KR101050953B1 - 티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머 제거방법 - Google Patents

티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머 제거방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머 제거방법에 관한 것으로, 구체적으로는 소정의 하부 구조를 구비하는 반도체 기판 상부에 티타늄 또는 탄탈륨으로 구성되는 피식각층을 형성하는 단계와, 상기 피식각층 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하부의 피식각층을 식각하여 피식각층 패턴을 형성하는 단계와, 히드록실아민을 주성분으로 포함하는 조성물을 이용하여 상기 결과물을 클리닝하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 스트립하는 단계를 포함함으로써, 티타늄 또는 탄탈륨으로부터 발생하는 티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머를 깨끗하게 제거할 수 있는 방법을 개시한다.

Description

티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머 제거방법{Method for Removing Titanium or Tantalium Polymer}
도 1a는 탄탈륨 나이트라이드막을 포함하는 얇은 필름 레지스터에 대한 식각 공정 후 포토레지스트 스트립 공정을 수행한 결과를 나타내는 SEM 사진.
도 1b는 도 1a의 왼쪽 단면을 상부 평면에서 OES 분석한 결과를 나타내는 데이타.
도 2a는 종래 기술에 따라 식각 공정 후 포토레지스트 스트립 공정을 수행한 결과를 나타내는 SEM 사진.
도 2b는 종래 기술에 따라 식각 공정 및 포토레지스트 스트립 공정 후 클리닝 공정을 수행한 결과를 나타내는 SEM 사진.
도 3은 본 발명에 따라 탄탈륨계 폴리머가 제거되는 메카니즘을 도시하는 단면도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따라 식각 공정 후 클리닝 공정을 수행한 다음 포토레지스트 스트립 공정을 수행한 결과를 나타내는 SEM 사진.
본 발명은 티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머 제거방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 소자를 제조하기 위한 식각 공정시 티타늄 또는 탄탈륨계 물질로부터 발생하는 금속성 폴리머를 제거함에 있어 히드록실아민(NH2OH)을 주성분으로 하는 조성물을 사용하여 클리닝 공정을 먼저 수행한 다음 포토레지스트 스트립 공정을 수행함으로써, 티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머를 깨끗하게 제거할 수 있는 방법에 관한 것이다.
현재 RF 소자 제조시 티타늄계 또는 탄탈륨계 물질을 주로 사용하고 있는데, 식각 공정시 이들 티타늄계 또는 탄탈륨계 물질로부터 발생되는 부산물은 높은 녹는점에서도 제거가 잘 안되는 것으로 평가되고 있다. 또한 상기 부산물에 의해 생성되는 폴리머는 소자의 누설(leakage) 전류를 유발시킬 가능성이 있다.
구체적으로, 현재 구리 배선에 적용되는 패시브(passive) 소자로서 주로 탄탄륨계 물질이 사용되고 있다. 그러나 배선 형성을 위한 식각 공정시 이러한 탄탄륨계 물질로부터 발생되는 폴리머는 큰 문제로 나타나고 있다. 이러한 문제를 해결하고자 다양한 방법이 시도되고 있으나 한계가 있는 실정이다. 예를 들어, CF4를 사용하는 스트립 공정을 수행하여 일정 부분 해결하고 있으나 CF4에 의해 프로파일이 어택(attack)될 가능성이 있고, HF 용액을 사용하여 클리닝 공정을 수행하는 경에는 질화막이나 FSG막 등의 증착막이 HF 용액에 녹는 문제점이 있다.
또한, 티타늄 또는 탄탈륨계 물질로 구성되는 엠.아이.엠.(Metal-Insulator-Metal)이나 얇은 필름 레지스터(Thin Film Resistor)에서는 패턴 밀도가 상당히 낮 아 식각되는 양이 많기 때문에 식각시 발생되는 티타늄 또는 탄탈륨계 물질이 폴리머를 형성하여 포토레지스트 주위에 상당한 양이 쌓이는 것으로 밝혀졌다. 특히, 패턴 크기가 작아지고, 원하는 MIM의 캐패시턴스 값이나 TFR의 리지스턴스 값을 얻기 위해서는 티타늄 또는 탄탈륨계 물질의 두께를 높여야 하는데, 이에 따라 식각해야 할 양이 많아져 폴리머 발생 문제는 더욱 심각하게 작용하기 때문에 전기적 값에 영향을 미칠 수 있으므로 이러한 폴리머를 제거하기 위한 공정은 반드시 수행되어야 한다.
종래에는 이러한 폴리머를 제거하지 않은 상태에서 포토레지스트 스트립 공정을 먼저 수행한 다음, 폴리머를 클리닝하여 제거하였는데, 그 결과 스트립 공정 후에도 폴리머가 남아 있는 것으로 확인되었다.
구체적으로 도 1a를 참조하면, 탄탈륨 나이트라이드막을 포함하는 얇은 필름 레지스터에 대한 식각 공정 후 포토레지스트 스트립 공정을 수행한 결과를 나타내는 SEM 사진으로, 레지스터 표면 좌우에 뿔처럼 솟은 것이 포토레지스트 주위에 쌓인 폴리머로 파악된다. 또한 도 1b를 참조하면, 도 1a의 왼쪽 단면을 상부 평면에서 OES 분석한 결과를 나타내는 데이타로서, 뿔처럼 솟아 나온 부분에서 많은 양의 탄탈륨이 검출되었는데, 여기서 탄탈륨이 많은 것은 식각 공정시 탄탈륨이 포토레지스트 주위에 폴리머 형태로 붙어 있기 때문이다.
또한, 도 2a는 종래 기술에 따라 식각 공정 후 포토레지스트 스트립 공정을 수행한 결과를 나타내는 SEM 사진이고, 도 2b는 종래 기술에 따라 식각 공정 및 포토레지스트 스트립 공정 후 클리닝 공정을 수행한 결과를 나타내는 SEM 사진으로 공정 후에 표면에 폴리머가 남아 있는 것이 확인되었다.
한편, 종래에 금속성 폴리머 제거를 위한 클리닝 공정시 히드록시아민을 주성분으로 하는 조성물을 사용하였는데, 상기 조성물은 현재 클리닝 공정시 사용되는 것 중에서 가장 뛰어난 제거 효과를 나타내는 것으로 평가되고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 포토레지스트 스트립 공정 전에 히드록실아민을 주성분으로 하는 조성물을 사용하여 티타늄계 또는 탄탄륨계 폴리머를 제거하기 위한 클리닝 공정을 먼저 수행함으로써, 포토레지스트 스트립 공정 후에 티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머를 깨끗하게 제거할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 하기의 단계를 포함하는 티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머 제거방법을 제공한다:
(a) 소정의 하부 구조를 구비하는 반도체 기판 상부에 티타늄 또는 탄탈륨으로 구성되는 피식각층을 형성하는 단계;
(b) 상기 피식각층 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
(c) 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하부의 피식각층을 식각하여 피식각층 패턴을 형성하는 단계;
(d) 히드록실아민을 주성분으로 포함하는 조성물을 이용하여 상기 결과물을 클리닝하는 단계; 및
(e) 상기 포토레지스트 패턴을 스트립하는 단계.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에서는 소정의 하부 구조를 구비하는 반도체 기판 상부에 티타늄 또는 탄탈륨으로 구성되는 피식각층을 형성한다.
상기 티타늄 또는 탄탈륨으로 구성되는 피식각층은 엠.아이.엠. 캐패시터 또는 얇은 필름 레지스터 형성에 사용되는 것이 바람직하다.
다음, 상기 피식각층을 식각하여 소정의 패턴을 형성하고자 마스크로 사용할 포토레지스트 패턴을 형성한다.
다음, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하부의 피식각층을 식각하여 피식각층 패턴을 형성한다.
다음, 히드록실아민을 주성분으로 포함하는 조성물을 이용하여 상기 결과물을 클리닝한다.
또한, 본 발명에 따른 클리닝 공정에 사용되는 조성물은 히드록실아민을 주성분으로 포함하고 그외 모노에탄올아민(NH2CH2CH2OH) 및 카테콜을 더 포함한다.
구체적으로, 상기 클리닝 단계는 히드록실아민, 모노에탄올아민 및 카테콜을 포함하는 40∼90℃의 조성물을 사용하여 50∼1000RPM의 속도로 3∼60분간에 걸쳐 상기 결과물을 클리닝하는 단계; 상기 결과물을 탈이온수로 세정하는 단계; 상기 결과물을 이소프로필알코올로 처리하는 단계; 및 상기 결과물을 질소 가스로 건조 하는 단계로 이루어진다.
상기 히드록실아민 및 모노에탄올아민은 유기 성분을 용해하는 역할을 하고, 카테콜은 금속 성분을 용해하는 킬레이트제로서의 역할 뿐만 아니라 부식 방지제로서의 역할도 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 조성물에 의해 클리닝 공정이 이루어지는 원리를 설명한다.
하기 반응식 1을 참조하면, 폴리머가 페놀계 물질인 경우에 폴리머는 약산성으로 작용을 하고, 히드록실아민은 알칼리로서 작용을 하기 때문에 산-염기 반응에 의해 폴리머 찌꺼기는 수용성 물질로 전환된다. 또한 수용액 상태의 히드록실아민은 물과 반응해 OH-를 생성하여 폴리머 찌꺼기를 직접 공격하게 되어 폴리머가 제거된다.
[반응식 1]
Figure 112004062931010-pat00001
또한, 본 발명에 따른 클리닝 공정에 사용되는 조성물을 구성하는 또 다른 성분인 모노에탄올아민에 의해서도 하기 반응식 2에서와 같은 반응이 이루어진다.
[반응식 2]
Figure 112004062931010-pat00002
하기 반응식 3을 참조하면, 폴리머가 케톤계 물질인 경우 히드록실아민과의 친핵반응에 의해 히드록실아민이 케톤계 폴리머의 케톤기를 효과적으로 공격하기 때문에 알칼리 수용액에 잘 녹는 옥심(oxime)이 형성됨으로써 폴리머가 제거된다.
[반응식 3]
Figure 112004062931010-pat00003
또한, 본 발명에 따른 클리닝 공정에 사용되는 조성물을 구성하는 또 다른 성분인 모노에탄올아민에 의해서도 하기 반응식 4에서와 같은 반응이 이루어진다.
[반응식 4]
Figure 112004062931010-pat00004
이때, 히드록실아민 아민의 경우 모노에탄올아민보다 크기가 작아 침투성이 좋기 때문에 클리닝 능력을 더욱 증가시키게 된다.
그런 다음, 상기 포토레지스트 패턴을 스트립한 결과 남아 있는 폴리머 찌거기가 없는 것을 확인할 수 있다. 다시 말해 본 발명에서는 종래에 포토레지스트 스트립 공정을 수행한 후에 클리닝 공정을 수행하였던 것과는 달리, 이들의 공정 순서를 바꿈으로써 별도의 공정 추가 없이 티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머를 깨끗하게 제거할 수 있는 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에서는 포토레지스트 패턴을 스트립하는 공정을 수행한 후에 히드록실아민을 주성분으로 포함하는 상기 조성물을 이용하여 상기 결과물을 클리닝하는 단계를 더 수행할 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따라 탄탈륨계 폴리머가 제거되는 메카니즘을 도시하는 단면도이다. 여기서, 포토레지스트가 약산성을 가지는 페놀계 물질인 경우 히드록실아민이 알칼리로서 작용을 하기 때문에 산-염기 반응에 의해 폴리머 찌꺼기가 수용성 물질로 전환됨에 따라 식각 후 두껍게 쌓은 금속성 폴리머를 스트립 공정 전에 먼저 제거해 줌으로써 종래에 제거되지 못하던 금속성 폴리머를 깨끗하게 제거할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따라 식각 공정 후 클리닝 공정을 수행한 다음 포토레지스트 스트립 공정을 수행한 결과를 나타내는 SEM 사진이다. 특히, 도 4c의 경우는 포토레지스트 스트립 공정 후에 히드록실아민을 주성분으로 포함하는 본 발명의 조성물을 이용하여 클리닝을 한 번 더 수행한 결과를 나타낸다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는 반도체 소자를 제조하기 위한 식각 공정시 티타늄 또는 탄탈륨계 물질로부터 발생하는 폴리머를 제거함에 있어 포토레지스트 스트립 공정 전에 히드록실아민을 주성분으로 하는 조성물을 사용하여 클리닝 공정을 먼저 수행함으로써, 티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머를 깨끗하게 제거할 수 있다.

