KR900004053B1 - 알미늄 합금상의 포토레지스트 박리 방법 - Google Patents
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Abstract
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Description
제1(a) 내지 1(d)도는 본 발명의 방법에 의한 제조 공정의 각 단계들에서 반도체장치의 요부의 개략도.
제 2 도는 본 발명의 박리 공정단계에 사용되는 마이크로파 전력을 사용하는 건식처리장치의 개략도.
본 발명은 반도체 기파상에 형성되는 알미늄-동과 같은 알미늄 합금으로 제조된 층상에 피복된 포토레지스트를 박리시키기 위한 방법에 관한 것이다.
수 %의 실리콘을 함유하는 알미늄 또는 알미늄-실리콘 합금은 일반적으로 반도체장치상에서 상호연결층으로 사용되어 왔다. 그러나, 집적도를 크게 함으로써 그에따라 그를 통해 소요되는 고밀도의 전류를 흘려줄 수 있도록 고속 ECL(에미러결합논리)에 대해서는 4μm 또는 MOS(금속산화 반도체)에 대해서는 1μm정도로 아주 미세한 상호연결이 필요한 반도체 장치내에서 특히 전자이동에 의해 상호연결층이 파괴될 수있음은 공지되어 있다. 상호연결층의 이러한 전자이동을 방지하기 위해, 2 내지 4%의 동을 함유하는 알미늄-동은 특히, 고속논리회로 또는 바이폴라 장치와 같은 고전류-밀도가 취급되는 곳에서 사용되어 왔다. 그러나, 알미늄-동 합금은 그내에 염소성분이 잔유하는 문제점을 갖고 있다.
알미늄 또는 알미늄 합금층이 염소(이후 Cl2로서 칭함), 실리콘 테트라클로라이드(이후, SiCl4로 칭함)또는 보론 트리-클로라이드(BCl3)의 혼합물과 같은 염소화 가스에 의해 플라즈마 건식식각될때, 잔유염소문제의 메카니즘은 다음과 같다.
Al+C1*→ AlCl3↑, Al2Cl6↑
여기서, Cl*는 플라즈마내에 발생된 염소기를 나타내며, ↑는 승화를 나타낸다.알미늄 Al은 C1*과 반응하여 AlCl3또는 Al2Cl6를 생성시킨다음 승화하고, 그다음 알미늄은 연속식각된다. 식각처리 기관이 대기중에 취출될때, 알리늄층의 측벽의 표면상에 또는 포토레지스트상에 승화되어 증착되는 AlCl3등은 대기중의 수분과 반응한다.
왜냐하면, AlCl3는용해성이기 때문이다. 따라서, 염산(HCl)등은 다음 식으로 보인 바와같이 그위에 생성된다.
AlCl3+3H2O → 3HCl+Al(OH)3
그다음, HCl은 다음과 같이 다시 AlCl3을 생성시키도록 A1과 반응한다.
따라서, 반응은 반복적으로 계속된다. 다시말하여, 알미늄층의 부식도 상응하여 계속된다. 이러한 부식을 방지하기 위하여 후술되는 절차들의 하나이상의 조합이 건식식각 공정후 알미늄, 알미늄-탄타니움(Al-Ti) 합금 또는 알미늄-실리콘(Al-Si)합금에 대해 수행된다.
(1) 기판상의 염소침착물이 대기중의 수분과 반응하지 않도록 하기위해 기판을 대기에 노출시킴이 없이 포토레지스트를 박리시키는 절차.
(2) 기판을 100 내지 200℃정도로 높은 뜨거운 질소가스로서 건조시킨다음, 잔유염소를 제거시키기 위해 물로서 그것을 세척하는 절차.
(3) 기판을 물로 세척한다음, 잔유염소를 제거하기 위해 약 350℃에서 산소분기내에서 그것을 소결(baking)시키는 절차.
