KR20060133722A - Fabrication method for semiconductor device - Google Patents

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Abstract

A method for manufacturing a semiconductor device is provided to prevent the generation of residual defects by exhausting completely a remaining etch gas from a chamber using a heated induction gas. A semiconductor substrate with a diffusion barrier and a metal material layer is loaded into an etch chamber(402). A dry etching process is performed on the metal material layer until the diffusion barrier is exposed to the outside by using an etch gas(404). A heated induction gas is injected into the etch chamber(406). The etch gas is completely exhausted from the etch chamber by using the heated induction gas(408). The etch gas contains SF6. The induction gas contains Ar gas. The temperature of the induction gas is kept in a predetermined range of 30 to 50 ‹C.

Description

반도체 소자의 제조 방법{FABRICATION METHOD FOR SEMICONDUCTOR DEVICE}Manufacturing method of semiconductor device {FABRICATION METHOD FOR SEMICONDUCTOR DEVICE}

도 1의 (a), (b), (c)는 종래에 따라 식각 공정 후에 식각 챔버 내 잔류하는 식각 가스로 인한 일 형태의 결함을 예시한 도면,(A), (b), (c) of the prior art illustrate one form of defect due to the etching gas remaining in the etching chamber after the etching process,

도 2의 (a), (b), (c)는 종래에 따라 식각 공정 후에 식각 챔버 내 잔류하는 식각 가스로 인한 다른 형태의 결함을 예시한 도면,2 (a), 2 (b) and 2 (c) illustrate another form of defect due to the etching gas remaining in the etching chamber after the etching process according to the related art;

도 3은 본 발명에 따라 식각 공정 후에 식각 챔버 내 잔류 식각 가스를 배출하는데 적합한 식각 챔버의 구성도,3 is a configuration diagram of an etching chamber suitable for discharging residual etching gas in the etching chamber after the etching process according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따라 식각 공정 후에 식각 챔버 내 잔류 식각 가스를 배출하는 과정을 나타낸 플로우차트,4 is a flowchart illustrating a process of discharging the residual etching gas in the etching chamber after the etching process according to the present invention;

도 5의 (a), (b)는 본 발명에 따라 식각 공정 후에 식각 챔버 내 잔류 식각 가스를 배출하여 결함을 방지하는 것을 예시한 도면.Figure 5 (a), (b) is a view illustrating preventing the defect by discharging the residual etching gas in the etching chamber after the etching process according to the present invention.

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 소자의 제조 과정에서 식각 챔버 내에 반도체 기판을 식각한 후에 잔류 가스를 배출하는데 적합한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor device suitable for releasing residual gas after etching the semiconductor substrate in the etching chamber during the manufacturing process of the semiconductor device.

잘 알려진 바와 같이, 플라즈마 식각 공정은 식각될 기판의 노출 부분을 형성하기 위해 상부 기판 표면 위에 마스크를 놓는 과정을 포함한다. 이 후에, 기판 혹은 여러 기판들이 식각 챔버 내에 놓여지고, 식각 챔버 내로 식각 가스가 주입되며, 이러한 공정 중에 플라즈마 내에서 반응 성분이 기판의 노출 부분과 접촉하여 금속, 유전체 또는 반도체 물질의 노출 부분을 식각한다.As is well known, the plasma etching process involves placing a mask over the upper substrate surface to form an exposed portion of the substrate to be etched. Subsequently, the substrate or substrates are placed in an etching chamber, an etching gas is injected into the etching chamber, and during this process, reactive components in the plasma contact the exposed portions of the substrate to etch the exposed portions of the metal, dielectric or semiconductor material. do.

이러한 플라즈마 식각 공정은 하나의 기판을 식각하고 난 이후에 다음 기판을 식각하는 과정에 대한 식각율의 변화가 중요하고, 이는 10% 미만이 바람직하다.In such a plasma etching process, the change in the etching rate for the process of etching the next substrate after etching one substrate is important, which is preferably less than 10%.

그리고, 식각율의 실질적인 변화는 식각 챔버의 세정 공정 후에 체크되는데, 식각 공정 도중에 식각 챔버 내 표면상에 형성된 부산물의 대부분은 식각 챔버 밖으로 배출되지만, 이같은 부산물은 휘발성 부산물의 형성을 줄이기 위해 산소 첨가제 등의 할로겐 플라즈마에 의해 실리콘 식각에 사용되는 여러 가스 성분과 반응할 수도 있다.Subsequently, a substantial change in the etching rate is checked after the cleaning process of the etching chamber. During the etching process, most of the by-products formed on the surface of the etching chamber are discharged out of the etching chamber, but such by-products are added to the oxygen additives to reduce the formation of volatile by-products. It can also react with various gas components used for etching silicon by halogen plasma of.

