KR20030087161A - 반도체 소자의 금속배선 상에 존재하는 잔류물 제거 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 소자의 금속배선 상에 존재하는 감광막 잔류물 또는 폴리머 잔류물을 제거하는 방법에 관한 것으로, 그 목적은 충분한 공정 여유분을 가지고 금속배선에 손상을 주지 않으면서 금속배선 상의 잔류물만을 완전하게 제거하는 데 있다. 이를 위해본 발명에 따른 금속배선 상의 잔류물 제거 방법은, 반도체 소자의 금속배선 상에 잔류물이 존재하는 구조물을 챔버 내에 투입하는 단계; 챔버 내에 아르곤(Ar) 가스를 주입하고, 소스 전극에 600~1400 W의 전력을, 바이어스 전극에는 80~200 W의 전력을 인가하고, 챔버 내의 Ar 압력을 6~15 mTorr로 하여 Ar 플라즈마를 발생시키는 단계; Ar의 유량을 60~150 sccm으로 한 상태에서 3~20 초 동안 Ar 플라즈마로 스퍼터링하여 금속배선 상의 잔류물을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

반도체 소자의 금속배선 상에 존재하는 잔류물 제거 방법 {Elimination method of residue on metal line of semiconductor device}

본 발명은 반도체 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속배선 형성과정에서 감광막 잔류물을 효과적으로 제거하는 방법에 관한 것이다.

반도체 소자가 점차 고집적화, 다층화됨에 따라 중요한 기술의 하나로 다층 배선 기술이 등장하게 되었는데, 이와 같은 다층 배선 기술은 금속 배선층과 절연막층을 회로 소자가 형성된 반도체 기판 상부에 교대로 형성되며, 절연막에 의해 분리된 금속 배선층 사이를 비아를 통해 전기적으로 접속함으로써 회로 동작이 이루어지도록 하는것이다.

일반적으로 반도체 소자의 금속배선을 형성하기 위해서는, 반도체 기판 상부의 콘택(contact) 또는 비아(via)가 형성된 절연막의 상부 전면에 금속배선층을 형성한 다음 금속배선층을 설계된 디자인으로 패터닝(patterning)하여 콘택 또는 비아와 연결되는 금속배선을 형성한다.

이 때, 금속배선층을 패터닝하는 것은, 금속배선층 상에 감광막을 도포하고 노광 및 현상하여 설계된 디자인에 따른 감광막 패턴을 형성하고, 그 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 금속배선층을 건식식각함으로써 이루어지며, 건식식각 후에는 감광막 패턴을 제거하기 위한 세정공정을 수행한다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 방법에서 세정공정을 수행한 후에도 감광막 패턴이 완전하게 제거되지 않고 잔류하는 문제점이 발생한다.

한편 반도체 소자의 고집적화에 따라 포토리소그래피 공정의 위치 정확성 향상을 위해 심자외선(DUV : deep ultraviolet)에 반응하는 감광막을 사용하는데, 이를 위해서는 금속배선 상부의 최상층에 산화막 계열의 반사방지층을 형성하여야 하며, 이후 심자외선을 이용한 감광막 패턴 형성 후에는 폴리머성 가스를 사용하여 반사방지층을 제거한다. 그러나, 이 때 사용한 폴리머성 가스는 금속배선층의 식각 후 상부 표면에 폴리머 물질이 잔류하는 원인으로 작용한다.

따라서, 종래 금속배선층의 식각 후에는 감광막 잔류물 또는 폴리머 잔류물(이하, 잔류물이라 통칭한다)이 금속배선 상의 표면에 존재하여, 금속배선 임계치수(CD : critical demension)의 정확한 측정을 방해하는 등 반도체 소자에 악영향을 미치는 문제점이 발생하였다. 특히 폴리머 잔류물에 포함된 염소(Cl) 성분은 후속공정 진행 후에도 금속배선에 악영향을 미쳐 금속배선의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.

도 1은 종래 잔류물 제거방법을 수행한 후 금속배선 상에 존재하는 잔류물을 도시한 주사전자현미경(SEM) 사진이다.

이러한 금속배선 상의 잔류물을 제거하는 공정은 크게 불소(F)를 포함하는 식각용액을 이용한 방법과 CF₄가스를 이용한 방법의 두 방법이 있다. 먼저 식각용액을 이용한 방법의 경우, 잔류물 제거를 위해 F 함량을 증가시키면 잔류물 제거 능력은 좋아지나 금속배선이 침식되거나 파이는 현상이 유발되므로 점차 F 함량을 낮추는 추세이며, 따라서 잔류물 제거능력이 떨어지는 단점이 있다.

