 제조시의 에칭공정에 있어서, 건식 에칭 후에 형성된 측벽 패시베이션에 의해 에칭 공정의 이방성 현상이 나타날 수 있다. I.Morimoto et al, Digest of papers, Microprocess 202(1992)에 기재된 바와 같이, Cl2 또는 HBr의 에칭 화학에 따라 폴리-Si를 에칭하는 동안, 산소를 가하여 이방성 경향 및 산화물층에 대한 선택성을 증가시킨다. 에칭 가스로 Cl2를 사용하여 폴리-Si 층을 에칭하는 동안, 실리콘이 염소와 반응하여 염화 실리콘이 된다. K.V.Guinn et al. J.Vac.Sci.Technol.B 13, 214(1995)에 기재된 바와 같이, 산소가 존재하는 경우에는, 염화 실리콘이 산화 실리콘으로 산화된다. 이러한 산화 실리콘이 등방성 에칭을 방지할 수 있는, 소위 측벽 패시베이션이다. 측벽 패시베이션은 종래의 오존 애싱(ozon ashing) 및 뜨거운 황산 방법으로는 완전히 제거될 수 없다. 일반적인 방법에서, 오존 애싱 및 뜨거운 황산으로 처리한 후에도 여전히 웨이퍼를 희석된 HF 용액에 침지할 필요가 있다. 침지 시간은 기저의 산화물층을 공격할 만큼 길면 안된다. 잔류물이 특수한 스트리퍼에 의해 제거될 수 있다고 하더라도, 만족할만큼 간편한 것은 아니다. 그러므로, 건식 에칭 후 측벽 잔류물의 제거방법은 개선되어야 한다.
도 1은 IC 제조 공정 중에 사용되는 종래 방법 및 신규 방법의 순서도를 나타낸다.
도 2는 종래 방법으로 처리된 웨이퍼의 확대도로서, 확대율은 13,100배이다.
도 3은 신규 방법으로 처리한 웨이퍼의 확대도로서, 확대율은 11,000배이다.
(발명의 요약)
본 발명은 소정량의 불소-함유 화합물, 바람직하게는 불화수소 및 불화암모늄이 황산에 첨가된 신규한 용액에 관한 것이다. 이 용액은 건식 에칭 후에 형성된 측벽 잔류물을 완전히 제거할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기한 신규 용액을 사용하여 건식 에칭 후의 측벽 잔류물을 완전히 제거할 수 있는 신규한 방법에 관한 것이다.
(발명의 상세한 설명)
IC 제조공정은 하기와 같이 설명할 수 있다. 우선, 웨이퍼 기판을 세정한 다음, SiO2 및 폴리-Si 필름을 그 위에 증착한다. 이후, 포토레지스트 코팅, 노출, 현상, 에칭 및 포토레지스트 스트리핑 공정을 행한다. 도 1은 이러한 공정의 순서도를 나타낸다.
통상, 포토레지스트 및 측벽 잔류물은 오존 애싱 및 뜨거운 황산에 의해 제거되나, 완전히 제거될 수는 없다(도 2). 이어서, 희석된 HF 용액 또는 특수한 스트리퍼에 침지할 필요가 있다.
본 발명에 의하면, 황산 대 불소-함유 화합물의 비율을 제어하여, 불소-함유 화합물을 황산에 첨가하여 처리함으로써, 희석된 HF 또는 특수한 스트리퍼를 사용하지 않고도 측벽 잔류물을 완전히 제거할 수 있다(도 3). 이러한 처리는 간편하고, 처리 단계를 단지 한 단계만으로 줄일 수 있다. 도 1은 이러한 공정의 순서도를 나타낸다.
본 발명은 건식 에칭후에 형성되는 측벽 잔류물을 제거하기 위하여, 황산 및 불소-함유 화합물을 중량비로 10:1 내지 1000:1의 범위, 바람직하게는 100:1 내지 700:1의 범위, 가장 바람직하게는 300:1 내지 500:1의 범위로 포함하는 신규한 용액을 사용한다. 불소-함유 화합물은 불소 이온과; 알칼리 금속 양이온, 암모늄 양이온 및 수소 이온 등의 1가 양이온, 바람직하게는 불화수소 및 불화 암모니늄으로 구성된다. 이 신규 용액은 불화수소산 또는 불화 암모늄을 황산에 가하고, 이를 100-140℃, 바람직하게는 120℃에서 과산화수소와 혼합하여 제조한다. 상기한 화합물들은 H2SO4 96%, H2O2 31%, HF 49%, NH4F 40% 등으로 시판될 수 있다.
건식 에칭 후의 측벽 잔류물을 제거하는 새로운 방법을 사용하면, SiO2 등 유기 및 무기 화합물을 모두 제거할 수 있다. 이러한 방법은 공정을 복잡하게 하지 않고도 실시할 수 있다. 단지 건식 에칭 및 오존 애싱 후에, 웨이퍼를 황산 및 불소-함유 화합물의 프리믹스 용액에 담그고, 1atm, 100-140℃(바람직하게는 120℃)에서 10분간 유지시키면 된다. 포토레지스트 및 건식 에칭후에 형성된 측벽 패시베이션을 완전히 제거할 수 있으며, 신규 용액은 폴리-Si 필름에는 영향을 주지 않고, 오직 기저의 산화물층을 약간(1Å/분 미만) 에칭한다. 건식 에칭 공정 후에, 웨이퍼를 반응 챔버에 넣고, 오존 애싱을 행한다. 이 공정 동안, 오존이 산소 및 산소 원자로 분해되어, 고온 조건하에서 포토레지스트 중의 다량의 탄소 원자와 반응하여 CO2를 형성한다. CO2의 양을 측정하면, 오존 애싱 반응이 완결되었는지 아닌지를 알 수 있다.