(4) 잔류염소원자들을 플라즈마내에서 발생된 불소원자들로 치환하도록 CF4SF6또는 CHF3과 같은 불소화가스내에서 기관을 플라즈마 처리하는 절차. 따라서, 단단한 알미늄 후루오라이드(AIF 또는 AIF3)는염소성분을 대기중의 수분과 반응하지 않도록 알미늄 표면위에 형성된다.
(5) 열화수소를 발생시키도록 잔류염소 성분과 반응하는 수소 가스내에서 기판을 플라즈마 처리하는 절차.
상술한 처리의 응용에 의해서, 상술한 알미늄 또는 알미늄 합금들로 제조된 기판상의 잔유염소성분을 제거할 수 있다. 따라서, 부식이 방지될 수 있다. 그러나, 알미늄-동(Al-Cu) 또는 알미늄-동-실리콘(Al-Cu-Si)과 같은 알미늄 합금의 식각에 관한한 염소성분이 포토레지스트로부터 Cu,Cl,Al 및 탄소의혼합물 또는 CuXCly의 형으로 남는데 이는 알미늄 클로라이드보다 훨씬 더 높은 승화온도를 갖는 것으로 제거하기 어렵다. 그러므로 그것은 상술한 염소제거처리가 수행된 후조차 부식의 원인이 된다.
그러므로 상술한 문제를을 극복할 수 있도록 잔류염소를 완전히 제거하기 위한 방법을 찾아오고 있었다.
본 발명의 목적은 기관상의 잔류염소에 의해 원인이 되는 부식문제없이 반도체 기판상에 알미늄-동합금패턴을 형성하기 위한 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 의한 방법은 반도체 기판상에 알미늄-동합금으로 제조된 층을 형성하는 단계와, 상기 합금층상에 레시스트 패턴을 형성하는 단계와, 합금패턴을 형성하도록 염소가스 플라즈마내에서 상기 레지스트 패턴의 사용에 의해 상기 합금층을 식각시키는 단계와, 활성종들을 함유하는 분위기내에서 상기 레지스트 패턴을 하류로 박리시키는 단계와, 그리고 100℃ 이상의 온도에서 진공내에서 최종 처리된 기판을 열처리하는 단계를 포함함으로서 결국 잔유 염소 성분을 제거한다. 박리공정과 가열공정이 조합될 수 있으며 즉, 그들은 동시에 수행된다.
본 발명의 상술한 목적과 장점들과 함께 앞으로 명백해질 기타 목적들과 장점를은 첨부도면을 참조하는 다음 설명에서 명백해질 것이다. 도면들에서 동일 부분은 동일 참조 번호로 나타낸다.
제1(a)-1(d)도를 참조하면, 본 발명의 방법의 제조단계가 도시되어 있다. 도면들에 도시안된 일반제조공정들에 의해, 반도체기판 1은 그내의 IC장치들을 미리 제조한다음 그위를 예를들어 PSG(포스포실리케이트글라스)로 제조된 절연막으로 피복한다. 예를들어 알미늄-동 합금 Al-Cu(4%)로 제조된 층 2를 제1(a)도에 보인 바와같은 스퍼터링(sputtering)과 같은 공지된 일반 방법으로 반도체 기판1 전표면위에 약8000Å 정도의 두께로 형성한다. 합금층 2위에 포토레지스트 피막을 형성한 다음 그 피막을 공지된 일반 사진석판술로 제1(b)도에 보인 3으로 나타낸 바와같이 패턴 형성한다. 합금층 2의 포토레지스트 패턴 3에 의해 마스크가 씌워지지 않은 부분 즉, 노출부분을 공지된 일반 건식식각방법으로 제거한다. 건식식각은 식각제로서 염소(Cl2) 가스(24 sccm(분당 표준 입방센티메터))와 실리콘테트라-클로라이드(SiCl4) 가스(40sccm) 혼합물같은 식각가스를 사용하는 반응이온 식각 방법일 수도 있다.
