KR19980052432A - 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

반도체 장치 제조 방법

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

종래의 금속층간 콘택홀 형성을 위한 플라즈마 식각 공정에서는, 노출된 금속에 의해 폴리머가 발생되어 콘택홀 내부에 증착되게 되고, 이러한 폴리머는 콘택 저항을 증가시키는 요인으로 작용한다는 문제점을 해결하고자 함.

3. 발명의 해결방법의 요지

금속층간 콘택홀 형성을 위한 플라즈마 식각 공정을 진행한 다음, SF₆/O₂또는 CF₄/O₂가스의 플라즈마를 발생시켜 식각 단계에서 발생되는 폴리머를 제거하므로써, 콘택 저항을 감소시키고자 함.

4. 발명의 중요한 용도

고집적 반도체 장치 제조에 이용됨.

Description

반도체 장치의 콘택홀 형성 방법

본 발명은 일반적으로 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 다층 배선 구조의 반도체 장치의 금속층간 콘택홀을 형성하는 방법에 관한 것이다.

반도체 소자 제조 공정중 다층 금속 배선 구조에 있어서는 하부 금속층과 상부 금속층을 전기적으로 접속하기 위한 콘택홀(또는 비아 홀) 형성 공정이 요구된다. 이를 보다 구체적으로 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(1) 위에 소정의 절연막(2)를 형성하고, 그 위에 하부 금속배선(3) 및 층간절연막(4)을 형성한 다음, 콘택홀을 형성하기 위한 소정의 포토레지스트 패턴(5)을 형성한다. 다음에는, 하부 금속 배선막(3)이 노출될 정도로 층간절연막(4)으로 사용된 산화막을 적정 수준으로 식각해서 콘택홀(6)을 형성하게 된다. 이때, 콘택홀 형성을 위한 식각시, 플루오르-카본(FLUORO-CARBON)계 가스, 예를 들어, CHF₃/CF₄, CHF₃/Ar, C₃F₈/CO, C₂F₆/CO, C₄F₈/CHF₃/Ar 등의 혼합 가스가 주로 사용되고 있는데, 이러한 가스와 식각 마스크로 사용된 포토레지스트의 반응으로 인해 콘택홀(6)의 측벽 및 내부에 노출된 하부 금속배선(3) 위에 C_XF_Y류의 폴리머(7)가 증착되게 된다. 이러한 폴리머는 콘택홀 내부의 콘택 저항을 증가시키는 요인으로 작용한다는 문제점이 있었다.

따라서, 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 다층 금속 배선 공정에서의 콘택홀 형성을 위한 플라즈마 식각 공정에서 콘택홀 내부의 하부 금속배선 위에 증착되는 폴리머를 동일 플라즈마 발생 챔버에서 효과적으로 제거할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 일반적인 반도체 장치 제조 공정중 콘택홀이 형성된 구조에 폴리머가 발생된 예를 도시하는 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 반도체 기판2 : 절연막

