KR20030052168A - 반도체 소자의 금속 배선 패턴 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 상에 형성된 금속층을 플라즈마 에칭 공정으로 식각하여 메탈라인을 형성하는 반도체 소자의 금속 배선 패턴방법을 개시한 것으로, 기판 상의 층간 절연막 위에 하부 베리어 금속층, 금속층, 상부 베리어 금속층 및 포토레지스트를 형성한 후 마스크를 이용하여 포토레지스트를 패터닝하는 단계와; 감광막을 마스크로 이용하여 하부 베리어 금속층, 금속층 및 상부 베리어 금속층을 플라즈마 에칭 공정으로 식각하는 단계와; 인-슈츠(In-Situ)로 플라즈마 에칭 공정 시 불소(Fluorine)기를 주성분으로 하는 플라즈마를 형성시켜서 불소 라디칼의 화학 반응의 활성화에 의해 폴리머와 상기 포토레지스트를 제거하는 단계와; 플라즈마 에싱(Plasma Ashing) 공정으로 잔류하는 포토레지스트를 제거하는 단계와, 습식 클리닝하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 반도체 공정 중 금속층 에칭 직후 포토레지스트를 제거하기 전에 인-슈츠(In-Situ)로 플라즈마 에칭 챔버 내에서 바이어스 RF 파워를 최소한의 값을 갖도록 하여 "불소"기를 주성분으로 하는 플라즈마를 형성시켜서 이온에칭은 억제되고 불소 라디칼의 화학 반응은 활성화되어 폴리머를 손쉽게 제거할 수 있다. 또한, 후속 공정인 습식 클리닝 공정을 단순화 할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 금속 배선 패턴방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 공정 중 금속층 에칭 직후 포토레지스트를 제거하기 전에 인-슈츠(In-Situ)로 플라즈마 에칭 챔버 내에서 폴리머를 손쉽게 제거할 수 있는 반도체 소자의 금속 배선 패턴방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서, 기판자체 혹은 동 기판상의 박막에 패턴을 형성하기 위해 이방성 에칭이 실시되고 있다.
일반적으로 이방성 에칭방법으로는 플라즈마 에칭방법을 많이 이용하는데, 특히 메탈 라인을 원하는 프로파일로 에칭하기 위해 에칭가스인 염소가스(Cl2)와 측벽 보호용인 염화붕소(BCl3)와 기타 폴리머 가스인 CHF3나 N2가스를 사용하여 패터닝한다.
도 1은 종래의 메탈라인 이방성 에칭 공정단면도로서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 기판 상의 층간 절연막(1) 위에 하부 베리어 금속층(2), 금속층(3), 상부 베리어 금속층(4) 및 포토레지스트(5)를 형성한 후 마스크를 이용하여 포토레지스트(5)를 패터닝한다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 감광막을 마스크로 이용하여 하부 베리어 금속층(2), 금속층(3) 및 상부 베리어 금속층(4)을 플라즈마 에칭방법으로 원하는 프로파일로 에칭한다.
이때, 금속층이 식각되면서 폴리머(6)가 발생되고, 발생된 폴리머(6)는 금속층 (4)및 포토레지스트(5)의 겉표면에 달라붙는다.
이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 마스크로 사용된 포토레지스트(5)를 플라즈마 에싱(Plasma Ashing) 공정으로 제거한다.