가스압력을 약 0.02Torr 이하로 감소시키고, 예를들어 13.53MHz의 무선주파수 전력과 예를들어 250W를 공지된 방법으로 예를들어 5분동안 걸어준다. 식각가스를 걸어준 무선주파수 전력을 구동되는 글로우 방전내에서 해리시킨 다음 생성된 염소원소가 합금의 동뿐만 아니라 알미늄과 반응하도록 작용시키면, 알미늄염화물은 종래 기술에서 설명된 것과 동일한 방법으로 승화되고 또한 동 염화물은 강력한 이온 충격에 의해 스퍼터되므로 결국 합금의 노출 부분은 제1(c)도에 보인 바와같이 식각되어 패턴된 층 2'를 남기고 제거된다.
그다음, 기판 1은 대기에 노출되는 것을 피하도록 진공시스텍 또는 불활성가스의 정화시스템을 통과하여 패턴된 포토레지스트 3을 박리시키기 위한 건조처리 장치로 이송된다. 만일 기판이 대기에 노출될 경우, 기판상의 잔유염소성분은 공기중의 수분과 반응하여 종래 기술에서 설명된 바와같이 합금을 부식시킨다.
그다음, 패턴형성된 합금층 2'상에 패턴형성된 포로레지스트 3은 공지된 하류식각방법에 의해 박리된다.이 박리 단계에서 바람직하게 사용되는 소위 하류 애슁(ashing) 또는 아프터 글로우 애슁(after-glow-ashing) 장치로서 마이크로웨이브 전력을 사용하는 박리장치를 이후 상세히 설명한다. 건식식각에서 반응가스로서, 예를들어 CF4가스(100 sccm)와 산소(O2)가스(1500 sccm)의 혼합물이 약 1Torr에서 사용되며, 또한 기판을 실온 30℃로 유지시키는동안 2.45GHz와 1KW의 마이크로웨이브 전력을 예를들어 2분동안 그에 걸어준다. 이러한 박리 공정을 완료한 후, 그 장치를 0.2-0.3Torr로 펌프 배출시키는 동안 선반 25내에 설치된 전기히터 31로 예를들어 2분동안 약 300℃까지 기판을 가열해줌으로서 결국 잔유 염소성분이 소결 배출된다. 기판을 충분히 냉각시킨 후, 기판을 장치밖으로 꺼내면 본 발명의 공정들이 모두 완료된다.이 방법을 방법 I로 명명한다. 육중한 선반을 가열 및 냉각시키기 위한 순환시간을 절약하기 위해 진공실내의 박리선반 25로부터 별도의 가열 선반상에서 기판을 가열시키는 것이 또한 가능하다.
방법 I의 마지막 소절공정을 박기공정과 조합할 수도 있다. 다시말하여 이 두 공정들을 동시에 수행할 수있다. 이 경우에, 박리공정은 기판 l을 선반 25내에 장치된 전기히터 31로 200 내지 300℃ 사이에서 가열되는 동안 수행된다. 이 방법을 방법 II로 명명한다.
박리 및 소결 공정들이 방법 II와 같이 조합될 때 식각가스는 약 1Torr 에서 질소(N2) 가스(100 sccm)과 산소(O2) 가스(1500 sccm)의 혼합물일 수 있으며, 또한 기판은 200 내지 300℃로 가열된다. 이 방법을 방법 III으로 명명한다.
이 방법들에서, 가열 및 하류박리의 조합은 필수적이다.
왜냐하면 박리없는 가열은 400℃ 하에서 잔류염소성분들을 제거할 수 없기 때문이다. 더우기, 종래의 플라즈마 박리는 Al2O3형성에 의해 티끌문제의 원인이 된다.
본 발명의 상술한 방법의 효과를 확인하기 위해, 처리된 기판을 2일동안 대기에 노출시킨다음 합금패턴을 광학적으로 관측한 결과 부식이 존재함을 확인했을 뿐만 아니라 잔류염소원자를을 형광 X-레이 분석에 의해 측정해냈다.
