KR19980077599A

KR19980077599A - Ashing method of via contact hole

Info

Publication number: KR19980077599A
Application number: KR1019970014770A
Authority: KR
Inventors: 남신우; 박기종
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-04-21
Filing date: 1997-04-21
Publication date: 1998-11-16

Abstract

반도체 소자의 제거공정에서 웨이퍼에 비아 콘택홀을 형성한 후에 원격 플라즈마 에싱 장비(Remote Plasma Asher)에서 수행하는 에싱방법에 관하여 개시한다. 이를 위하여 본 발명은, 원격 플라즈마 에싱 장비의 챔버로 비아 콘택홀이 형성되고 에싱을 진행하기 위한 웨이퍼를 로딩하는 단계와, 원격 플라즈마 에싱 장비의 챔버로 산소(O₂)와 질소(N₂) 가스를 공급하는 단계 및 산소와 질소 가스를 사용하여 형성한 플라즈마로 상기 웨이퍼를 에싱하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 비아(via) 콘택홀의 에싱 방법(Ashing)을 제공한다. 여기서, 질소가스의 공급비율은 산소가스에 대하여 2.5∼12.5%의 비율로 공급하는 것이 적합하다. 따라서, 비아 콘택홀 내부에 하드 폴리머의 발생을 억제하고 알루미늄 침해 현상을 개선하여 반도체 소자의 특성을 개선할 수 있다.Disclosed is an ashing method performed by a remote plasma ashing apparatus (Remote Plasma Asher) after forming a via contact hole in a wafer in a semiconductor device removal process. To this end, the present invention, via contact hole is formed in the chamber of the remote plasma ashing equipment and loading the wafer for proceeding the ashing, oxygen (O ₂ ) and nitrogen (N ₂ ) gas into the chamber of the remote plasma ashing equipment And supplying the wafer and ashing the wafer with a plasma formed by using oxygen and nitrogen gas. Here, the supply ratio of nitrogen gas is suitably supplied in the ratio of 2.5-12.5% with respect to oxygen gas. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of hard polymers in the via contact holes and to improve aluminum impairment, thereby improving the characteristics of the semiconductor device.

Description

Ashing of Via Contact Holes

본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 웨이퍼에 비아 콘택홀을 형성한 후에 원격 플라즈마 에싱 장비(Remote Plasma Asher)에서 수행하는 에싱방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to an ashing method performed in a remote plasma ashing apparatus after forming via contact holes in a wafer.

에싱(ashing)은 고온의 분위기에서 사진 및 식각공정에서 사용되었던 포토레지스트를 태워서 제거하는 공정을 말한다. 에싱은 포토레지스트만을 태워 제거하는 공정이므로 주로 플라즈마에 의한 이온효과를 배제하고, 순수 라디컬(Radical) 반응을 추구하는 화학반응의 형태이다. 따라서 에싱 장비는 플라즈마형의 경우에 대부분 원격 생성 플라즈마(Remote generation plasma)를 이용한 다운 스트림(Down stream) 방식을 사용한다.Ashing refers to a process of burning off and removing photoresist used in photolithography and etching processes in a high temperature atmosphere. Since ashing is a process of removing only photoresist, it is a form of chemical reaction that mainly excludes ionic effect by plasma and pursues pure radical reaction. Therefore, the ashing equipment uses a down stream method using a remote generation plasma.

반도체 소자중, 특히 집적도가 높은 DRAM에서 비아 콘택홀 형성공정의 하드 폴리머(hard polymer)의 발생 및 그 제거는 항상 어려운 문제점으로 제기되었다. 그것은 비아 콘택홀 내부에 남아 있는 하드 폴리머가 후속되는 금속배선 공정에서 티타늄(Ti), 질화티타늄(TiN) 및 알루미늄(Al) 등을 사용하여 비아 콘택홀을 매몰할 때, 비아 콘택홀의 내부에 잔류하는 하드 폴리머에 의하여 금속배선의 도전 특성을 저하시키는 주원인으로 작용하기 때문이다. 이러한 하드 폴리머를 최소화시키기 위하여 기존에는 사진 및 식각공정을 통하여 비아 콘택홀을 형성한 후, 에싱공정 및 세정공정(Cleaning process)에서 하드 폴리머를 제거하고 있다.The generation and removal of hard polymers in the via contact hole forming process of semiconductor devices, particularly in highly integrated DRAMs, have always been a difficult problem. It remains in the via contact hole when the via contact hole is buried using titanium (Ti), titanium nitride (TiN), aluminum (Al), etc. in a metallization process which is followed by hard polymer remaining inside the via contact hole. This is because the hard polymer acts as a main cause of lowering the conductive properties of the metal wiring. In order to minimize the hard polymer, the via contact hole is formed through photolithography and etching, and then the hard polymer is removed in an ashing process and a cleaning process.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따라서 비아 콘택홀에 에싱을 진행하였을 때의 비아 콘택홀 내부를 찍은 주사 전자 현미경 사진(SEM)이다.1 and 2 are scanning electron micrographs (SEM) of the inside of a via contact hole when ashing is performed in the via contact hole according to the prior art.

