KR980012008A - 반도체장치의 세정방법 - Google Patents

Abstract

콘택홀 세정시 절연막 사이의 식각량을 균일화함으로써 양호한 콘택홀 프로파일을 얻을 수 있는 반도체장치의 세정방법에 대해 기재되어 있다. 이 세정방법은 반도체기판 상에 형성된 층간절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계 및 불화암모늄(NH₄F) ＋ 불산(HF) ＋ 탈이온수(D.I. water)의 혼합용액을 이용하여 콘택홀 내부를 세정하는 단계를 구비하여 이루어진다. 이에 따라 폴리머 및 자연산화막을 완벽하게 제거할 수 있고, 각 절연막 사이의 식각량을 균일하게 할 수 있으므로 콘택홀의 프로파일을 양호하게 할 수 있으며, 콘택홀의 크기를 감소시킬 수 있다.

Description

반도체 장치의 세정방법

본 발명은 반도체장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 콘택홀 세정시 절연막 사이의 식각량을 균일화함으로써 콘택홀의 프로파일을 양호하게 할 수 있는 반도체장치의 세정방법에 관한 것이다.

반도체기판과 도전층을 전기적으로 접속시키기 위한 콘택홀(contact hole)은, 반도체기판 상에 형성된 층간절연층을 부분적으로 식각함으로써 반도체기판의 표면 일부를 노출시키는 것에 의해 형성된다. 종래에는 콘택홀이 형성되는 층간절연막으로 보론 인을 함유하는 실리콘막(Boron Phosphorous Silicate Glass; BPSG)을 주로 사용하여 형성하여 왔으나, 반도체 소자의 고집적화에 따라 소자의 특성을 개선하기 위하여 저온공정(low heat budget)을 위한 막질로 대체되고 있으며, 서로 다른 종류의 절연막으로 이루어진 다층의 층간절연막 구조가 사용되고 있다. 이러한 막질로서 도우프되지 않은 실리콘(Undoped sicate Goass; USG), 플라즈마 실래인(PE-SiH₄), TEOS(Tetraethylortho silicate)등이 사용되고 있다.

이러한 막질로 이루어진 층간절연막에 콘택홀을 형성한 후 자연산화막 등을 제거하기 위하여 세정공정을 거치는데, 이 때에 주로 사용되는 세정액은 불산(HF)을 탈이온수(DeIonized Water)에 희석한 용액이다. 그러나, 희석된 불산(Deluted HF)용액을 사용할 경우 층간절연막을 구성하는 막질들간의 식각 특성이 서로 다르기 때문에 불량한 콘택홀 프로파일(Profile)을 나타내며, 콘택홀의 크기가 커지는 문제가 발생한다. 아래의 ＜표 1＞은 희석된 불산(HF) 용액에서의 각 절연막들의 식각량을 비교하여 나타낸 도표이다.

[표 1]

반도체소자의 고집적화로 콘택홀의 크기가 점점 축소됨에 따라, 이들 막질의 세정시 유발되는 프로파일의 불량이 더욱 심화되고 있다.

도 1은 종래의 희석된 불산(HF) 용액을 사용하여 세정한 콘택홀의 프로파일을 나타낸 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscopy; SEM)사진이다. 상기 SEM 사진에서 알 수 있는 바와 같이, 층간절연막을 구성하는 각 절연막 사이의 식각량이 서로 다르기 때문에, 콘택홀의 프로파일이 불량하게 나타난다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 콘택홀을 세정하기 위한 세정액으로서 폴리머(polymer) 및 자연산화막을 완벽하게 제거할 수 있으며, 각 절연막 사이의 식각 선택비를 유사하게 할 수 있는 세정액이 필수적으로 요구된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 충분한 폴리머 및 자연산화막 제거력을 갖추며, 층간절연막을 구성하는 각 절연막 사이의 식각 선택비를 유사하게 할 수 있는 세정액을 이용한 반도체장치의 세정방법을 제공하는 것이다.

제1도는 종래의 희석된 불산(HF) 용액을 사용하여 세정한 콘택홀의 프로파일을 나타낸 주사형 전자 현미경(SEM) 사진이다.

제2도는 본 발명의 불화암모늄(NH₄F)과 불산(HF) 용액을 적정 비율로 혼합한 세정액을 사용하여 세정한 콘택홀의 프로파일을 나타낸 SEM 사진이다.