또한, 휘발성이 약한 성분은 식각 챔버 벽 및 내부의 노출된 표면상에 증착될 수 있고, 이러한 과정이 여러 번 지속될 경우 증착된 성분은 주요 오염원으로 형성되어 마스크나 기판 표면에 결함을 발생하게 한다.In addition, the less volatile components can be deposited on the exposed surface of the etch chamber walls and the interior, and if this process is continued several times, the deposited components form a major source of contamination, causing defects in the mask or substrate surface.

한편, 반도체 소자를 제조하는 과정에서 식각 공정은 반도체 기판 상에 TiN 등과 같은 확산방지막 및 금속 물질, 예를 들어 텅스텐(W) 등을 순차적으로 증착한 후에 이를 식각하기 위해서 식각 챔버 내에 위치시키고, 포토레지스트 패턴에 따라 반도체 기판을 확산 방지막이 드러나도록 SF6과 같은 가스를 이용하여 과도 식각 (over etch) 공정을 수행한다.Meanwhile, in the process of manufacturing a semiconductor device, an etching process sequentially deposits a diffusion barrier film such as TiN and a metal material, for example, tungsten (W) on a semiconductor substrate, and then places it in an etching chamber to etch it. The overetch process is performed using a gas such as SF 6 so that the diffusion barrier is exposed on the semiconductor substrate according to the resist pattern.

이 후에 확산방지막인 TiN 등과 화학 반응을 일으키지 않는 과도한 양의 SF6 가스는 플라즈마 상태에서 이온화되고, 이러한 황(S) 이온은 저온(예를 들면, 대략 23 ℃ 등)의 음전극에 따라 응축(condensation)되어 잔류물성 결함이 나타나게 된다. 예를 들면, 도 1의 (a), (b), (c)는 종래에 따라 식각 공정 후에 식각 챔버 내 잔류하는 식각 가스로 인한 일 형태의 결함을 예시한 도면이고, 도 2의 (a), (b), (c)는 종래에 따라 식각 공정 후에 식각 챔버 내 잔류하는 식각 가스로 인한 다른 형태의 결함을 예시한 도면이다.Subsequently, an excessive amount of SF 6 gas which does not cause a chemical reaction with TiN or the diffusion barrier is ionized in a plasma state, and the sulfur (S) ions are condensed according to the negative electrode at low temperature (for example, approximately 23 ° C.). This results in residual defects. For example, (a), (b) and (c) of FIG. 1 illustrate a defect of one form due to the etching gas remaining in the etching chamber after the etching process according to the related art, and FIG. , (b), (c) is a diagram illustrating another form of defect due to the etching gas remaining in the etching chamber after the etching process according to the prior art.

이와 같이 식각 공정 후에 식각 챔버 내 잔류하는 식각 가스를 완벽하게 배출해야만 한다. 하지만, 종래에는 과도한 양의 식각 가스가 식각 챔버 내에 잔류하기 때문에 잔류물성 결함이 발생하는 요인으로 작용하고, 이는 반도체 소자의 수율을 저하시키는 문제점이 있었다.As such, the etching gas remaining in the etching chamber must be completely discharged after the etching process. However, in the related art, since an excessive amount of the etching gas remains in the etching chamber, it acts as a factor in which residual defects occur, which lowers the yield of the semiconductor device.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반도체 소자의 제조 과정에서 식각 공정 후 식각 챔버 내에 가열된 유도 가스를 유입시켜 잔류 식각 가스를 완벽하게 제거할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art, the manufacturing of a semiconductor device capable of completely removing the residual etching gas by introducing a heated induction gas into the etching chamber after the etching process in the manufacturing process of the semiconductor device. The purpose is to provide a method.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 반도체 소자의 제조 과정에서 식각 챔버 내 잔류 식각 가스를 제거하여 잔류물성 결함을 방지함으로써, 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can improve the yield of the semiconductor device by removing the residual etching gas in the etching chamber in the manufacturing process of the semiconductor device to prevent residual defects.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 소자의 제조 과정에서 식각 공정 후에 잔류 가스를 제거하는 방법으로서, 식각 챔버 내에 확산방지막 및 금속 물질이 순차적으로 형성된 반도체 기판을 위치시키는 과정과, 상기 금속 물질을 상기 확산방지막이 드러나도록 식각 가스를 이용하여 건식 식각하는 과정과, 상기 건식 식각 후 상기 식각 챔버 내에 소정 온도로 가열된 유도 가스를 유입시키는 과정과, 상기 유입된 유도 가스를 이용하여 상기 식각 챔버 내에 잔류하는 식각 가스를 배출하는 과정을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a method for removing residual gas after the etching process in the manufacturing process of the semiconductor device, positioning the semiconductor substrate in which the diffusion barrier and the metal material sequentially formed in the etching chamber, and the metal material Dry etching using an etching gas to expose the diffusion barrier layer, introducing a guide gas heated to a predetermined temperature into the etching chamber after the dry etching, and using the introduced guide gas in the etching chamber. It provides a method for manufacturing a semiconductor device comprising the step of discharging the etching gas remaining in the.