도 1을 참조하면, 비아 콘택홀을 형성하고 ,질산과 순수한 물을 혼합한 용액을 이용하여 폴리머를 제거하는 공정인 질산처리 공정을 진행하고, 에싱공정을 진행하고, 초산과 IPA(Iso-Propyl Alcohol)과 순수한 물(Deionized water)을 혼합한 용액인 초산계 포토레지스트 스트립 혼합용액을 사용하여 세정(cleaning)을 진행하였을 때의 비아 콘택홀 내부를 보여주는 주사전자 현미경 사진(SEM) 이다. 하지만, 비아 콘택홀의 내부에 폴리머가 원활히 제거되지 않고 남이 있는 것을 보여준다.Referring to FIG. 1, a via contact hole is formed and a nitric acid treatment process, which is a process of removing a polymer using a solution of nitric acid and pure water, is carried out, an ashing process is performed, and acetic acid and IPA (Iso-Propyl) are processed. A scanning electron micrograph (SEM) showing the inside of a via contact hole when cleaning was performed using a mixed solution of acetic acid-based photoresist strip, which is a mixture of alcohol and deionized water. However, it is shown that the polymer is not removed smoothly inside the via contact hole.

도 2를 참조하면, 비아 콘택홀을 형성하고, 에싱공정을 진행한 후, 아민 계열의 에탄올이 혼합된 폴리머 제거 유기용제를 사용하여 세정공정을 진행하였을 때의 비아 콘택홀 내부를 보여 주는 주사 전자 현미경 사진이다. 여기서는 폴리머는 제거가 되었지만 알루미늄의 침해(Al attack)가 발생된 것을 보여준다.Referring to FIG. 2, after forming a via contact hole and performing an ashing process, a scanning electron showing the inside of the via contact hole when the cleaning process is performed using a polymer removal organic solvent mixed with an amine ethanol is performed. Photomicrograph. Here, the polymer is removed but it shows that Al attack has occurred.

여기서, 상기 비아 콘택홀의 에싱은, 먼저 원격 플라즈마 장비(remote plasma asher)의 챔버(chamber)로 사진 및 식각공정을 통하여 비아 콘택홀이 형성된 상태의 에싱을 진행하기 위한 웨이퍼를 로딩(loading) 한다. 이어서, 상기 플라즈마 장비의 챔버로 산소(O₂)와 암모니아(NH₄) 가스를 공급하고, 상기 산소와 암모니아 가스를 여기하여 플라즈마를 생성하여 챔버내의 웨이퍼에 있는 포토레지스트를 태워서 제거하는 방식을 사용하여 왔다. 이때, 챔버내의 온도는 300 ℃ 이상의 고온을 유지시켜 준다.Here, the ashing of the via contact hole is first loaded into a chamber of a remote plasma asher through a photo and etching process to load a wafer for ashing in a state where the via contact hole is formed. Subsequently, oxygen (O ₂ ) and ammonia (NH ₄ ) gases are supplied to the chamber of the plasma equipment, and the oxygen and ammonia gas are excited to generate plasma to burn off the photoresist on the wafer in the chamber. Has come. At this time, the temperature in the chamber is maintained at a high temperature of 300 ℃ or more.

상술한 종래 기술에 있어서의 문제점은 첫째, 비아 콘택홀 내부의 폴리머가 제거가 되지 않는 것과, 둘째, 비아 콘택홀 하부에 있는 알루미늄층에 대한 침해(Al attack)가 발생하여 전체적인 금속배선층의 도전 특성을 저하하는 것이다.Problems in the prior art described above are first, the polymer inside the via contact hole is not removed, and second, the Al attack occurs on the aluminum layer under the via contact hole. Is to degrade.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 비아 콘택홀 형성공정 후, 수행하는 에싱공정에서 폴리머가 제거되지 않는 문제점과, 알루미늄층에 대한 침해를 억제할 수 있는 비아(via) 콘택홀의 에싱 방법(Ashing)을 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is the problem that the polymer is not removed in the ashing process performed after the via contact hole forming process, and the ashing method of the via contact hole that can suppress the intrusion to the aluminum layer. To provide.

