KR20100036009A - 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents

반도체 소자의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조 공정 중 사용된 포토 레지스트(Photo Resist)를 제거하여 반도체 소자 특성 및 제조 수율을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 반도체 소자의 제조 공정 중 사용된 포토 레지스트를 제거하기 위한 클리닝 공정을 포함하는 반도체 소자의 제조방법에 있어서, 상기 클리닝 공정은 수산화물이 첨가된 SPM 용액을 사용하여 수행한다.

Description

반도체 소자의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 반도체 소자의 제조 공정 중 사용된 포토 레지스트를 제거하여 반도체 소자 특성 및 제조 수율을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조함에 있어서, 콘택홀을 포함한 각종 패턴들은 포토 리소그라피 공정을 통해 형성된다. 이러한 포토 리소그라피 공정은, 크게, 식각 대상층 상에 포토 레지스트를 도포하는 공정과, 상기 포토 레지스트를 선택적으로 노광하여 포토 레지스트 패턴을 형성하는 공정 및 상기 포토 레지스트 패턴을 마스크로 사용해서 식각 대상층을 식각하는 공정을 포함한다. 상기 포토 레지스트는 유기물 화합물로서, 탄소를 기초로 하는 고분자 폴리머로 이루어져 있다.
일반적으로, 반도체 소자의 제조시 사용된 포토 레지스트는 H2SO4 용액과 H2O2의 혼합 용액인 SPM(Sulfuric Acid Perioxide Mixture) 용액을 사용하는 클리닝 공정을 통해 제거 가능하다. 상기 클리닝 공정은, 예컨대, H2SO4:H2O2가 3:1∼4:1의 비율로 혼합된 SPM 용액을 사용하여 90∼130℃ 정도의 온도 조건에서 진행한다.
다음은, 상기 SPM 용액을 사용하여 포토 레지스트를 제거하는 과정의 반응식이다.
H2SO4 + H2O2 → H2SO5 + H2O
H2SO5 + 탄소 화합물→ CO2 + H2SO4 + H2O
그러나, 전술한 종래 기술의 경우에는 상기 포토 레지스트가 형성된 상태에서 O2 플라즈마 처리 또는 이온주입 공정이 수행되기 때문에, 상기 SPM 용액을 사용하는 클리닝 공정을 통해 포토 레지스트를 완전히 제거할 수 없다.
구체적으로, 상기 O2 플라즈마 처리가 수행된 포토 레지스트는 산소 고리를 갖는 탄소기를 포함하며, 이로 인해, 전술한 종래 기술의 경우에는 일반적인 SPM 용액을 사용하는 클리닝 공정을 통해 상기 포토 레지스트의 완전한 제거가 불가능한 것이다.
또한, 상기 이온주입 공정이 수행된 포토 레지스트는, 상기 이온주입 공정에 의해 결합구조가 깨져 이웃하는 다른 분자와 교차 결합하여 그 특성이 변하게 된다. 게다가, 상기 이온주입 공정이 수행된 포토 레지스트는, 수용액 상태에서 비어 있던 작용기에 다른 분자, 예컨대, 산소 분자가 결합하여 변형체가 형성된다. 이러한 포토 레지스트의 특성 변화는 이온주입 공정시 사용되는 도펀트의 원자량, 도우즈 및 에너지가 높을수록 더욱 심화된다.
이와 같이, 전술한 종래 기술의 경우에는 일반적인 SPM 용액을 사용하는 클리닝 공정을 통해 포토 레지스트를 완전히 제거할 수 없으며, 그 결과, 포토 레지 스트 잔류물이 발생되어 후속 이온주입 공정이나 패터닝 공정시 불량을 야기하여 반도체 소자의 제조 수율이 저하된다.
이에, 상기 포토 레지스트를 제거하기 위해, 산화막에 식각 특성을 갖는 BOE(Buffered Oxide Etchant) 용액을 SPM 용액과 함께 사용하는 방법이 제안된 바 있다.
하지만, 이 경우에는 상기 BOE 용액에 의해 산화막의 손실이 발생되어 반도체 소자의 특성 및 신뢰성이 저하된다. 특히, 최근에는 반도체 소자의 고집적화 추세에 부합하여 이온주입 공정시 사용되는 도펀트의 원자량, 도우즈 및 에너지가 높아짐에 따라, 상기 BOE 용액의 처리 시간이 증가되었으며, 이로 인해, BOE 용액으로 인한 산화막의 손실이 더욱 심화되었다.
본 발명은 반도체 소자의 제조 공정 중 사용된 포토 레지스트를 제거할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 하여 반도체 소자의 특성 및 신뢰성을 개선함과 아울러 제조 수율을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 반도체 소자의 제조 공정 중 사용된 포토 레지스트를 제거하기 위한 클리닝 공정을 포함하는 반도체 소자의 제조방법에 있어서, 상기 클리닝 공정은 수산화물이 첨가된 SPM 용액을 사용하 여 수행한다.