한편, 폴리머(6)는 금속성분으로 이루어져 있기 때문에 플라즈마 에싱 공정에 의해 완전히 제거되지 못하므로 이를 제거하기 위해 도 1d에 도시된 바와 같이케미컬로 폴리머(6)를 제거하는 습식 클리닝(Wet Cleaning) 공정이 불가피하고 아주 딱딱하게 변한 폴리머(6)를 제거하기에는 아주 어렵고 고가의 비용이 추가되며, 생산성이 떨어진다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래의 단점을 해소하기 위한 것으로, 반도체 공정 중 금속층 에칭 직후 포토레지스트를 제거하기 전에 인-슈츠(In-Situ)로 플라즈마 에칭 챔버 내에서 바이어스 RF 파워를 최소한의 값을 갖도록 하여 불소기를 주성분으로 하는 플라즈마를 형성시켜서 이온에칭은 억제되고 불소 라디칼의 화학 반응은 활성화되어 폴리머를 제거할 수 있는 반도체 소자의 금속층 패턴방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판 상에 형성된 금속층을 플라즈마 에칭 공정으로 식각하여 메탈라인을 형성하는 반도체 소자의 금속 배선 패턴방법에 있어서, 기판 상의 층간 절연막 위에 하부 베리어 금속층, 금속층, 상부 베리어 금속층 및 포토레지스트를 형성한 후 마스크를 이용하여 포토레지스트를 패터닝하는 단계와; 상기 감광막을 마스크로 이용하여 하부 베리어 금속층, 금속층 및 상부 베리어 금속층을 플라즈마 에칭 공정으로 식각하는 단계와; 인-슈츠(In-Situ)로 상기 플라즈마 에칭 공정 시 불소(Fluorine)기를 주성분으로 하는 플라즈마를 형성시켜서 불소 라디칼의 화학 반응의 활성화에 의해 폴리머와 상기 포토레지스트를 제거하는 단계와; 플라즈마 에싱(Plasma Ashing) 공정으로 잔류하는 포토레지스트를 제거하는 단계와, 습식 클리닝하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1은 종래 기술에 반도체 소자의 금속 배선 패턴방법을 도시한 공정단면도,
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 패턴방법을 도시한 공정단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : 층간 절연막 12 : 하부 베리어 금속층
13 : 금속층 14 : 상부 베리어 금속층
15 : 포토레지스트 16 : 폴리머
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속 배선 패턴방법을 도시한 공정단면도이다.
도 2a는 기판 상의 층간 절연막(11) 위에 하부 베리어 금속층(12), 금속층(13), 상부 베리어 금속층(14) 및 포토레지스트(15)를 형성한 후 마스크를 이용하여 포토레지스트(15)를 패터닝한 상태의 공정단면도이다.
도 2b는 상기 포토레지스트(15)를 마스크로 이용하여 하부 베리어 금속층(12), 금속층(13) 및 상부 베리어 금속층(14)을 플라즈마 에칭 공정으로 원하는 프로파일로 에칭한 상태의 공정 단면도이다.
전술한 바와 같이, 이 때 금속층들(12,13,14)이 식각되면서 폴리머(16)가 발생되고, 발생된 폴리머(16)는 금속층들(12,13,14) 및 포토레지스트(15)의 겉표면에 달라붙는다.
따라서, 본 발명에 따르면 인-슈츠(In-Situ)로 플라즈마 에칭 공정 시 불소(Fluorine)기를 주성분으로 하는 플라즈마를 형성시켜서 불소 라디칼의 화학 반응의 활성화에 의해 폴리머(16)와 상기 포토레지스트(15)를 제거하는 것을 특징으로 한다.
도 2c는 본 발명에 따라 인-슈츠로 폴리머와 포토레지스트를 제거한 상태의 공정 단면도이다.
이 단계는 금속층들(12,13,14)의 식각 공정 중에 발생된 폴리머(16)를 인-슈츠로 제거하는 것으로, 포토레지스트(15)를 제거하기 이전에 수행되는데 실질적으로 이 단계에서 포토레지스트(15)도 함께 제거된다.
폴리머(16)를 제거하기 위해서는 불소(Fluorine)기 즉 "불소(F)" 라디칼을 주성분으로 하는 플라즈마를 형성시켜서 순전히 화학 반응에 의하여 폴리머(16)를 에칭하는 방식으로 이온 에칭은 가급적 억제해야 한다.
이를 위해 플라즈마 에칭 챔버의 소스 RF 파워와 바이어스 RF 파워를 각각 독립적으로 제어해야 한다. 소스 RF 파워는 플라즈마를 발생하고 유지하는 역할을 하며, 바이어스 RF 파워는 웨이퍼 표면에 쉬스(Sheath)가 크게 형성되게 즉, 이온 에칭을 할 수 있도록 전기적으로 DC 바이어스가 형성되게 하여 이온들이 수직으로 웨이퍼로 향하게 방향성을 주는 역할을 한다.
따라서, 폴리머(16)를 제거하기 위해서는 이온의 방향에 크게 영향을 주는 바이어스 RF 파워를 "0"으로 하여 진행하던지 불기피 할 경우에는 최소한의 값만 가지고 공정이 진행되는 것이 바람직하다.