확인결과는 다음과 같다. 표에서 (a)는 가열하는 동안 기판의 온도를 나타내며,(b)는 배율 1000의 현미경을 사용하여 광학관측에 의해 발견된 부식의 존재여부를 나타내며, (c)는 CPS(Count Per Second)의 단위로 잔류염소 원자량을 나타내며, 여기서 10-cps는 1.64×104원자/㎠에 해당한다.
방법 Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅲ
(a) 300 30 70 110 150 200 300℃
(b) 없음 있음 있음 없음 없음 없음 없음
(c) 8.1 141.1 122.2 21.4 11.6 9.5 8.3cps
표에서 볼 수 있는 바와같이, 기판이 10O℃ 이상에서 가열될때 잔유염소는 뚜렷하게 감소되고, 부식은 관측되지 않는다. 잔유염소량은 가열온도가 상승됨에 따라 감소한다. 그러나 다른한편, 만일 온도가 300℃를초과할 경우, 알미늄이 영향을 받으며, 예를들면 더미들이 알미늄의 표면상에 형성된다. 그러므로, 온도는400℃ 이하이어야만 되며 바람직하게는 250과 300℃ 사이에서 선택하는 것이 좋다.
포로레지스트를 박리하기 위힌 건식식각장치의 일예에 관한 상세한 것들은 제 2 도를 참조하여 이후 설명한다.
그 장치는 식각제로서 활성종들을 발생시키도록 마이크로웨이브 전력을 사용한다. 기판 1은 반응실 30내의 선반 25상에 적재된다. 선반 25내에는 전기히터 31과 온도계(도면에 도시 안됨)가 필요할때 기판을 가열하도록 장치된다. 반응실 30은 도면에 도시안된 종래의 배출장비에 의해 가스출구를 26을 통해 배츨된다.실 30으로는 식각가스가 가스인입구 27을 통해 도입된다. 가스배출 및 가스도입의 평형에 의해 실 30의 불활성 가스압력은 소요되는 가스압력을 얻도록 제어된다. 석영 또는 알루미나와 같은 절연재로 제조된 마이크로웨이브 투과창 23은 도파관 21내의 전계에 의해 수직으로 설치되며 또한 반응실 30을 진공으로 필봉 시킨다. 수많은 작은 구멍들을 갖는 금속차폐관 28은 반응실 30으로부터 마이크로웨이브를 차폐시켜 주므로, 결국 플라즈마 발생실 29가 마이크로웨이브 투과창 23과 차폐판 28사이에 형성된다. 마이크로웨이브 전력22는 도파관 21을 통한다음 마이크로웨이브 투과창 23을 통해 플라즈마 발생실 29로 공급된다. 플라즈마 발생실 29내에는 식각가스가 마이크로웨이브 전력의 여기에 의해 플라즈마 제조된다. 플라즈마내에서 발생되는 산소원자와 같은 활성종들은 차폐판 28의 구멍들을 통해 기판 1을 향해 곧바로 하류로 효율적으로 나온다. 왜냐하면 차폐판이 기판 1에 밀접하게 위치되기 때문이다. 이러한 활성종들은 기판상의 포토레지스트와 잘 반응한다. 그러나 프라즈마 식각에서와 같이 이온성 충격으로 기판이 손상되지 않는다.
왜냐하면 차폐판 28의 구멍들로부터 나오는 종들이 이온성이 아니고 또한 기타 이온성 가스가 전혀 나오지 않기 때문이다.
그러므로 이러한 형의 장치를 포로레지스트를 박리시키도록 사용하는 것이 좋다.
비록 알미늄-동 합금을 처리할 금속으로서 상술한 실시예에서 인용하였으나, 본 발명은 AlCuSi와AlSiTiCu와 같은 기타 합금들에 대해서도 유효하다.
비록 Cl2와 SiC14의 혼합물을 상술한 실시예에서 합금을 식각하기 위한 식각가스로서 인용하였으나, BC13, CCl4와 CHCl3와 같은 염소계의 기타 가스들로 공지된 바와같이 사용될 수 있다.