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above and other objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the present invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 핵심 기술요지는, 반도체 소자의 제조 과정에서 식각 공정 후 잔류하는 식각 가스로 인해 잔류물성 결함이 발생하는 종래 방법과는 달리, 반도체 소자의 제조 과정에서 식각 챔버 내에 확산방지막 및 금속 물질이 순차적으로 형성된 반도체 기판을 위치시키고, 금속 물질을 확산방지막이 드러나도록 식각 가스를 이용하여 건식 식각한 후 식각 챔버 내에 소정 온도로 가열된 유도 가스를 유입시키고, 유입된 유도 가스를 이용하여 식각 챔버 내에 잔류하는 식각 가스를 배출한 다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.A key technical aspect of the present invention is that, unlike the conventional method in which residual defects are generated due to the etching gas remaining after the etching process in the manufacturing process of the semiconductor device, a diffusion barrier and a metal material are formed in the etching chamber during the manufacturing process of the semiconductor device. Positioning the semiconductor substrate formed sequentially, dry etching the metal material using an etching gas to expose the diffusion barrier layer, and then introduced an induction gas heated to a predetermined temperature into the etching chamber, and in the etching chamber using the introduced induction gas By discharging the remaining etching gas, it is easy to achieve the object of the present invention through this technical means.

도 3은 본 발명에 따라 식각 공정 후에 식각 챔버 내 잔류 식각 가스를 배출하는데 적합한 식각 챔버의 구성도로서, 가열기(302), 챔버(304) 및 펌핑 포트(306)를 포함한다. 또한, 도 4는 본 발명에 따라 식각 공정 후에 식각 챔버 내 잔류 식각 가스를 배출하는 과정을 나타낸 플로우차트로서, 이러한 도면들을 통해 본 발명에 따라 식각 챔버 내 잔류 식각 가스를 배출하는 반도체 소자의 제조 방법을 설명한다.3 is a schematic diagram of an etching chamber suitable for draining residual etching gas in the etching chamber after the etching process according to the present invention, including a heater 302, a chamber 304, and a pumping port 306. 4 is a flowchart illustrating a process of discharging the residual etching gas in the etching chamber after the etching process according to the present invention, and a method of manufacturing a semiconductor device for discharging the residual etching gas in the etching chamber according to the present invention through these drawings. Explain.

도 3 및 도 4를 참조하면, 먼저 확산방지막 및 금속 물질이 순차적으로 증착된 반도체 기판을 식각 챔버(304) 내 반도체 기판 척(chuck)을 통해 고정 위치시킨다(단계402). 여기에서, 확산방지막은 TiN 등을 이용하여 증착하고, 금속 물질은 텅스텐(W) 등을 이용하여 증착하게 된다.3 and 4, first, a semiconductor substrate on which a diffusion barrier and a metal material are sequentially deposited is fixedly positioned through a semiconductor substrate chuck in an etching chamber 304 (step 402). Here, the diffusion barrier is deposited using TiN, and the metal material is deposited using tungsten (W).

그리고, 도시 생략된 포토레지스트 패턴에 따라 확산방지막인 TiN이 드러나도록 금속 물질인 텅스텐(W)을 식각 가스, 예를 들어 SF6 등의 가스를 이용하여 건식 식각한다(단계404).Then, tungsten (W), which is a metal material, is dry-etched using an etching gas, for example, SF 6 , to expose TiN, which is a diffusion barrier film, according to the photoresist pattern (not shown) (step 404).

건식 식각 공정 후에 잔류하는 식각 가스를 배출하기 위해 가스 유입 라인으로 유입된 유도 가스를 가열기(302)를 통해 소정 온도로 가열시킨 후에, 이러한 유도 가스를 식각 챔버(304) 내에 유입시킨다(단계406). 여기에서, 유도 가스는 아르곤(Ar) 등의 가스가 이용되고, 30 ℃ - 50 ℃ 의 온도 범위, 바람직하게는 대략 40 ℃로 유지하여 유입된다.After the induction gas introduced into the gas inlet line is discharged to a predetermined temperature through the heater 302 to discharge the etching gas remaining after the dry etching process, the induction gas is introduced into the etching chamber 304 (step 406). . In this case, the induction gas is made of gas such as argon (Ar), and is introduced at a temperature range of 30 ° C to 50 ° C, preferably at about 40 ° C.