상기 클리닝 공정은 상기 포토 레지스트가 O2 플라즈마 처리 또는 이온주입 공정으로 인해 변성된 상태에서 수행한다.
상기 수산화물은 상기 SPM 용액이 담긴 배쓰 내에 NH3 가스를 공급하는 방식을 통해 첨가된다.
상기 수산화물은 상기 SPM 용액 내에 NH4OH 수용액을 첨가하는 방식으로 첨가된다.
상기 SPM 용액은 H2SO4:H2O2가 4:1∼10:1의 비율로 혼합된 용액이다.
상기 클리닝 공정은 150∼200℃의 온도 조건으로 수행한다.
본 발명은 반도체 소자의 제조시 사용된 포토 레지스트를 수산화물이 첨가된 SPM 용액을 사용하는 클리닝 공정을 통해 제거함으로써, 상기 포토 레지스트 잔류물 없이 완전히 제거할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 후속 공정시 상기 포토 레지스트 잔류물로 인해 유발되는 불량을 방지하여 반도체 소자의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 포토 레지스트를 완전히 제거하기 위해 BOE 용액을 사용할 필요가 없으므로, 상기 BOE 용액으로 인해 발생되는 산화막의 손실을 방지할 수 있으며, 이를 통해, 반도체 소자 특성 및 신뢰성을 개선할 수 있다.
본 발명은, 반도체 소자의 제조시 진행되는 O2 플라즈마 처리 또는 이온주입 공정으로 인해 변성된 포토 레지스트를 수산화물이 첨가된 SPM 용액을 사용하는 클리닝 공정을 통해 제거한다. 여기서, 상기 클리닝 공정은 150℃ 이상의 고온에서 수행한다.
이렇게 하면, 상기 클리닝 공정시 발생된 H2O2에 의해 반도체 기판의 표면이 산화되고, 상기 SPM 용액에 첨가된 수산화물의 라디칼로 변환되어 상기 산화된 반도체 기판의 표면이 리프트-오프(Lift-off)됨에 따라, 변성된 포토 레지스트의 완벽한 제거가 가능해 진다.
구체적으로, 상기 SPM 용액 내에서 이온화되어 있던 수산화물이 고온에서 OH 라디칼로 변환되는데, 상기 OH 라디칼은 전기적으로 중성을 띠고 홀전자(원자나 분자의 오비탈에 1개의 전자가 들어 있을 경우에 그 전자를 일컫는 말)를 가지므로 반응성이 매우 크다. 특히, OH 라디칼은 극히 짧은 시간 동안만 존재하는 자유 라디칼로서, OH 자유 라디칼은 유기물에 대한 산화분해의 반응속도가 O3나 H2O2의 반응속도에 비해 상대적으로 매우 빠르므로, 탄소 화합물로 이루어진 포토 레지스트에 어택을 가해 변성된 포토 레지스트를 제거할 수 있는 것이다.
따라서, 본 발명은 수산화물이 첨가된 SPM 용액을 사용하여 포토 레지스트를 완벽히 제거할 수 있으며, 이를 통해, 반도체 소자의 특성 및 신뢰성을 개선하고 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 식각 대상층 상에 포토 레지스트를 도포한다. 상기 포토 레지스트는 유기물 화합물로서, 탄소를 기초로 하는 고분자 폴리머로 이루어져 있다. 그런 다음, 상기 포토 레지스트를 선택적으로 노광하여 포토 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 포토 레지스트 패턴을 마스크로 사용해서 식각 대상층을 식각한다. 여기서, 상기 포토 레지스트 패턴은, 반도체 소자의 제조 과정 중에 진행되는 O2 플라즈마 처리 또는 이온주입 공정이 수행되어 변성된 상태이다.
그리고 나서, 반도체 소자의 제조시 사용된 포토 레지스트 패턴을 제거하기 위한 클리닝 공정을 수행한다. 상기 클리닝 공정은 수산화물이 첨가된 SPM 용액을 사용하여 수행하며, 상기 수산화물은 수용액 내에서 염기성을 띠는 기체, 또는, 비금속 염기성 수산화물을 포함한다. 예컨대, 상기 수용액 내에서 염기성을 띠는 기체는 NH3 가스이고, 비금속 염기성 수산화물은 NH4OH 수용액이다. 그리고, 상기 SPM 용액은 H2SO4:H2O2가 4:1∼10:1의 비율로 혼합된 용액이다.
상기 SPM 용액에 수산화물로서 NH3 가스를 첨가하는 경우, 상기 수산화물의 첨가는 SPM 용액이 담긴 배쓰 내에 NH3 가스를 공급하여 수행한다. 또한, 상기 SPM 용액에 수산화물로서 NH4OH 수용액을 첨가하는 경우, 상기 수산화물의 첨가는, SPM 용액 내에 NH4OH 수용액을 첨가하여 수행한다.
여기서, 상기 클리닝 공정은 상기 SPM 용액 내에 이온화되어 있는 수산화물이 OH 라디칼, 특히, OH 자유 라디칼로 변환되도록 150℃ 이상의 고온, 바람직하게, 150∼200℃의 온도 조건으로 수행한다. 이렇게 하면, OH 자유 라디칼의 높은 반응 속도로 인해 포토 레지스트에 어택이 가해지므로, 변성된 포토 레지스트를 완전히 제거할 수 있다.