비록 13.56 MHz의 무선주파수를 사용하는 건식식각장치를 합금식각을 위한 것으로 상기 실시예에서 인용하였으나,400KHz의 무선주파수를 사용하는 바와같은 기타형의 건식식각장치로 공지된 바와같이 그에 응용될 수 있다.
비록 CF4, N2와 O2의 혼합물은 상술한 실시예에서 포통레지스트를 박리시키기 위한 식각가스로서 인용되었으나 CHF3, C2F6, SF6, NF3또는 CBrF3와 같은 기타 불소화가스도 단독으로 또는 CF4대신 그들의 혼합물로서 사용될 수 있으며, 또한 N2O 또는 NO2와 같은 기타 질소함유 가스로 공지된 바와같이 N2대신 사용될 수 있다.
비록 2.45 GHz의 마이크로웨이브 주파수를 사용하는 건식식각장치를 포토레지스트를 박리시키기 위한 상술한 실시예에서 인용되었으나,13.56MHz의 무선주파수를 사용하는 바와같은 다른 형의 건식식각장치로공지된 바와같이 그에 응용할 수도 있다.
본 발명의 많은 특징들 및 장점들은 상세명세서로부터 명백하므로 본 발명의 정신과 범위내에 있는 시스템의 모든 특징 및 장점들을 보호하도록 청구범위로 한정한다.
또한 많은 수정변경이 가능할 수 있기 때문에 본 발명을 여기서 설명한 실시예의 구성과 동작으로 한정하지 않고 모든 등가물을 포함한다.
Claims (8)
- 절연층을 갖는 반도체 기판상에 알미늄 합금으로 제조된 층을 형성하는 단계와, 상기 알미늄 합금층상에 레지스트 패턴을 형성하는 단게와, 마스크로서 상기 레지스트 패턴을 사용하여 상기 알미늄 합금층의 노출부를 식각하여 상기 알미늄 합금층을 패턴 형성해주는 단계와, 상기 레지스트 패턴을 활성종들을 함유하는 분위기내에서 박리시키는 단계와, 그리고 100℃ 이상온도의 진공내에서 기판을 가열하는 단계를 포함하며, 그에의해 기관상의 잔유식각제가 제거되고, 상기 가열단계는 상기 박리단계와 동시 또는 그후에 수행되는 것이 특징인 알미늄 합금상의 포토레지스트 박리 방법.
- 제 1 항에서, 상기 식각은 건식식각방법에 의해 수행되는 것이 특징인 알미늄 합금상의 포토레지스트 박리 방법.
- 제 2 항에서, 상기 건식식각은 그내에 염소성분 함유 가스를 사용하여 수행되는 것이 특징인 알미늄 합금상의 포토례지스트 박리 방법.
- 제 3 항에서, 상기 가스는 염소가스 실리콘 테트라-클로라이도 가스, 보론 트리-클로라이도 가스 및 카본 테트라-클로라이드 가스로부터 선텍되는 것이 특징인 알미늄 합금상의 포토레지스트의 박리 방법.
- 제 1 항에서, 상기 박리는 약 400℃ 이하 온도에서 수행되는 것이 특징인 알미늄 합금상의 포토레지스트 박리 방법.
- 제 1 항에서, 상기 활성종들은 불소화가스와 산소가스의 혼합물로부터 생성되는·것이 특징인 알미늄 합금상의 포토레지스트 박리 방법.
- 제 1 항에서, 상기 활성종를은 질소함유 가스와 산소가스의 혼합룰로부터 생성되는 것이 특징인 알미늄합금상의 포토레지스트 박리 방법. .
- 제 1 항에서, 상기 활성종들은 약 2.45GHz의 마이크로웨이브 전력의 여기에 의해 생성되는 것이 특징인 알미늄 합금상의 포토레지스트 박리 방법.
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