KR100532380B1 - 반도체장치의 세정방법 - Google Patents
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Abstract
반도체 장치의 세정 방법을 개시한다. 본 발명의 일 관점은, 반도체 기판 상에 절연막을 관통하는 텅스텐 콘택 플러그 및 금속 도전막을 형성하고, 금속 도전막의 일부를 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하고, 식각 마스크로 이용하여 금속 도전막을 건식 식각하여 금속 도전막 패턴을 형성한다. 포토레지스트 패턴을 애슁(ashing)하고 포토레지스트 패턴의 애슁에 의해 노출된 금속 도전막 패턴의 표면 및 콘택 플러그의 표면을 킬레이팅제를 포함하는 희석 구연산 용액으로 전처리하여 금속 도전막 패턴 및 콘택 플러그의 표면의 금속 원소와 파이 결합을 이루어 금속 도전막 패턴 및 콘택 플러그의 부식을 방지하는 보호막을 형성한다. 전처리된 결과물 상을 유기 스트리퍼 또는 암모니아를 포함하는 세정액으로 세정하여 애슁에 의한 잔류 폴리머를 제거한다.
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 금속 배선으로 이용되는 도전막 패턴을 형성한 후 세정하는 방법에 관한 것이다.
반도체 장치를 제조하는 공정 중에는 알루미늄(Al) 또는 텅스텐(W) 등으로 금속 배선을 형성하는 공정이 있다. 상기 금속 배선을 형성하는 공정은 콘택 플러그(contact plug)와 연결되는 도전막을 형성하고 상기 도전막을 사진 식각 공정 등으로 패터닝하는 방법으로 수행된다. 이때, 상기 콘택 플러그는 단차 도포성이 우수한 텅스텐 등과 같은 금속을 이용하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 금속 배선은 상기 콘택 플러그에 직접 접촉하여 전기적으로 연결될 수 있다. 또는, 다마신(damascene) 공정 등을 상기 금속 배선을 형성하는 공정 이전에 수행하고 상기 금속 배선 공정을 수행하여 상기 콘택 플러그에 금속 배선을 연결할 수 있다.
상기 도전막을 사진 식각 공정 등으로 패터닝하여 금속 배선을 형성할 때 건식 식각 공정 등이 적용될 수 있다. 이때, 상기 콘택 플러그와 상기 금속 배선에 정렬 불량(misalign)이 발생되면, 상기 건식 식각 공정에서 이용되는 플라즈마(plasma)의 이온(ion) 등에 의해서 상기 콘택 플러그가 손상될 수 있다. 즉, 상기 이온 등이 상기 정렬 불량에 의해서 노출되는 상기 콘택 플러그의 표면에 입사되어 대전되며 상기 콘택 플러그에 전하 손상(charge damage) 등을 발생시킬 수 있다. 이와 같은 전하 손상에 의해서 상기 콘택 플러그의 전기적인 성질이 변화될 수 있으며, 상기 콘택 플러그와 상기 금속 배선의 전기적 접촉 특성이 변화될 수 있다. 더욱이, 상기 손상에 의해서 후속의 세정 공정에서 사용되는 세정액에 침해를 받아 부식 등과 같은 장치 불량(device fail)의 요인이 될 수 있다.
한편, 상기 금속 배선을 형성하는 패터닝 공정을 진행한 후 이용된 포토레지스트 패턴을 애슁(ashing)하는 공정이 요구된다. 이후에 상기 결과물 상을 세정하는 공정에서 상기 금속 배선이 암모니아 또는 유기 스트리퍼(stripper) 등과 같은 세정액에 의해서 부식될 수 있다. 이와 같이 상기 금속 배선이 부식되면 금속 배선의 전기적 특성이 변화되며 이에 따라 반도체 장치의 불량의 요인이 될 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 금속 배선 또는 하부의 콘택 플러그의 부식 등과 같은 손상의 발생을 방지할 수 있는 반도체 장치의 세정 방법을 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 반도체 기판 상에 절연막을 관통하는 텅스텐 콘택 플러그를 형성하는 단계와, 상기 콘택 플러그에 연결되는 금속 도전막을 상기 절연막 상에 형성하는 단계와, 상기 도전막 상에 상기 금속 도전막의 일부를 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 금속 도전막을 건식 식각하여 금속 도전막 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 애슁하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴의 애슁에 의해 노출된 상기 금속 도전막 패턴의 표면 및 상기 콘택 플러그의 표면을 킬레이팅제를 포함하는 희석 구연산 용액으로 전처리하여 상기 금속 도전막 패턴 및 상기 콘택 플러그의 표면의 금속 원소와 파이 결합을 이루어 상기 금속 도전막 패턴 및 상기 콘택 플러그의 부식을 방지하는 보호막을 형성하는 단계, 및 상기 전처리된 결과물 상을 유기 스트리퍼 또는 암모니아를 포함하는 세정액으로 세정하여 상기 애슁에 의한 잔류 폴리머를 제거하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 세정 방법을 제시한다.