또한, 이온 에칭에 의한 층간 절연막(11)인 옥사이드(SiO2) 박막에 손상을 주어 소자에 나쁜 영향을 끼치므로 소스 RF 파워로만 플라즈마를 형성하고 바이어스 RF 파워를 사용하기 위해서는 이온 에칭을 거의 하지 않는 수준으로, 즉폴리머(16)와 층간 절연막(11)인 옥사이드와의 선택비를 최대한으로 할 수 있도록 바이어스 RF 파워는 최소한의 값을 사용해야 한다.
예를 들면, 본 발명의 바람직한 폴리머(16) 제거 공정 조건은 소스 RF 파워 : 1천∼300 와트(Watt), 바이어스 RF 파워 : 0∼50 와트를 유지하는 것이 바람직하며, 공정 압력은 라디칼에 의한 화학 반응이므로 높은 기체밀도가 유지할 수 있도록 수십∼수백 밀리토르(mTorr)가 적당하다. 공정 온도는 40∼150℃를 유지한다.
한편, 본 발명에 따른 폴리머(16) 제거 공정에 사용되는 기체는 CF4와 같은 불소 함량 기체 등과 함께 산소(O2) 기체를 사용하면 탄소(C)와 산소(O2)가 결합하여 "불소"기 라디칼을 대량으로 생산하여 플라즈마가 활성화된다.
이와 같은 본 발명에 따른 폴리머(16) 제거 공정은 메탈라인 형성 중에 발생하는 많은 폴리머(16)를 인-슈츠로 제거하면서 포토레지스트(15)도 함께 제거되므로 후속 공정으로 플라즈마 에싱(Plasma Ashing) 공정으로 잔류하는 포토레지스트(15)를 제거하는 공정과 습식 클리닝하는 공정을 수행한다.
이처럼 인-슈츠로 폴리머를 제거하면 포토레지스트(15) 제거 공정을 별도로 수행할 필요가 없으므로 에싱 공정이 단순화되며, 종래기술에 실질적으로 폴리머(16)를 제거하는 습식 클리닝 공정이 본 발명에서는 이미 인-슈츠로 제거된 상태이므로 공정 시간 및 케미컬 사용량이 현저하게 줄어들게 된다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 반도체 공정 중 금속층 에칭 직후 포토레지스트를 제거하기 전에 인-슈츠(In-Situ)로 플라즈마 에칭 챔버 내에서 바이어스 RF 파워를 최소한의 값을 갖도록 하여 "불소"기를 주성분으로 하는 플라즈마를 형성시켜서 이온에칭은 억제되고 불소 라디칼의 화학 반응은 활성화되어 폴리머를 손쉽게 제거할 수 있다. 또한, 후속 공정인 습식 클리닝 공정을 단순화 할 수 있다.
Claims (7)
- 기판 상에 형성된 금속층을 플라즈마 에칭 공정으로 식각하여 메탈라인을 형성하는 반도체 소자의 금속 배선 패턴방법에 있어서,기판 상의 층간 절연막 위에 하부 베리어 금속층, 금속층, 상부 베리어 금속층 및 포토레지스트를 형성한 후 마스크를 이용하여 포토레지스트를 패터닝하는 단계와;상기 감광막을 마스크로 이용하여 하부 베리어 금속층, 금속층 및 상부 베리어 금속층을 플라즈마 에칭 공정으로 식각하는 단계와;인-슈츠(In-Situ)로 상기 플라즈마 에칭 공정 시 불소(Fluorine)기를 주성분으로 하는 플라즈마를 형성시켜서 불소 라디칼의 화학 반응의 활성화에 의해 폴리머와 상기 포토레지스트를 제거하는 단계와;플라즈마 에싱(Plasma Ashing) 공정으로 잔류하는 포토레지스트를 제거하는 단계와,습식 클리닝하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 금속 배선 패턴방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 폴리머 제거하는 공정의 소스 RF 파워는 1천 내지 3000 와트(Watt)의 범위인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 패턴방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 폴리머 제거하는 공정의 바이어스 RF 파워는 0 내지 50 와트의 범위인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 패턴방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 폴리머 제거하는 공정의 압력은 수십 내지 수백 밀리토르(mTorr)인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 패턴방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 폴리머 제거하는 공정의 온도는 40 내지 150℃인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 패턴방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 폴리머 제거하는 공정에 불소 함량 기체와 산소(O2) 기체를 함께 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 패턴방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 불소 함량 기체가 CF4인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 금속 배선 패턴방법.
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2001
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