Claims (6)

  1. (a) 소정의 하부 구조를 구비하는 반도체 기판 상부에 티타늄 또는 탄탈륨으로 구성되는 피식각층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 피식각층 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    (c) 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하부의 피식각층을 식각하여 피식각층 패턴을 형성하는 단계;
    (d) 히드록실아민(NH2OH)을 포함하는 조성물을 이용하여 (c) 단계의 결과물을 클리닝하는 단계; 및
    (e) 상기 포토레지스트 패턴을 스트립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머 제거방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피식각층은 엠.아이.엠.(Metal-Insulator-Metal) 캐패시터 형성에 사용되는 것을 특징으로 하는 티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머 제거방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 피식각층은 필름 레지스터(Thin Film Resistor) 형성에 사용되는 것을 특징으로 하는 티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머 제거방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 조성물은 모노에탄올아민(NH2CH2CH2OH) 및 카테콜을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머 제거방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 (d) 단계는
    히드록실아민, 모노에탄올아민 및 카테콜을 포함하는 40∼90℃의 조성물을 사용하여 50∼1000RPM의 속도로 3∼60분간 (c) 단계의 결과물을 클리닝하는 단계;
    상기 결과물을 탈이온수로 세정하는 단계;
    상기 결과물을 이소프로필알코올로 처리하는 단계; 및
    상기 결과물을 질소 가스로 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머 제거방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은 (e) 단계를 수행한 후에 히드록실아민(NH2OH)을 포함하는 조성물을 이용하여 클리닝하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄 또는 탄탈륨계 폴리머 제거방법.
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