3 : 하부 금속배선4 : 층간절연막

5 : 포토레지스트6 : 콘택홀

7 : 폴리머

본 발명의 한 실시예에 따른 콘택홀 형성 방법은, 반도체 기판상에 소정의 도전층 및 층간절연막이 형성된 구조상에 콘택홀 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 식각하는 단계; 플루오르-카본계 가스의 플라즈마를 발생시켜 상기 층간 절연막을 식각하는 단계; CF₄가스와 O₂가스가 소정의 비율로 혼합된 가스의 플라즈마를 발생시켜 상기 식각 단계에서 발생되는 폴리머를 제거하는 단계; 및 잔류 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 콘택홀 형성 방법은, 반도체 기판상에 소정의 도전층 및 층간절연막이 형성된 구조상에 콘택홀 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 식각하는 단계; 플루오르-카본계 가스의 플라즈마를 발생시켜 상기 층간 절연막을 식각하는 단계; SF₆가스와 O₂가스가 소정의 비율로 혼합된 가스의 플라즈마를 발생시켜 상기 식각 단계에서 발생되는 폴리머를 제거하는 단계; 및 잔류 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이제, 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 양호한 실시예에 대해 상세하게 설명되게 된다. 먼저, 도 1을 참조하여 전술된 종래의 공정과 동일하게 실리콘 기판(1) 위에 소정의 절연막(2)를 형성하고, 그 위에 하부 금속배선(3) 및 층간절연막(4)을 형성한 다음, 콘택홀을 형성하기 위한 소정의 포토레지스트 패턴(5)을 형성한다. 다음에는, 하부 금속 배선막(3)이 노출될 정도로 층간절연막(4)으로 사용된 산화막을 적정 수준으로 식각해서 콘택홀(6)을 형성하게 된다. 이때, 플루오르-카본계(FLUORO-CARBON) 가스, 예를 들어, CHF₃/CF₄, CHF₃/Ar, C₃F₈/CO, C₂F₆/CO, C₄F₈/CHF₃/Ar 등의 혼합 가스를 약 50 Sccm 내지 200 Sccm 정도 유입시켜 식각 공정을 진행하게 된다. 다음에는 플라즈마 산화막 식각시 발생한 C_XF_Y류의 폴리머를 제거하기 위해, 동일 플라즈마 발생 챔버에서 CF₄/O₂, 또는 SF₆/O₂가스를 약 60 Sccm 내지 250 Sccm 정도 유입시키면서, 챔버의 압력을 약 50 mT 내지 1.5 T 정도로 하여 플라즈마를 발생한다. 이때, SF₆와 O₂의 혼합 비율은 약 6-25 : 1 정도로 하는 것이 바람직하다. 그러면, 콘택홀 내부의 C_XF_Y류의 폴리머는 C_XF_Y+ CF₄/O₂--- CO, CO₂, COF 등의 형태로 반응해서 쉽게 제거된다. 이렇게 하므로써 콘택 저항을 증가시키는 요인으로 작용하는 폴리머를 간단한 공정으로 제거할 수 있게 된다.

비록 본 발명이 특정 실시예에 관해 설명 및 도시 되었지만, 이것은 본 발명을 제한하고자 의도된 것은 아니며, 이 기술에 숙련된 사람은 본 발명의 정신 및 범위내에서 여러 가지 변형 및 수정이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.

반도체 장치 제조시 전술한 바와 같은 본 발명을 적용함으로써, 콘택홀 내부의 폴리머를 효과적으로 제거할 수 있으며, 결과적으로 하부 금속배선과 상부 금속배선간의 콘택 저항이 증가하는 현상을 방지할 수 있으므로 소자의 특성 개선 및 제조 수율 향상을 기대할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 반도체 기판상에 소정의 도전층 및 층간절연막이 형성된 구조상에 콘택홀 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 식각하는 단계;

   플루오르-카본계 가스의 플라즈마를 발생시켜 상기 층간 절연막을 식각하는 단계;

   CF₄가스와 O₂가스가 소정의 비율로 혼합된 가스의 플라즈마를 발생시켜 상기 식각 단계에서 발생되는 폴리머를 제거하는 단계; 및

   잔류 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함해서 이루어진 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 층간 절연막 식각시 플루오르-카본계 가스의 주입량은 약 50 Sccm 내지 200 Sccm 인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 폴리머 제거 단계에서 CF₄가스와 O₂가스의 혼합 비율은 약 6-25 : 1 인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 폴리머 제거 단계에서 혼합 가스의 주입량은 약 60 Sccm 내지 250 Sccm 이고, 챔버의 압력은 약 50 mT 내지 1.5 T 인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 층간절연막 식각 단계와 상기 폴리머 제거 단계는 동일한 챔버에서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법.
6. 반도체 기판상에 소정의 도전층 및 층간절연막이 형성된 구조상에 콘택홀 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 식각하는 단계;

   플루오르-카본계 가스의 플라즈마를 발생시켜 상기 층간 절연막을 식각하는 단계;

   SF₆가스와 O₂가스가 소정의 비율로 혼합된 가스의 플라즈마를 발생시켜 상기 식각 단계에서 발생되는 폴리머를 제거하는 단계; 및

   잔류 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함해서 이루어진 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 층간 절연막 식각시 플루오르-카본계 가스의 주입량은 약 50 Sccm 내지 200 Sccm 인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 폴리머 제거 단계에서 SF₆가스와 O₂가스의 혼합 비율은 약 6-25 : 1 인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법.
9. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

   상기 폴리머 제거 단계에서 혼합 가스의 주입량은 약 60 Sccm 내지 250 Sccm 이고, 챔버의 압력은 약 50 mT 내지 1.5 T 인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법.
10. 제 6 항에 있어서,

    상기 층간절연막 식각 단계와 상기 폴리머 제거 단계는 동일한 챔버에서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 콘택홀 형성 방법.