이러한 식각용액을 이용한 방법의 단점을 보완하기 위해 대안으로 등장한 CF₄가스를 이용한 방법의 경우, 잔류물 제거 능력은 우수하나 공정 여유분이 적어서 소자가 미세해질수록 금속배선을 제거할 위험이 높아지며, 또한 식각 챔버 내의 석영 재질의 부품이 손상되기 때문에, 현재 디램(DRAM) 분야에서 일부 소자에 한정적으로 적용되고는 있으나 주문형 반도체와 같이 다양한 소자에는 적용하기 어려운 단점이 있다.

그러므로, 충분한 공정 여유분을 가지고 금속배선에 손상을 주지 않으면서 금속배선 상의 잔류물만을 완전하게 제거하는 방법이 절실히 요청되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 충분한 공정 여유분을 가지고 금속배선에 손상을 주지 않으면서 금속배선 상의 잔류물만을 완전하게 제거하는 데 있다.

도 1은 종래 잔류물 제거방법을 수행한 후 금속배선 상에 존재하는 잔류물을 도시한 주사전자현미경 사진이다.

도 2는 본 발명에 따라 금속배선 상의 잔류물을 제거한 후 금속배선의 상부 표면을 관측한 주사전자현미경 사진이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 아르곤(Ar) 가스를 이용한 스퍼터링(sputtering) 방법으로 금속배선 상의 잔류물을 제거하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속배선 상에 존재하는 잔류물의 제거방법은, 금속배선 상에 잔류물이 존재하는 구조물을 챔버 내에 투입하는 단계; 챔버 내에 아르곤(Ar) 가스를 주입하고, 소스 전극에 600~1400 W의 전력을, 바이어스 전극에는 80~200 W의 전력을 인가하고, 챔버 내의 Ar 압력을 6~15 mTorr로 하여 Ar 플라즈마를 발생시키는 단계; Ar의 유량을 60~150 sccm으로 한 상태에서 3~20 초 동안 Ar 플라즈마로 스퍼터링하여 금속배선 상의 잔류물을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명에 따른 반도체 소자의 금속배선 상에 존재하는 잔류물 제거 방법에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에서는 Ar 가스를 이용한 스퍼터링 방법으로 금속배선 상의 잔류물을 제거하며, Ar 스퍼터링 방법의 공정 조건을 최적화하였는데 이에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 반도체 기판 상부에 형성된 금속배선 상에 잔류 감광물질 또는 잔류 고분자 물질과 같은 잔류물이 존재하는 구조물을 챔버 내에 투입한다.

다음, 챔버 내에 Ar 가스를 주입한 다음, 상부의 소스 전극에 600~1400 W의 전력을 인가하여 Ar 플라즈마를 발생시키고, 하부의 바이어스 전극에는 80~200 W의 전력을 인가한다. 이 때, 챔버 내의 Ar 압력을 6~15 mTorr로 한다.

다음, Ar의 유량을 60~150 sccm으로 한 상태에서 3~20 초 동안 Ar 플라즈마로 스퍼터링하여 금속배선 상의 잔류물을 제거한다.

상기한 바와 같은 인가 전력, 챔버 내의 압력, Ar 유량 및 공정시간의 범위 내에서 Ar 스퍼터링을 수행하면 금속배선 상의 잔류물이 완전히 제거되면서 금속배선은 손상되지 않는다.

도 2는 본 발명에 따라 금속배선 상의 잔류물을 제거한 후 금속배선의 상부 표면을 관측한 주사전자현미경 사진으로, 이에 도시된 바와 같이 금속배선 상의 잔류물은 완전히 제거되었으며 금속배선은 손상되지 않았음을 확인할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에서는 Ar 스퍼터링 방법을 이용하기 때문에 챔버의 부품을 손상시키는 가스를 사용하는 일이 없다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 최적화된 공정조건으로 Ar 스퍼터링하면 금속배선 상의 잔류물이 완전히 제거되고 아울러 금속배선이 손상되지 않는 효과가 있다.

또한, 종래 CF₄가스를 이용한 방법에서 문제가 되었던 챔버의 부품 손상이 방지되는 효과가 있다.

그리고, 폴리머 잔류물이 완전히 제거되므로 금속배선의 신뢰성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 반도체 소자의 금속배선 상에 잔류물이 존재하는 구조물을 챔버 내에 투입하는 단계;

   상기 챔버 내에 아르곤(Ar) 가스를 주입하고, 소스 전극에 600~1400 W의 전력을, 바이어스 전극에는 80~200 W의 전력을 인가하고, 상기 챔버 내의 Ar 압력을 6~15 mTorr로 하여 Ar 플라즈마를 발생시키는 단계;

   상기 Ar의 유량을 60~150 sccm으로 한 상태에서 3~20 초 동안 상기 Ar 플라즈마로 스퍼터링하여 금속배선 상의 잔류물을 제거하는 단계

   를 포함하는 반도체 소자의 금속배선 상에 존재하는 잔류물 제거 방법.