(57)【要約】【課題】蝕刻副産物が除去された蝕刻対象物パターンの側面プロファイルを安全に確保することの出来る半導体素子の製造方法及び装置を提供する。【解決手段】蝕刻対象物パターンが形成された半導体基板が装着されるチャックと、溶液が保存された溶液保存部と、前記溶液保存部に保存された溶液を前記チャックに装着された半導体基板へ供給する溶液供給部と、前記溶液を常温より低い温度に設定された低温で維持させる熱交換部と、前記半導体基板が装着されたチャックを決まった時間だけ回転させ、前記溶液供給部を介して前記熱交換部によって低温になった溶液を前記半導体基板へ供給されるようにする制御部を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の配線またはトレンチパターン形成時に発生する蝕刻副産物を取り除く半導体素子の製造方法において、
前記副産物を取り除くための除去溶液を常温より低く設定された低温で形成する段階と、
前記低温の除去溶液で前記副産物を取り除く段階と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記除去溶液はフッ化水素を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１において、
前記除去溶液は硫酸、過酸化水素、フッ化水素及び超純水の混合溶液であることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記設定された低温は20℃以下の温度であることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記設定された低温は0℃〜20℃であることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記設定された低温は10℃〜20℃であることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１において、
前記副産物を取り除く段階は、前記副産物が残存する蝕刻対象物パターンが形成された半導体基板を数秒乃至数分間回転する段階と、
前記低温の除去溶液を前記回転する半導体基板へ供給する段階とをさらに含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項８】
請求項１において、
前記パターンは半導体基板、絶縁膜、誘電膜、導電膜、または金属膜から形成されることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記パターンは単一膜構造で形成されることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項８において、
前記パターンは多層膜構造で形成されることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項８において、
前記金属膜はアルミニウム、アルミニウム合金、あかがね、あかがね合金、金属シリサイド膜、またはバリア金属膜であることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
半導体素子の金属パターン形成時に発生する蝕刻副産物を取り除く半導体素子の製造方法において、
前記副産物を取り除くための除去溶液を常温より低く設定された低温で形成する段階と、
前記低温の除去溶液で前記副産物を取り除く段階と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記除去溶液は硫酸、過酸化水素、フッ化水素及び超純水の混合溶液であることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３において、
前記設定された低温は0℃〜20℃であることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記設定された低温は10℃〜20℃であることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２において、
前記パターンは単一膜構造で形成されることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１２において、
前記パターンは多層膜構造で形成されることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１２において、
前記パターンはアルミニウム、アルミニウム合金、あかがね、あかがね合金、タングステン、金属シリサイド膜、またはバリア金属膜であることを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
半導体素子の蝕刻対象物を蝕刻する際に発生する副産物を取り除く半導体素子の製造装置において、
蝕刻工程が進行し、蝕刻対象物パターンが形成された半導体基板が装着されるチャックと、
前記副産物を取り除くための溶液が保存された溶液保存部と、
上記溶液保存部に保存された溶液を前記チャックに装着された半導体基板へ供給する溶液供給部と、
前記溶液を常温より低い温度に設定された低温で維持させる熱交換部と、
前記半導体基板が装着されたチャックを決まった時間だけ回転させ、前記溶液供給部を介して前記熱交換部によって低温になった溶液を前記半導体基板へ供給するよう制御する制御部と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造装置。
【請求項２０】
請求１９項において、
前記熱交換部は、前記溶液供給部に設置された第1バルブと、
一側が前記溶液保存部に接続され、他側が前記第1バルブと溶液保存部との間の溶液供給部に接続された循環ラインと、
前記循環ラインに設置された第2バルブと、
前記循環ラインに設置され、前記循環ラインの溶液を低温化させる冷却部とをさらに含むことを特徴とする半導体素子の製造装置。
【請求項２１】
請求項２０において、
前記冷却部は、前記循環ラインに設置され、冷媒によって前記循環ラインの溶液を減温させる冷却パイプと、
前記冷却パイプを流れる冷媒を圧縮、膨脹、蒸発、及び凝縮する冷却器とをさらに含むことを特徴とする半導体素子の製造装置。
【請求項２２】
請求項２１において、