도 3은 본 발명에 따라서 비아 콘택홀에 에싱을 진행하였을 때의 비아 콘택홀 내부를 찍은 주사 전자 현미경 사진(SEM)이다.3 is a scanning electron micrograph (SEM) of the inside of the via contact hole when ashing is performed in the via contact hole according to the present invention.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 원격 플라즈마 에싱 장비의 챔버로 비아 콘택홀이 형성되고 에싱을 진행하기 위한 웨이퍼를 로딩하는 단계와, 상기 원격 플라즈마 에싱 장비의 챔버로 산소(O₂)와 질소(N₂) 가스를 공급하는 단계 및 상기 산소와 질소 가스를 사용하여 형성한 플라즈마로 상기 웨이퍼를 에싱하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 비아(via) 콘택홀의 에싱 방법(Ashing)을 제공한다.According to an aspect of the present invention, a via contact hole is formed in a chamber of a remote plasma ashing apparatus, and a wafer for loading ash is loaded, and oxygen (O ₂ ) is loaded into the chamber of the remote plasma ashing apparatus. And a step of supplying nitrogen (N ₂ ) gas and ashing the wafer with a plasma formed using the oxygen and nitrogen gas. do.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 질소가스의 공급비율은 산소가스에 대하여 2.5∼12.5%의 비율로 공급하는 것이 적합하다.According to a preferred embodiment of the present invention, the supply ratio of the nitrogen gas is suitably supplied at a rate of 2.5 to 12.5% with respect to the oxygen gas.

또한, 상기 플라즈마 챔버의 에싱 온도는 210∼250℃의 범위이고, 에싱시간은 50∼150초 사이에서 진행하는 것이 바람직하다.In addition, the ashing temperature of the plasma chamber is in the range of 210 to 250 ° C, and the ashing time is preferably performed between 50 and 150 seconds.

본 발명에 따르면, 원격 플라즈마 방식의 에싱장비에서 플라즈마 챔버로 암모니아 가스 대신에 질소가스를 공급하여 비아 콘택홀 내부에 하드 폴리머의 발생을 억제하고, 알루미늄층에 대한 침해(Al attack)를 방지할 수 있다.According to the present invention, by supplying nitrogen gas to the plasma chamber instead of ammonia gas in the remote plasma type ashing equipment, it is possible to suppress the generation of hard polymer inside the via contact hole and to prevent Al attack on the aluminum layer. have.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3을 참조하면, 먼저 도전층과 그상부에 절연층이 형성된 웨이퍼에 사진 및 식각공정을 진행하여 비아 콘택홀을 형성한 후, 본 발명에 따른 에싱공정을 수행하고 아민 계열의 에탄올이 혼합된 폴리머 제거 유기용제를 사용하여 세정공정을 진행하였을 때의 비아 콘택홀 내부를 보여 주는 주사 전자 현미경 사진이다. 사진에서 보여주듯이 비아 콘택홀 내부에 하드폴리머의 형성이나, 알루미늄 침해현상이 현저하게 개선된 것을 볼 수 있다.Referring to FIG. 3, first, a via contact hole is formed by performing a photolithography and an etching process on a conductive layer and a wafer having an insulating layer formed thereon, followed by an ashing process according to the present invention, in which an amine-based ethanol is mixed. It is a scanning electron micrograph showing the inside of a via contact hole when the cleaning process was performed using the polymer removal organic solvent. As shown in the picture, the formation of hard polymer inside the via contact hole and the intrusion of aluminum were significantly improved.