상기 희석 구연산 용액은 대략 0.5 무게% 내지 50무게%의 구연산을 함유한다. 상기 희석 구연산 용액은 피로카테콜, 니트릴로트리아세틱 산 또는 에데틱 산 등과 같은 킬레이팅제를 더 함유할 수 있다. 상기 킬레이팅제는 상기 희석 구연산 용액에 대략 0.001무게% 내지 7무게% 함유된다. 상기 전처리된 결과물 상을 화학 용액을 이용하여 세정한다.
본 발명에 따르면, 금속 배선 또는 하부의 콘택 플러그의 부식 등과 같은 손상의 발생을 방지할 수 있는 반도체 장치의 세정 방법을 제공할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 막의 두께 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한 어떤 막이 다른 막 또는 반도체 기판의 "상"에 있다 또는 접촉하고 있다라고 기재되는 경우에, 상기 어떤 막은 상기 다른 막 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는 그 사이에 제 3의 막이 개재되어질 수도 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 장치의 세정 방법을 설명하기 위하여 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 1은 도전막을 패터닝하여 도전막 패턴(400)을 형성하는 단계를 개략적으로 나타낸다.
구체적으로, 반도체 기판(100) 또는 금속 배선 상에 층간 절연막(interlayer dielectric layer) 또는 금속간 절연막(intermetallic dielectric layer)으로 사용되는 절연막(200)을 형성한다. 다음에 상기 절연막(200)을 패터닝하여 콘택홀(contact hole)을 형성한다. 상기 콘택홀은 반도체 기판(100)의 표면, 또는 도시되지는 않았지만 금속 배선 등과 같은 하부 도전막을 노출시킨다. 상기 콘택홀을 매몰하는 장벽막(310)을 형성하고 콘택 플러그(contact plug;330)을 형성한다. 상기 콘택 플러그(330)는 단차 도포성이 우수한 텅스텐 등과 같은 금속 원소를 포함하는 도전물을 이용하여 형성한다.
상기 절연막(200) 상에 상기 콘택 플러그(330)에 연결되는 도전막을 형성한다. 상기 도전막은 알루미늄 또는 텅스텐 등과 같은 금속 원소를 함유하는 도전물로 이루어진다. 이후에, 상기 도전막을 패터닝하여 금속 배선으로 사용되는 도전막 패턴(400)을 형성한다. 상기 도전막을 패턴닝하는 공정은 사진 식각 공정에 따라 수행된다. 즉, 상기 도전막 상에 상기 도전막의 일부를 노출시키는 포토레지스트 패턴을 형성한다. 다음에 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 노출되는 도전막의 일부를 식각하여 제거한다. 이때, 상기 식각 공정은 건식 식각 공정으로 수행된다. 즉, 플라즈마(500) 등을 반도체 기판(100) 상에 도달시켜 상기 플라즈마(500)와 상기 노출되는 도전막의 일부의 반응에 의해서 상기 도전막의 일부가 제거되도록 한다. 이후에, 식각 마스크로 이용된 상기 포토레지스트 패턴을 애슁(ashing) 등과 같은 방법으로 제거한다.