마지막으로, 식각 챔버(304) 내에 유입된 유도 가스를 이용하여 잔류하는 식각 가스를 펌핑 포트(306)를 통해 배출시킨다(단계408). 이러한 과정을 수행한 후 나타나는 결과는 도 5의 (a), (b)에서 도시한 바와 같다. 이러한 도면을 통해 잔류 가스에 따라 잔류물성 결함이 거의 발생하지 않음을 알 수 있다.Finally, the residual etching gas is discharged through the pumping port 306 by using the induced gas introduced into the etching chamber 304 (step 408). The result after performing this process is as shown in Fig. 5 (a), (b). It can be seen from these drawings that residual defects hardly occur according to the residual gas.

따라서, 반도체 소자의 제조 과정에서 건식 식각 공정 후에 소정 온도로 가열되어 유지되는 유도 가스를 이용하여 잔류 식각 가스를 배출시킴으로써, 식각 가스의 잔류로 인한 잔류물성 결함을 방지할 수 있다.Therefore, by discharging the residual etching gas by using the induction gas that is heated to a predetermined temperature after the dry etching process in the manufacturing process of the semiconductor device, it is possible to prevent the residual defect due to the residual of the etching gas.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 반도체 소자의 제조 과정에서 식각 공정 후 잔류하는 식각 가스로 인해 잔류물성 결함이 발생하는 종래 방법과는 달리, 반도체 소자의 제조 과정에서 식각 챔버 내에 확산방지막 및 금속 물질이 순차적으로 형성된 반도체 기판을 위치시키고, 금속 물질을 확산방지막이 드러나도록 식각 가스를 이용하여 건식 식각한 후 식각 챔버 내에 소정 온도로 가열된 유도 가스를 유입시키고, 유입된 유도 가스를 이용하여 식각 챔버 내에 잔류하는 식각 가스를 배출시킴으로써, 반도체 소자의 제조 과정에서 소정 온도로 가열되어 유지되는 유도 가스를 이용하여 식각 공정 후 잔류하는 식각 가스를 완벽하게 배출시킬 수 있다.As described above, the present invention, unlike the conventional method in which residual defects are generated due to the etching gas remaining after the etching process in the manufacturing process of the semiconductor device, the diffusion barrier film and the metal material in the etching chamber during the manufacturing process of the semiconductor device Positioning the semiconductor substrate formed sequentially, dry etching the metal material using an etching gas to expose the diffusion barrier layer, and then introduced an induction gas heated to a predetermined temperature into the etching chamber, and in the etching chamber using the introduced induction gas By discharging the remaining etching gas, it is possible to completely discharge the etching gas remaining after the etching process by using the induction gas that is heated to a predetermined temperature in the manufacturing process of the semiconductor device.

따라서, 반도체 소자의 제조 과정에서 식각 공정 후 잔류하는 식각 가스를 완벽하게 배출시킴으로써, 식각 가스로 인한 잔류물성 결함의 발생을 방지하여 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있다.Therefore, by completely discharging the etching gas remaining after the etching process in the manufacturing process of the semiconductor device, it is possible to prevent the occurrence of residual defects due to the etching gas to improve the yield of the semiconductor device.

Claims (4)

반도체 소자의 제조 과정에서 식각 공정 후에 잔류 가스를 제거하는 방법으로서,As a method of removing residual gas after the etching process in the manufacturing process of the semiconductor device, 식각 챔버 내에 확산방지막 및 금속 물질이 순차적으로 형성된 반도체 기판을 위치시키는 과정과,Positioning a semiconductor substrate in which a diffusion barrier and a metal material are sequentially formed in an etching chamber; 상기 금속 물질을 상기 확산방지막이 드러나도록 식각 가스를 이용하여 건식 식각하는 과정과,Dry etching the metal material by using an etching gas to expose the diffusion barrier layer; 상기 건식 식각 후 상기 식각 챔버 내에 소정 온도로 가열된 유도 가스를 유입시키는 과정과,Introducing a heated induction gas to a predetermined temperature into the etching chamber after the dry etching; 상기 유입된 유도 가스를 이용하여 상기 식각 챔버 내에 잔류하는 식각 가스를 배출시키는 과정Discharging the etching gas remaining in the etching chamber by using the introduced induction gas 을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법.Method for manufacturing a semiconductor device comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 식각 가스는, SF6를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The etching gas includes a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that SF6. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 유도 가스는, 아르곤(Ar) 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The induction gas includes an argon (Ar) gas. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 유도 가스는, 30 ℃ - 50 ℃ 온도 범위로 유지되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.The induction gas is maintained in a temperature range of 30 ° C-50 ° C.
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