KR20000055594A

KR20000055594A - 콘택홀 세정 방법

Info

Publication number: KR20000055594A
Application number: KR1019990004287A
Authority: KR
Inventors: 조용준; 윤영환
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2000-09-15

Abstract

본 발명은 콘택홀 세정(contact hole cleaning) 방법에 관한 것으로, 콘택홀 형성 마스크(mask)인 포토레지스트 패턴(photoresist pattern)과, 콘택홀 하부의 자연 산화막(native oxide layer) 및 콘택홀 내벽의 폴리머를(polymer) 동시에 제거한다. 이를 위해, 포토레지스트 패턴(photoresist pattern)을 제거하기 위한 용액, 자연 산화막 및 폴리머를 제거하기 위한 용액, 그리고 금속 내부식성(anti-corrosive)을 갖는 용액의 혼합 용액을 사용한다. 이로써, 포토레지스트 패턴을 제거할 수 있고, 동시에 금속 배선의 부식을 방지하면서 폴리머 및 자연 산화막을 제거할 수 있다.

Description

콘택홀 세정 방법{METHOD FOR CLEANING CONTACT HOLE}

본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 콘택홀(contact) 형성을 위한 식각 공정 후 수행되는 콘택홀 세정 방법에 관한 것이다.

반도체 장치가 고집적화 됨에 따라, 칩(chip)의 크기가 증가되고 있고, 이에 따라 생산성을 증가시키기 위해 웨이퍼의 대구경화가 요구되고 있다.

웨이퍼가 대구경화 되면 설비의 크기가 증가되며 특히, 세정 설비에 있어서 세정조(cleaning bath)의 용량이 증가하게 되고, 케미컬(chemical) 양의 증가 및 폐수의 양의 증가를 초래하게 된다.

도 1은 콘택홀 형성 직후의 모습을 보여주는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 하부 도전막 예를 들어, 금속 배선(10) 상에 층간절연막(12)이 형성 된 후, 상기 층간절연막(12) 상에 콘택홀 형성 마스크로서 포토레지스트 패턴(14)이 형성된다.

상기 포토레지스트 패턴(14)을 마스크로 사용하여 상기 금속 배선(10)의 일부가 노출되도록 상기 층간절연막(12)이 건식 식각 되어 콘택홀(16)이 형성된다.

이때, 상기 콘택홀(16)의 하부에 자연 산화막(native oxide)(18)이 성장되고, 상기 콘택홀(16)의 내벽에 폴리머(polymer)(20)가 부착된다.

후속 공정으로, 상기 포토레지스트 패턴(14)을 제거하는 공정이 수행된다.

도 2는 상기 포토레지스트 패턴(14)이 건식 공정인 애싱(ashing) 공정으로 제거된 모습을 보여준다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 애싱 공정만으로는 상기 폴리머(20)가 제거되지 않으며, 상기 폴리머(20)가 애싱 공정 후 상기 층간절연막(12)의 상부까지 확장된다.

따라서, 후속 공정으로 상기 포토레지스트 패턴(14)을 습식 식각 하는 공정이 수행된다. 이때, 상기 폴리머(20)도 함께 제거된다.

상기 포토레지스트 패턴(14)을 제거하기 위한 습식 식각 공정은 주로 SPM(H2SO4와 H2O2의 혼합 용액)을 사용하여 수행된다. 특히, 금속 공정 이후 수행되는 포토레지스트 패턴(14)을 제거하는 공정은 금속의 부식(corrosion)을 방지하면서 금속 식각시 발생되어 부착된 폴리머(20)를 제거하기 위해서 이 분야에서 잘 알려진 EKC(hydroxyle amine + cathacol(chelating agent)+ dyamino-etoxy-ethanol + D.I water의 혼합 용액) 케미컬 또는 SMC(NH4OH + CH3COOH + D.I water의 혼합 용액) 케미컬을 사용하여 수행되고 있다.

그러나, 상기 SPM을 사용하는 세정 공정의 경우, 140℃ 이상의 고온 공정이 요구되므로 위험성(작업자의 안전 문제)이 매우 높고, 또한 설비의 열화(설비의 부식) 및 환경 오염 문제를 초래하게 된다. 특히, 세정조의 용량이 증가하는 추세를 감안할 때 SPM과 같은 용액이 다량 사용되는 것은 바람직하지 못하다.