이와 같이 도전막 패턴(400)을 형성하는 공정이 수행될 때, 정렬 불량에 의해서 상기 콘택 플러그(330)의 표면이 노출될 수 있다. 즉, 정렬(alignment)이 정교하게 이루어지면, 상기 콘택 플러그(330)는 상기 도전막 패턴(400)에 의해서 차폐되어야 한다. 그러나, 정렬 불량이 발생하면 상기 콘택 플러그(330)의 일부 표면이 상기 도전막(400)을 선택적으로 식각 하는 플라즈마(500)에 노출될 수 있다. 이에 따라, 상기 콘택 플러그(330)의 표면에는 상기 플라즈마(500)에 의한 손상이 발생한다. 예컨대, 상기 플라즈마(500)에 포함된 이온의 폭격(bombardment) 등에 의해서 상기 콘택 플러그(330)의 표면이 대전되어 전하 손상이 발생할 수 있다.
또한, 상기 포토레지스트 패턴을 애슁하는 공정에서 상기 금속 배선으로 이용되는 도전막 패턴(400) 또는 상기 콘택 플러그(330)가 손상을 받을 수 있다. 이와 같은 손상 부위 등은 후속의 세정 단계에서 세정액 또는 유기 스트리퍼 등에 의해서 침해(attack)를 받게되어 반도체 장치 불량의 한 요인이 될 수 있다. 이에 따라, 상기 세정 단계에 앞서 상기 포토레지스트 패턴이 애슁되어 제거된 결과물 상을 세정하기 이전에 전(前)처리하여 상기 손상 부위를 상기 침해 등으로부터 보호한다.
도 2는 도전막 패턴(400)이 형성된 결과물 상을 세정 단계 이전에 전처리하는 단계를 개략적으로 나타낸다.
구체적으로, 도전막 패턴(400)을 형성할 때 이용된 포토레지스트 패턴을 애슁한다. 다음에, 상기 애슁 공정 이후에 잔류하는 폴리머(polymer) 등과 같은 잔류물을 제거하기 위해서 세정액을 이용하여 반도체 기판(100) 상을 세정한다. 상기 세정 공정 이전에 상기 도전막 패턴(400)이 형성된 결과물 상을 희석 구연산 용액으로 전처리하여, 상기 세정액으로부터 상기 콘택 플러그(330) 또는 상기 도전막 패턴(400)을 보호한다.
상기 희석 구연산 용액은 구연산을 탈이온수(deionized water) 등으로 희석시킨 용액이다. 이때, 상기 구연산은 대략 0.5무게%(weight percent) 내지 대략 50무게% 정도로 상기 희석 구연산 용액에 함유된다. 바람직하게는 대략 0.6무게% 내지 15무게% 정도로 구연산이 함유된 희석 구연산 용액으로 전처리한다.
상기 희석 구연산 용액에 함유된 구연산은 상기 노출되는 콘택 플러그(330) 표면 또는 도전막 패턴(400)의 표면과 반응하여 보호막(passivation;600)을 형성한다. 즉, 상기 콘택 플러그(330) 또는 상기 도전막 패턴(400)에 함유된 금속 원소와 상기 구연산이 화학식1 또는 화학식2에 도시한 바와 같이 파이(??) 결합을 이룬다.
상기 화학식1에 도시된 바와 같이 구연산의 여러 리간드(regand) 중 두 자리의 리간드가 금속 원소의 이온(M)에 배위(coordinate)하여 중심의 금속 이온(M)과 킬레이트고리(chelate ring)를 형성한다. 즉, 구연산의 산소가 갖는 비공유 전자쌍이 중심의 금속 이온(M)에 제공되어 파이 결합을 이루어 킬레이트고리를 이룬다. 이와 같이하여 킬레이트 화합물이 형성된다. 또는, 화학식2에 도시된 바와 같이 세 자리의 리간드가 중심의 금속 이온(M)과 크립테이트(cryptate), 즉, 거대한 고리 리간드를 형성할 수 있다. 이와 같이 크립테이트 형태로 킬레이트 화합물이 형성되면, 금속 이온(M)을 완전히 둘러싸서 3차원적인 바구니를 만들어 그 속에 가두어 둔 형태가 되어 안정한 착물이 만들어진다.
상술한 바와 같이 구연산이 콘택 플러그(330) 또는 도전막 패턴(400)에 함유된 금속 원소와 반응하여 킬레이트 화합물이 이루어진다. 상기 킬레이트 화합물은 상기 콘택 플러그(330) 또는 도전막 패턴(400)의 표면을 보호하는 보호막(600)의 역할을 수행한다. 상기한 바와 같은 킬레이트 화합물에 의한 보호막(600)은 후속의 세정 공정에 이용되는 세정액, 예컨대 수산화 암모늄(NH4OH) 또는 하드록실 아민(NH2OH) 등으로부터의 침해를 방지한다. 이에 따라, 상기 침해에 의해서 상기 콘택 플러그(330) 또는 도전막 패턴(400)이 부식되는 것을 방지할 수 있다.
