KR20020007589A - Ｃｆ４가스를 이용한 에싱 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CF₄가스를 이용한 에싱 방법으로, 실리콘 기판 상에 형성된 금속층을 식각하여 금속 배선층으로 형성할 때 금속층의 금속성분과 감광막의 감광제가 반응하여 생성된 폴리머를 효과적으로 제거할 수 있는 CF₄가스를 이용한 에싱 방법을 제공한다. 즉, 실리콘 기판 상에 금속층을 식각한 이후에 감광막 및 폴리머를 제거하는 에싱 방법으로, (a) 소정양의 산소가스, 질소가스 및 CF4 가스로 감광막 및 폴리머를 제거하는 제 1 에싱 단계와; (b) 소정양의 산소가스와 질소가스로 감광막 및 폴리머를 제거하는 제 2 에싱 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CF₄가스를 이용한 에싱 방법을 제공한다.

Description

ＣＦ４가스를 이용한 에싱 방법{Ashing method using CF4gas}

본 발명은 반도체 제조 공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 감광막을 이용한 금속 배선층을 형성한 이후에 감광막과 부산물을 효과적으로 제거할 수 있는 CF₄를 이용한 에싱 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에 있어서 각 단계마다 사진공정이 필수적으로 쓰여지고 있고, 이 사진공정은 반도체 웨이퍼(실리콘 기판) 상에 만들고자 하는 패턴을 새긴 마스크에 파장이 짧은 빛을 투과시켜 그 패턴으로부터 웨이퍼 표면의 감광제(photoresist)로 복사하는 작업을 말한다. 각 사진 공정 후 사용된 감광제를 제거하는 기술을 에싱(ashing)이라 말한다.

에싱에는 크게 건식(dry ashing)과 습식(wet ashing)으로 나눌 수 있는데 습식은 강력한 산화작용을 가진 용액(황산과 과산화수소의 혼합액)을 사용하여 감광제를 제거하는 방법으로 웨이퍼에 손상을 주지 않고 부드럽게 제거하는 것이 가능한 반면에 처리액중의 파티클(particle)과 폐액처리 및 웨트 스테이션(wet station)의 사용으로 풋 프린트(foot print)를 크게 차지하는 문제가 있으나 건식 방법으로 완전히 제거가 불가능한 찌꺼기등을 제거하는데 사용되고 있다. 건식 에싱은 산소 플라즈마 방전을 이용하는 방법과 오존을 이용하는 방법 그리고 엑시머 램프(excimer lamp)등을 이용한 에싱 방법으로 크게 구분된다. 한편, 통상적으로 에싱이라 말할 때는 건식 에싱을 의미한다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 사진 공정을 포함하는 실리콘 기판(10; siliconsubstrate) 상에 금속 배선층(15)을 형성하는 공정을 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 1에 도시된 바와 같이, 상부면에 절연층(12)과 금속 배선층으로 형성될 금속층(14)이 형성된 실리콘 기판(10)을 준비한다. 금속층으로는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 텅스텐(W) 등이 사용된다. 다음으로, 금속층(14) 상부면에 감광제를 투입하여 금속층(14) 상부면에 균일한 두께로 코팅하여 감광막(16)을 형성한다. 감광막(16)의 소정 부분 즉, 제거될 금속층(14) 상부의 감광막(16)을 노광 및 현상하여 개방부(18)를 형성한다.

다음으로 도 2에 도시된 바와 같이, 감광막의 개방부(18)로 노출된 금속층(14) 부분을 식각하는 단계를 진행한다.

마지막으로 도 3에 도시된 바와 같이, 감광막(도 2의 16)을 제거하는 에싱 공정을 도 4의 같은 조건에서 진행함으로써 금속 배선층(15)을 형성하는 공정은 완료된다.

한편, 식각 공정 후 금속층(14)의 표면에는 금속층(14)의 금속 성분과 감광막(16)의 감광제가 반응한 부산물인 폴리머(a, b, c; polymer)가 형성되는데, 이러한 폴리머(a, b, c)는 감광막(16)의 표면을 덮거나(b), 실리콘 기판(10)의 측면과 배면(c) 및 금속 배선층 사이의 모서리 부분(a)에 집중적으로 형성되어 산소가스(O₂gas)와 질소가스(N₂gas)로서는 완전히 제거할 수 없다. 물론, 종래에는 폴리머를 습식 에싱 공정으로 제거가 가능하였지만, 본 에싱 공정과 같이 저압으로 공정이진행되고 감광제 성분의 변경등으로 폴리머를 제거하는 것이 점점 어려워지고 있다.

그리고, 잔존하는 폴리머(a, b, c)는 그 금속 배선층(15) 상에 절연층을 형성하거나 새로운 금속 배선층을 형성하는 공정에서 불순물로 작용하여, 막질을 오염시키고 비정상적으로 막질이 형성되도록 하는 문제점을 유발시킨다.

따라서, 본 발명의 목적은 금속 배선층을 형성하는 사진 공정의 에싱 공정에서 폴리머를 효과적으로 제거할 수 있는 에싱 방법을 제공하는 데 있다.