여기서, 본 발명에 따른 에싱방법을 상세히 설명하면, 비아 콘택홀이 형성되어 있는 웨이퍼를 원격 플라즈마 에싱 장비의 챔버로 로딩(loading)한다. 이어서, 상기 플라즈마 장비의 챔버로 산소(O₂)와 질소(N₂) 가스를 공급한다. 이때, 질소가스는 4000sccm을 공급하고, 산소가스는 100∼500sccm을 공급하여 질소가스의 공급비율이 산소가스에 대하여 2.5∼12.5%가 되도록 공급하는 것이 적합하다. 여기서, 암모니아 대신에 본 발명에서 사용하는 첨가 가스인 질소는 비아 콘택홀 내부의 폴리머를 연화시켜 후속되는 세정공정에서 폴리머의 제거를 원활하게 하고, 알루미늄 표면에 균일한 조성을 형성하여 후속되는 세정공정(cleaning process)에서 알루미늄 침해 문제를 해결시키는 본 발명의 특징을 이루는 핵심사상이라 할 수 있다. 또한, 플라즈마 챔버의 내부온도를 210∼250℃ 사이로 유지하여 고온에 의한 영향을 최소화하였다. 상기 플라즈마 챔버의 내부온도를 올리는 방법은 서서히 온도를 상승시키는 것이 적합하다. 왜냐하면, 순간적인 온도 상승에 의해 폴리머가 갑자기 경화되는 문제를 방지할 수 있기 때문이다. 마지막으로 에싱시간은 50∼150초 사이가 가장 적합한 것으로 확인되었다.Herein, the ashing method according to the present invention will be described in detail. A wafer in which a via contact hole is formed is loaded into a chamber of a remote plasma ashing apparatus. Subsequently, oxygen (O ₂ ) and nitrogen (N ₂ ) gases are supplied to the chamber of the plasma apparatus. At this time, it is suitable that nitrogen gas is supplied at 4000 sccm and oxygen gas is supplied at 100 to 500 sccm so that the supply ratio of nitrogen gas is 2.5 to 12.5% with respect to oxygen gas. Here, nitrogen, which is an additive gas used in the present invention instead of ammonia, softens the polymer in the via contact hole to facilitate the removal of the polymer in the subsequent cleaning process, and forms a uniform composition on the aluminum surface to perform the subsequent cleaning process ( In the cleaning process, it can be said to be a key idea that characterizes the present invention to solve the problem of aluminum intrusion. In addition, the internal temperature of the plasma chamber is maintained between 210 ~ 250 ℃ to minimize the effect of high temperature. In order to raise the internal temperature of the plasma chamber, it is suitable to gradually increase the temperature. This is because the problem of sudden curing of the polymer due to the instantaneous temperature rise can be prevented. Finally, the ashing time was found to be best between 50 and 150 seconds.

한편, 비아 콘택홀 내부에 존재하는 하드 폴리머의 적절한 제거 여부는 에싱공정과 함께 후속되는 세정공정이 그 성공 여부를 알 수 있는 중요한 열쇠가 된다. 본 발명에서는 상술한 에싱공정에 연속하여 아민 계열의 에탄올이 혼합된 폴리머 제거 유기용제를 사용하여 65℃에서 15∼25분간 세정을 진행함으로써 도 3에서 예시되었던 비아 콘택홀 내부에 하드 폴리머를 적절한 제거와 알루미늄의 침해가 방지된 효과를 얻을 수 있었다.On the other hand, the proper removal of the hard polymer present in the via contact hole is an important key to know the success of the cleaning process and subsequent cleaning process. In the present invention, by using the polymer removal organic solvent in which the amine-based ethanol is mixed in succession to the above-described ashing process, washing is performed at 65 ° C. for 15 to 25 minutes to appropriately remove the hard polymer in the via contact hole illustrated in FIG. 3. The effect of preventing the intrusion of and aluminum was obtained.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit to which the present invention belongs.

따라서, 상술한 본 발명에 따르면, 원격 플라즈마 방식의 에싱 장비를 사용하는 에싱공정에서 첨가 가스로 암모니아 대신에 2.5∼12.5%의 질소가스를 사용하여 비아 콘택홀 내부에 하드 폴리머를 적절히 제거하고, 알루미늄의 침해 문제를 해결함으로써 반도체 소자의 도전 특성을 개선하고, 공정의 단순화 및 마진(margin) 확보면에서 개선된 효과를 거두었다.Therefore, according to the present invention described above, in the ashing process using the remote plasma type ashing equipment, 2.5 to 12.5% nitrogen gas instead of ammonia is used as the additive gas to properly remove the hard polymer inside the via contact hole, and aluminum By solving the infringement problem of the semiconductor device, the semiconductor device has improved the conduction characteristics of the semiconductor device and has improved the process simplification and margin.

Claims

Forming a via contact hole into the chamber of the remote plasma ashing equipment and loading the wafer for ashing;

Supplying oxygen (O ₂ ) and nitrogen (N ₂ ) gases to the chamber of the remote plasma ashing equipment; And

Ashing the via contact hole, characterized in that the step of ashing the wafer with a plasma formed using the oxygen and nitrogen gas.

The ashing method of a via contact hole according to claim 1, wherein the supply ratio of nitrogen gas is supplied at a rate of 2.5-12.5% with respect to oxygen gas.