상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 반도체장치의 세정방법은, 반도체기판 상에 형성된 층간절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계; 및 불화암모늄(NH₄F) ＋ 불산(HF) ＋ 탈이온수(D.I. water)의 혼합용액을 이용하여 상기 콘택홀 내부를 세정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 세정액은 불산(HF)이 0.27 ∼ 0.29중량%의 비율, 불화암모늄(NH₄F)이 12 ∼17중량%의 비율로 혼합된 용액인 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 폴리머 및 자연산화막을 완벽하게 제거할 수 있고, 각 절연막 사이의 식각량을 균일하게 할 수 있으므로 콘택홀의 프로파일을 양호하게 할 수 있으며, 콘택홀의 크기를 감소시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에서는 ＜표 1＞에 나타난 바와 같이, 희석 불산(HF) 용액에서 BPSG의 식각량이 다른 막질에 비해 상대적으로 높기 때문에, BPSG의 식각량을 줄일 수 있도록 세정액의 혼합비를 적절히 조절함으로써 다른 막질과의 식각 선택비를 유사하게 하도록 하는 것을 특징으로 한다.

종래의 희석된 불산(HF) 용액에 불화암모늄(NH₄F)을 적절한 비율로 첨가하면 BPSG의 식각량을 감소시킬 수 있으며, 결과적으로 콘택홀 부위에서의 절연막들의 식각 특성을 균일화할 수 있다. 희석된 불산(HF) 용액과 불화암모늄(NH₄F)을 혼합액에서 콘택홀 세정에 적용 가능한 적절한 혼합비율을 찾기 위하여, 불산용액의 비율을 0.08 ∼ 0.32중량%의 범위로 조절하고, 불화암모늄(NH₄F) 용액의 비율을 2 ∼ 20중량% 까지 조절하면서 실험한 결과, ＜표 2＞에 나타난 바와 같이, 불산(HF)의 농도가 0.27 ∼ 0.29중량% 정도이고 불화암모늄(NH₄F)의 농도가 12 ∼ 17중량% 정도의 비율로 혼합된 세정액에서 BPSG와 고온산화막(HTO)의 식각 선택비가 거의 1:1로 유지 할 수 있으며, 자연산화막을 약 20Å이상 제거할 수 있음을 알 수 있다. 아래의 ＜표 2＞는 불산(HF)용액과 불화암모늄(NH₄F) ＋ 불산(HF) 혼합액에서의 절연막들의 식각량을 비교하여 나타낸 도표이다.

[표 2]

이와 같이 적절한 비율로 혼합된 상기 불화암모늄(NH₄F) ＋ 불산(HF) ＋ 탈이온수 혼합액을 사용하여 콘택홀을 세정하게 되면, 폴리머 및 자연산화막을 제거할 수 있음은 물론, 각 막질 사이의 식각 선택비를 일정하게 유지시켜 콘택홀의 프로파일을 개선할 수 있으며 후속 막질의 증착시 불량을 방지할 수 있다. 이 때, 콘택홀의 크기를 좀더 작게 만들기 위해서는 세정시간을 조절하는 것이 필요한데, 상기 혼합비율에서 20초 ∼ 40초 정도 세정하게 되면 폴리머 및 자연산화막 제거, 양호한 콘택홀 프로파일을 얻을 수 있음은 물론, 콘택홀의 크기를 감소시킬 수도 있다.

도 2는 본 발명의 불화암모늄(NH₄F)과 불산(HF) 용액을 적정 비율로 혼합한 세정액을 사용하여 세정한 콘택홀의 프로파일을 관측한 SEM 사진으로서, 도 1의 종래의 경우에 비해 콘택홀의 프로파일이 상당히 개선되었으며, 콘택홀의 크기도 감소되었음을 알 수 있다.

상술한 본 발명에 의한 반도체장치의 콘택 형성방법에 따르면, 적절한 비율로 혼합된 불산(HF) + 불화암모늄(NH₄F) 혼합액을 이용하여 적절한 세정온도 및 시간 조건하에서 콘택홀을 세정할 경우, 폴리머 및 자연산화막을 완벽하게 제거할 수 있도, 각 절연막 사이의 식각량을 균일하게 할 수 있으므로 콘택홀의 프로파일을 양호하게 할 수 있으며, 콘택홀의 크기를 감소시킬 수 있다.

Claims (2)

1. 반도체기판 상에 형성된 층간절연막을 식각하여 콘택홀을 형성하는 단계; 및 불화암모늄(NH₄F) + 불산(HF) + 탈이온수(D.I. water)의 혼합용액을 이용하여 상기 콘택홀 내부를 세정하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 세정방법.
2. 제1항에 잇어서, 상기 세정액은 불산(HF)이 0.27 ∼ 0.29중량%의 비율, 불화암모늄(NH₄F)이 12 ∼ 17중량%의 비율로 혼합된 용액인 것을 특징으로 하는 반도체장치의 세정방법.

   ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임