더욱이, 상기 희석 구연산 용액에 유기 킬레이팅제(chelating agent)를 더 함유시켜 상기 구연산의 상기한 바와 같은 보호막(600)으로써의 작용을 강화시킬 수 있다. 이때, 첨가되는 킬레이팅제는 상기 희석 구연산 용액에 대략 0,001무게% 내지 7무게% 정도 더 함유된다. 이와 같은 킬레이팅제로는 피로카테콜(pyrocatechol;1,2-C6H4(OH)2), 니트릴로트리아세틱 산(NTA;nitrilotriacetic acid;N(CH2COOH)3) 또는 에데틱 산(EDTA;edetic acid;(HOOCCH2)2NCH2CH2N(CH2COOH)2) 등을 이용한다.
이와 같이 희석 구연산 용액으로 전처리하여 노출되는 도전막 패턴(400) 또는 하부의 콘택 플러그(330)의 표면을 보호한 후 유기 스트리퍼 또는 세정액을 도입하여 잔류 폴리머 등을 제거하여 세정한다. 다음에, 탈이온수 등으로 린스(rinse)한 후 반도체 기판(100) 상을 건조한다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해서 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
상술한 본 발명에 따르면, 도전막 패턴을 패터닝하는 사진 식각 공정에 이용된 포토레지스트 패턴을 애슁하는 공정이후에, 상기 결과물을 세정하는 공정을 수행하기 이전에, 상기 결과물을 희석 구연산 용액 등을 이용하여 전처리한다. 이와 같은 전처리 공정에 의해서 노출되는 도전막 패턴 또는 하부의 콘택 플러그의 표면을 세정액 등의 침해로부터 보호할 수 있다. 따라서, 상기 도전막 패턴 또는 콘택 플러그에 함유된 금속 원소가 상기 세정액에 침해되어 부식되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 도전막 패턴, 즉, 금속 배선 또는 콘택 플러그의 부식 등에 의한 반도체 장치의 불량 발생을 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 반도체 장치의 세정 방법을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도들이다.
Claims (3)
- 반도체 기판 상에 절연막을 관통하는 텅스텐 콘택 플러그를 형성하는 단계;상기 콘택 플러그에 연결되는 금속 도전막을 상기 절연막 상에 형성하는 단계;상기 도전막 상에 상기 금속 도전막의 일부를 노출하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 금속 도전막을 건식 식각하여 금속 도전막 패턴을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 애슁하는 단계;상기 포토레지스트 패턴의 애슁에 의해 노출된 상기 금속 도전막 패턴의 표면 및 상기 콘택 플러그의 표면을 킬레이팅제를 포함하는 희석 구연산 용액으로 전처리하여 상기 금속 도전막 패턴 및 상기 콘택 플러그의 표면의 금속 원소와 파이 결합을 이루어 상기 금속 도전막 패턴 및 상기 콘택 플러그의 부식을 방지하는 보호막을 형성하는 단계; 및상기 전처리된 결과물 상을 유기 스트리퍼 또는 암모니아를 포함하는 세정액으로 세정하여 상기 애슁에 의한 잔류 폴리머를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 희석 구연산 용액은 대략 0.5 무게% 내지 50무게%의 구연산을 함유하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 킬레이팅제는상기 희석 구연산 용액에 대략 0.001무게% 내지 7무게% 함유되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정 방법.
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Family Applications (1)
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| KR1019980016991A KR100532380B1 (ko) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 반도체장치의 세정방법 |
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| JPH0324094A (ja) * | 1989-06-20 | 1991-02-01 | Sanwa Kagaku Kenkyusho Co Ltd | 有機ゲルマニウム化合物、その製法及び用途 |
| JPH1072594A (ja) * | 1996-06-05 | 1998-03-17 | Wako Pure Chem Ind Ltd | 洗浄処理剤 |
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- 1998-05-12 KR KR1019980016991A patent/KR100532380B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
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