도 1 내지 도 3은 감광막을 이용한 금속 배선층을 형성하는 단계를 보여주는 도면들로서,

도 1은 금속층 상에 감광막이 형성된 상태를 보여주는 단면도,

도 2는 금속층이 식각된 상태를 보여주는 단면도,

도 3은 에싱 공정에 의해 감광막과 부산물이 제거된 상태를 보여주는 단면도,

도 4는 종래기술에 따른 에싱 공정의 공정 조건을 보여주는 공정표,

도 5는 본 발명에 따른 CF₄가스를 이용한 에싱 공정의 공정 조건을 보여주는 공정표이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *

10 : 실리콘 기판 12 : 절연층

14 : 금속층 15 : 금속 배선층

16 : 감광막 18 : 개방부

상기 목적을 달성하기 위하여, 실리콘 기판 상에 금속층을 식각한 이후에 감광막 및 폴리머를 제거하는 에싱 방법으로, (a) 소정양의 산소가스, 질소가스 및 CF₄가스로 감광막 및 폴리머를 제거하는 제 1 에싱 단계와; (b) 소정양의 산소가스와 질소가스로 감광막 및 폴리머를 제거하는 제 2 에싱 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CF₄가스를 이용한 에싱 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 에싱 방법에 있어서, (a) 단계 전에, (a') 소정양의 산소가스와 질소가스로 감광막 및 폴리머를 제거하는 전 단계를 더 포함한다.

그리고, 본 발명에 따른 바람직한 하나의 실시 양태에 있어서, (a'), (a) 및 (b) 단계는 약 2.5Torr, 약 250℃의 공정 조건에서 진행되며, (a') 단계는, 산소가스 약 3500sccm과 질소가스 약 350sccm을 투입하여 약 10초 정도 진행되고, (a) 단계는, RF 1300W에서, 산소가스 약 3500sccm, 질소가스 약 350sccm 및 CF₄가스 20sccm을 투입하여 약 15초 정도 진행되고, (b) 단계는, RF 1300W에서, 산소가스 약 3500sccm과 질소가스 약 350sccm을 투입하여 약 120초 정도 진행된다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

본 발명에 따른 에싱 공정을 포함하는 사진 공정을 이용한 실리콘 기판 상에 금속 배선층을 형성하는 공정은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 종래와 동일하게 진행되기 때문에, 상세한 설명은 생략한다. 하지만, 본 발명에서는 감광막을 제거할 때 폴리머를 효과적으로 제거할 수 있는 방법으로, CF₄가스를 사용한 에싱 방법을 채택하고 있다.

즉, 본 발명에 따른 에싱 공정은 도 5에 개시된 공정 조건에 따라서 진행된다. 도 5에 개시된 바와 같이, 전 공정과 후 공정은 종래와 동일하게 진행되지만, 본 공정이 두 단계로 진행된다. 먼저 본 공정(1)과 (2)는 약 2.5Torr, 약 250℃, RF 1300W의 공정 조건에서 진행하되, 본 공정(1)은 산소가스 약 3500sccm, 질소가스 약 350sccm 및 CF₄가스 약 20sccm을 투입하여 약 15초 정도 진행되고, 본 공정(2)은 산소가스 약 3500sccm과 질소가스 약 350sccm을 투입하여 약 120초 정도 진행된다.

한편, 본 공정(1)에서 산소가스와 질소가스와 더불어 CF₄가스를 사용한 이유는, 감광막을 제거하는 실질적인 본 공정(2)을 진행하기 전에 본 공정(1)에서 실리콘 기판의 표면에 형성된 폴리머를 먼저 제거하기 위해서이다. 즉, 폴리머는 실리콘 기판의 표면에 형성되어 있기 때문에, 폴리머를 먼저 제거한 이후에 감광막을 제거하는 공정을 진행하는 것이 바람직하기 때문이다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

실리콘 기판 상에 금속 배선층을 형성한 이후에 감광막과 폴리머를 제거할 때, 본 발명에 따른 CF₄가스를 이용한 에싱 방법을 채택함으로써, 실리콘 기판 상에 폴리머와 같은 잔류물이 남는 것을 최소화할 수 있다.

Claims (3)

1. 실리콘 기판 상에 금속층을 식각한 이후에 감광막 및 폴리머를 제거하는 에싱 방법으로,

   (a) 소정양의 산소가스, 질소가스 및 CF₄가스로 감광막 및 폴리머를 제거하는 제 1 에싱 단계와;

   (b) 소정양의 산소가스와 질소가스로 감광막 및 폴리머를 제거하는 제 2 에싱 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CF₄가스를 이용한 에싱 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계 전에,

   (a') 소정양의 산소가스와 질소가스로 감광막 및 폴리머를 제거하는 전 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CF₄가스를 이용한 에싱 방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 (a'), (a) 및 (b) 단계는 약 2.5Torr, 약 250℃의 공정 조건에서 진행되며,

   상기 (a') 단계는, 산소가스 약 3500sccm과 질소가스 약 350sccm을 투입하여 약 10초 정도 진행되고,

   상기 (a) 단계는, RF 1300W에서, 산소가스 약 3500sccm, 질소가스 약 350sccm 및 CF₄가스 20sccm을 투입하여 약 15초 정도 진행되고,

   상기 (b) 단계는, RF 1300W에서, 산소가스 약 3500sccm과 질소가스 약 350sccm을 투입하여 약 120초 정도 진행되는 것을 특징으로 하는 CF₄가스를 이용한 에싱 방법.