또한, 상기 EKC 또는 SMC 케미컬을 사용하는 세정 공정의 경우, 금속의 부식을 방지하면서 폴리머를 제거하는 조건이 요구되나, 폴리머 제거 능력을 증가시키면 금속 배선의 부식이 많이 발생되는 등 현재까지 적절한 조건의 설정이 어려운 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 포토레지스트 패턴을 제거함과 동시에, 금속 배선의 부식을 방지하면서 폴리머 및 자연 산화막을 제거할 수 있는 콘택홀 세정 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 콘택홀 형성 직후의 모습을 보여주는 단면도;

도 2는 애싱 공정(ashing process)으로 포토레지스트 패턴이 제거된 모습을 보여주는 단면도; 및

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 콘택홀 세정 형성 공정 후의 모습을 보여주는 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 금속 배선12 : 층간절연막

14 : 포토레지스트 패턴16 : 콘택홀

18 : 자연 산화막20 : 폴리머

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 콘택홀 세정 방법은, 포토레지스트 패턴(photoresist pattern)을 마스크(mask)로 사용하여 금속 배선(metal line) 상에 절연막을 식각 하여 콘택홀(contact hole)을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴, 상기 콘택홀의 하부에 발생된 자연 산화막(native oxide layer), 그리고 상기 절연막 식각시 발생되어 상기 콘택홀의 내벽에 부착된 폴리머(polymer)를 동시에 제거하는 콘택홀 세정 방법에 있어서, 상기 콘택홀을 세정하되, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하기 위한 용액, 자연 산화막 및 폴리머를 제거하기 위한 용액, 그리고 상기 금속 배선의 부식을 방지하는 내부식성(anti-corrosive) 용액의 혼합 용액을 사용하여 세정한다.

이 방법의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 콘택홀 세정 공정 전에 애싱(ashing) 공정으로 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.

(실시예)

이하, 도 1 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 3에 있어서, 도 1의 콘택홀의 구성 요소와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.

본 발명은 콘택홀 형성 마스크인 포토레지스트 패턴과, 콘택홀 하부의 자연 산화막 및 콘택홀 내벽의 폴리머를 동시에 제거한다. 이를 위해, 포토레지스트 패턴을 제거하기 위한 용액, 자연 산화막 및 폴리머를 제거하기 위한 용액, 그리고 금속 내부식성(metal anti-corrosive)을 갖는 용액을 혼합한 용액을 사용한다. 이로써, 포토레지스트 패턴을 제거할 수 있고, 동시에 금속 배선의 부식을 방지하면서 폴리머 및 자연 산화막을 제거할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 신규한 콘택홀 세정 방법은, 도 1에서와 같이 포토레지스트 패턴(14)을 마스크로 사용하여 금속 배선(10)의 일부가 노출되도록 층간절연막(12)이 식각 되어 콘택홀(16)이 형성된 후, 상기 포토레지스트 패턴(14)이 애싱(ashing) 공정으로 제거된다. 이때, 상기 콘택홀(16)의 하부에 자연 산화막(18)이 성장되고, 상기 콘택홀(16)의 내벽에 폴리머(20)가 부착된다.

본 발명은 상기 애싱 공정으로 제거되지 않은 포토레지스트 패턴(14), 자연 산화막(18), 그리고 폴리머(20)를 한꺼번에 제거하는 신규한 콘택홀 세정 방법을 제시한다.

이때, 상기 폴리머(20)는 표면 몰포로지(surface morphology)를 거칠게 만들고, 단락(short) 및 고저항(high resistance)을 유발하므로 필히 제거되어야 한다.

이를 위해, 콘택홀 세정 용액은 포토레지스트 패턴(14)을 제거하기 위한 용액, 자연 산화막(18) 및 폴리머(20)를 제거하기 위한 용액, 그리고 금속에 대해 내부식성을 갖는 용액의 혼합 용액이 사용된다.