새로운 방법은 간단하고, 신속하며, 스트리퍼 또는 다른 용액을 사용할 필요가 전혀 없다. IC 소자의 제조비용이 상당히 감소될 수 있다. 이러한 새로운 방법의 실시가능성 및 실용성은 높다. 이 방법은 g-라인, i-라인, 딥 UV, E-빔 및 X-선 레지스트를 포함하는 몇가지 종류의 포토레지스트에 적합하다.
하기 실시예에서 본 발명을 더욱 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 기술분야의 숙련자에 의한 모든 가능한 대체 및 조정이 본 발명의 적용 및 범위에 속한다.
실시예 1
포토레지스트로는 FH-6400L g-라인 포토레지스트(Fuji-Hunt)를 사용하였다. 노출은 PAS 2500/10 g-라인 스텝퍼(ASM)로 행하였다. 현상제로는 TMAH 2.38%를 함유하는 FHD-5 현상제(Fuji-Hunt)를 사용하였다. 현상 시간은 60초로 하였다. 3000A의 폴리-Si를 에칭하기 위해서, ECR(전자 사이클로트론 공명) 에칭기기를 사용하였다. Cl2(95sccm), O2(5sccm) 및 250W 마이크로파를 이용하여 플라즈마를 생성시켰다. 35W의 RF로 DC Bias를 제공하였다. 챔버 내의 압력은 3mTorr, 온도는 -20℃로 하였다. 에칭 시간은 70초이었다. 폴리-Si의 에칭비는 폴리-Si에 대하여 2612Å/분, SiO2에 대하여 26Å/분, 포토레지스트에 대하여 766Å/분이었다. 선택도에 있어서, 폴리-Si 대 SiO2의 비(2612/26)는 100, 폴리-Si 대 포토레지스트(2612/766)의 비는 3.4이었다(sccm - standard cubic centimeter per minute).
비교예
건식 에칭 후에, 종래의 방법으로 포토레지스트를 제거하였다. 우선, 챔버 내에서 시간당 한 개의 웨이퍼를 200-300℃에서 오존애싱하여 포토레지스트를 제거하였다. 이 온도에서는, 오존으로부터 분해된 산소가 포토레지스트의 탄소와 반응하여 CO2를 형성한다. 그리고 나서, 120℃에서 10분간 웨이퍼를 황산과 과산화수소의 혼합 용액에 침지하였다. 이러한 처리 후에, 웨이퍼를 SEM으로 관찰하였다(도 2). 이 단계에서는, 건식 에칭 후의 측벽 패시베이션은 완전히 제거하지 못한 채, 포토레지스트만을 제거할 수 있었다. 희석된 HF 또는 특수 스트리퍼를 더 사용할 필요가 있었다.
실시예 2
건식 에칭 후에, 본 신규 방법을 사용하여 포토레지스트를 제거하였다. 우선, 비교예에서와 동일한 방법으로 오존 애싱하여 포토레지스트를 제거하였다. 그리고 나서, 120℃에서 10분간 웨이퍼를 황산, 불화수소산 및 과산화수소의 혼합 용액에 침지하였다. 황산+불화수소산 대 과산화수소의 비는 부피비로 3:1이었다. 이러한 처리 후에, 웨이퍼를 SEM으로 관찰하였다(도 3). 폴리-Si 및 기저 SiO2 층에는 영향을 주지 않으면서, 단일 단계만으로 포토레지스트 및 건식 에칭 후의 측벽 패시베이션이 완전히 제거되었다.
실시예 3
건식 에칭 후에, 본 신규 방법을 사용하여 포토레지스트를 제거하였다. 우선, 비교예에서와 동일한 방법으로 오존 애싱하여 포토레지스트를 제거하였다. 그리고 나서, 120℃에서 10분간 웨이퍼를 황산, 불화암모늄 및 과산화수소의 혼합 용액에 침지하였다. 황산+불화암모늄 대 과산화수소의 비는 부피비로 3:1이었다. 이러한 처리 후에, 웨이퍼를 SEM으로 관찰하였다. 폴리-Si 및 기저 SiO2 층에는 영향을 주지 않으면서, 단일 단계만으로 포토레지스트 및 건식 에칭 후의 측벽 패시베이션이 완전히 제거되었다.
Claims (10)
- 황산 및 불소 이온과 알칼리 금속 양이온, 암모늄 양이온 및 수소 이온을 포함하는 1가 양이온으로 구성되는 불소-함유 화합물을 중량비 10:1 내지 1000:1의 범위로 함유하는, 건식 에칭 후 측벽 잔류물 제거용 용액.
- 제 1 항에 있어서,상기 범위가 중량비로 100:1 내지 700:1임을 특징으로 하는 용액.
- 제 1 항에 있어서,상기 범위가 중량비로 300:1 내지 500:1임을 특징으로 하는 용액.
- 제 1 항에 있어서,상기 불소-함유 화합물이 불화수소임을 특징으로하는 용액.
- 제 1 항에 있어서,상기 불소-함유 화합물이 불화암모늄임을 특징으로하는 용액.
- 건식 에칭 후의 웨이퍼를, 황산 및 불소이온과 알칼리 금속 양이온, 암모늄 양이온 및 수소 이온을 포함하는 1가 양이온으로 구성되는 불소-함유 화합물을 중량비 10:1 내지 1000:1의 범위로 함유하는 용액으로 처리하는 것을 특징으로 하는 건식 에칭 후 측벽 잔류물의 제거방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 범위가 중량비로 100:1 내지 700:1임을 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 범위가 중량비로 300:1 내지 500:1임을 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 불소-함유 화합물이 불화수소임을 특징으로 하는 방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 불소-함유 화합물이 불화 암모늄임을 특징으로 하는 방법.
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