도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 포토 레지스트의 제거 과정을 설명하기 위한 공정별 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 포토 레지스트 패턴이 형성된 반도체 기판(100)에 대해 상기 포토 레지스트 패턴을 제거하기 위한 클리닝 공정을 수행한다. 상기 클리닝 공정은 수산화물이 첨가된 SPM 용액을 사용하여, 고온, 바람직하게, 150∼200℃의 온도 조건으로 수행한다. 상기 수산화물의 첨가는, 예컨대, SPM 용액이 담긴 배쓰에 NH3 가스를 공급하여 수행한다. 이렇게 하면, 아래의 반응식에 따라 공기 중의 NH3 가스가 H2O에 용해된다.
NH3(g) + H2O(aq) → NH4 + OH-
또한, 상기 수산화물의 첨가는 SPM 수용액 내에 직접 NH4 수용액을 첨가하는 방식으로 수행하는 것도 가능하다.
여기서, 상기 SPM 용액에 의한 포토 레지스트의 제거 과정에 대한 반응식은 다음과 같다.
H2SO4 + H2O2 → H2SO5 + H2O
H2SO5 + 탄소 화합물→ CO2 + H2SO4 + H2O
이때, 상기 클리닝 공정시 미처 제거되지 못한 포토 레지스트 잔류물(A)이 발생되며, 또한, 반응하고 남은 일부 H2O2가 반도체 기판(100)의 표면을 산화시켜 산화막(110)이 형성된다.
도 1b를 참조하면, 고온에서 수행되는 상기 클리닝 공정시 SPM 용액 내에 이온화되어 있던 수산화물이 OH 자유 라디칼로 변환된다. 상기 OH 자유 라디칼은 반응성이 매우 높은 바, 그래서, 탄소 화합물로 이루어진 포토 레지스트에 어택을 가할 수 있다. 그 결과, 반도체 기판(100) 표면 상의 산화막(110)과 포토 레지스트 잔류물(A)이 함께 리프트-오프되므로, 본 발명은 변성된 포토 레지스트까지도 완벽하게 제거할 수 있다.
다음은, 탄소 화합물로 이루어진 포토 레지스트 잔류물이 OH 자유 라디칼에 의해 제거되는 과정을 보여주는 반응식이다.
CHx + OH* → C* + H2O
CHx : 탄소 화합물/* : 라디칼
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에서는 반도체 소자의 제조시 사용되어 변성된 포토 레지스트를 제거하기 위한 클리닝 공정을 수산화물이 첨가된 SPM 용액을 사용하여 수행함으로써, 상기 변성된 포토 레지스트를 완벽하게 제거할 수 있 다. 따라서, 본 발명은 상기 포토 레지스트 잔류물로 인해 후속 식각 및 이온주입 공정시 유발되는 불량을 방지할 수 있으며, 이를 통해, 반도체 소자의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 포토 레지스트 잔류물을 제거하기 위해 산화막 식각 특성을 갖는 BOE 용액을 사용할 필요가 없으므로, 상기 클리닝 공정시 소망하지 않는 반도체 기판 부분에서의 산화막 손실을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 반도체 소자의 특성 및 신뢰성을 효과적으로 개선할 수 있다.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.
도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 포토 레지스트의 제거 과정을 설명하기 위한 공정별 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 반도체 기판 110 : 산화막
A : 포토 레지스트 잔류물

Claims (6)

  1. 반도체 소자의 제조 공정 중 사용된 포토 레지스트를 제거하기 위한 클리닝 공정을 포함하는 반도체 소자의 제조방법에 있어서,
    상기 클리닝 공정은 수산화물이 첨가된 SPM 용액을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 클리닝 공정은 상기 포토 레지스트가 O2 플라즈마 처리 또는 이온주입 공정으로 인해 변성된 상태에서 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수산화물은 상기 SPM 용액이 담긴 배쓰 내에 NH3 가스를 공급하는 방식으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수산화물은 상기 SPM 용액 내에 NH4OH 수용액을 첨가하는 방식으로 첨가되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 SPM 용액은 H2SO4:H2O2가 4:1∼10:1의 비율로 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 클리닝 공정은 150∼200℃의 온도 조건으로 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
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