예를 들어, 상기 포토레지스트 패턴(14)을 제거하기 위한 용액은 오존(ozone) 가스를 D.I 워터(deionized water) 내에 용해시킨 10ppm 이상의 용액이고, 상기 자연 산화막(18) 및 폴리머(20)를 제거하기 위한 용액은 HF 및 HBF4 등의 부식 케미컬 중 적어도 어느 하나가 된다. 상기 오존 용액이 세정 용액의 베이스(base)로 사용되고, 상기 부식 케미컬이 첨가제(additive)로 사용된다.

이때, 상기 혼합 용액을 사용하여 콘택홀(16)을 세정하는 공정은 상온에서 수행된다.

상기 자연 산화막(18) 및 폴리머(20)를 제거하기 위한 용액인 HF 및 HBF4는 1wt% 내지 50wt%의 범위 내로 사용되고, 이는 전체 세정 용액의 0.1vol% 내지 10vol% 범위를 갖는다.

이와 같이, 통상적으로 F기를 포함하는 케미컬을 사용할 때 폴리머(20)는 용이하게 제거되나, 반대로 금속 배선(10)의 부식이 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 상기 내부식성을 갖는 용액이 사용되며, 이 용액은 인산(phosphoric acid; H3PO4), 초산(acetic acid; CH3COOH), 그리고 IPA 등의 케미컬 중 적어도 어느 하나가 된다.

상기 인산은 1wt% 내지 85wt%의 범위 내로 사용되고, 이는 전체 세정 용액의 30vol% 이상이 된다. 상기 초산은 1wt% 내지 50wt%의 범위 내로 사용되고, 이는 전체 세정 용액의 10vol% 이상이 된다. 그리고, 상기 IPA는 1wt% 내지 99wt%의 범위 내로 사용되고 이는 전체 세정 용액의 30vol% 이상이 된다.

상술한 바와 같은 세정 용액을 사용하여 콘택홀 세정 공정을 수행한 결과, 포토레지스트 패턴(14), 자연 산화막(18), 그리고 폴리머(20)가 모두 제거되어 도 3에서와 같이, 깨끗이 세정된 콘택홀(16)이 완성된다.

한편, 상기 세정조 내에 메가소닉(megasonic)을 장착하여 포토레지스트 패턴(14) 등의 유기물 제거 능력을 증가시킬 수 있다.

본 발명은 콘택홀 세정 용액으로서, 포토레지스트 패턴을 제거하기 위한 용액, 자연 산화막 및 폴리머를 제거하기 위한 용액, 그리고 금속 내부식성을 갖는 용액의 혼합 용액을 사용함으로써, 애싱 공정으로 제거되지 않은 포토레지스트 패턴을 제거할 수 있고, 동시에 금속 배선의 부식을 방지하면서 폴리머 및 자연 산화막을 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims

포토레지스트 패턴(photoresist pattern)(14)을 마스크(mask)로 사용하여 금속 배선(metal line)(10) 상에 형성된 절연막(12)을 식각 하여 콘택홀(contact hole)(16)을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴(14), 상기 콘택홀(16)의 하부에 성장된 자연 산화막(native oxide layer)(18), 그리고 상기 절연막(12) 식각시 발생되어 상기 콘택홀(16)의 내벽에 부착된 폴리머(polymer)(20)를 동시에 제거하는 콘택홀 세정 방법에 있어서,

상기 콘택홀(16)을 세정하되, 상기 포토레지스트 패턴(14)을 제거하기 위한 용액, 자연 산화막(18) 및 폴리머(20)를 제거하기 위한 용액, 그리고 상기 금속 배선(10)의 부식을 방지하는 내부식성 용액의 혼합 용액을 사용하여 세정하는 것을 특징으로 하는 콘택홀 세정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 포토레지스트 패턴(14)을 제거하기 위한 용액은, 오존(O3)을 D.I 워터(deionized water)에 용해시킨 용액인 것을 특징으로 하는 콘택홀 세정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 자연 산화막(18) 및 폴리머(20)를 제거하기 위한 용액은, HF 및 HBF4 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콘택홀 세정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 내부식성 용액은, 인산(H3PO4), 초산(CH3COOH), 그리고 IPA 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콘택홀 세정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 콘택홀 세정 공정 전에 애싱(ashing) 공정으로 상기 포토레지스트 패턴(14)을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 콘택홀 세정 방법.