前記熱交換部は、前記循環ラインの溶液を昇温させるヒータと、
前記循環ラインの溶液温度を検出する温度検出部とをさらに含むことを特徴とする半導体素子の製造装置。
【請求項２３】
請求項１９において、
前記制御部は、前記第1バルブを遮断して前記第2バルブを開放した状態で前記熱交換部によって前記溶液保存部の温度を低温で維持させ、前記半導体基板の副産物を取り除くために、前記チャックを決まった時間だけ回転させ、前記第1バルブを開放して前記第2バルブを遮断した状態で前記溶液供給部を介して前記低温の溶液を前記回転する半導体基板へ供給するように制御することを特徴とする半導体素子の製造装置。
【請求項２４】
請求項２２において、
前記制御部は、前記温度検出部で検出される前記溶液の温度によって前記ヒータまたは冷却部を作動させ、前記溶液が設定された低温を維持するように制御することを特徴とする半導体素子の製造装置。
【請求項２５】
請求項１９において、
前記設定された低温は20℃以下の温度であることを特徴とする半導体素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子の製造技術に係り、特に、半導体素子の蝕刻対象物の蝕刻工程時に発生する蝕刻副産物(by-product)による欠陥を防止する事が出来る半導体素子の製造方法及びその製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の製造方法は、半導体基板上部に蝕刻対象物、例えばシリコン酸化膜(Si02)、シリコン窒化膜(SiN)または金属膜(例えば Al alloy,W,Cu)などを蒸着し、その上に写真工程でフォトレジストパターンを形成する。ついで、フォトレジストパターンを利用した乾式蝕刻工程で蝕刻対象物をパターニングして素子のパターンを形成し、フォトレジストパターンをとり除いた後に有機溶媒(solvent)または所定の溶液等で乾式蝕刻工程の時発生したポリマ (polymer)等の蝕刻副産物(by-product)をとり除く。
【０００３】
従来の蝕刻副産物除去方法では、プロセスチャンバ内で半導体基板を回転させながら、基板上部に蝕刻副産物の除去溶液を振り撤いてくれるスピンスプレ式(spin spray)、または半導体基板を除去溶液に漬けて処理するバス式(bath)が主に利用されている。現在は、バス式よりはスピンスプレ式が処理時間が速いという長所から、主として使用されている。
一方、最近は半導体素子の高集積化及び微細化技術と相俟って、素子パターンの線幅及びピッチが減少しており、このため配線も多層構造となっている。
【０００４】
ところが、このような高集積半導体素子(例えば配線)の製造工程時に、乾式蝕刻工程以後の配線側面にポリマ等の副産物が除去されないで残っていると配線欠陥の主要原因となる。したがって、乾式蝕刻工程後に配線に残っている副産物は必ず取り除かなければならない。この時、副産物の除去工程は主に常温(約25℃)で行なわれる。そこで、蝕刻副産物の除去工程時に副産物を完全に取り除くために工程時間を増加させると、半導体素子パターン、すなわち配線の側面が蝕刻副産物の除去溶液によって浸蝕(attack)され、正確な側面プロファイルを得る事が出来なくなるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上記のような従来技術の問題点を解決するために、蝕刻副産物の除去溶液を常温より低い低温で供給することで、蝕刻副産物の除去中の蝕刻対象物パターンの側面プロファイルを安全に確保する事が出来る半導体素子の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、蝕刻副産物の除去溶液を低温で維持させる熱交換部を具備することで、低温状態の除去溶液による副産物の除去中の蝕刻対象物パターンの側面浸蝕を減らす事が出来る半導体素子の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体素子の配線またはトレンチパターン形成時に発生する蝕刻副産物を取り除く半導体素子の製造方法において、副産物を取り除くための除去溶液を常温より低く設定された低温で形成する段階と、低温の除去溶液で副産物をとり除く段階とを含む。
また、上記目的を達成するために、本発明は、半導体素子の金属パターン形成時に発生する蝕刻副産物を取り除く半導体素子の製造方法において、副産物を取り除くための除去溶液を常温より低く設定された低温で形成する段階と、低温の除去溶液で副産物を取り除く段階とを含む。
【０００７】
上記他の目的を達成するために、本発明は、半導体素子の蝕刻対象物を蝕刻する際に発生する副産物を取り除く半導体素子の製造装置において、蝕刻工程が進行し、蝕刻対象物パターンが形成された半導体基板が装着されるチャックと、副産物を取り除くための溶液が保存された溶液保存部と、溶液保存部に保存された溶液をチャックに装着された半導体基板へ供給する溶液供給部と、溶液を常温より低い温度に設定された低温で維持させる熱交換部と、半導体基板が装着されたチャックを決まった時間だけ回転させ、溶液供給部を介して熱交換部によって低温になった溶液を半導体基板へ供給するよう制御する制御部とを含む。
本発明の上記目的と技術的構成及びそれによる作用效果に関する詳しい内容は、本発明の望ましい実施例を図示している図面を参照しながら、以下の詳細な説明を読むことにより明確に理解されよう。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、配線、コンタクト/ビア電極等の蝕刻対象物を蝕刻した後に行なわれる蝕刻副産物の除去工程時に、蝕刻副産物の除去溶液を常温より低い低温で供給することで蝕刻対象物パターンの蝕刻率を減らし、半導体素子パターンの側面プロファイルを安全に確保する事が出来る。
したがって、本発明は、半導体素子の蝕刻副産物及び/または素子パターンの側面プロファイルの過度の蝕刻による不良を大きく減らし、収率及び信頼性を向上させる事が出来る。
【０００９】
また、本発明は蝕刻、すなわち蝕刻副産物除去時間の誤差許容範囲を増加させることで、より経済的で適用が有利な公正マージン確保を可能にさせる。
なお、本発明は開示した実施例に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載した本発明の技術的思想と範疇内で当業者によって種々の変形が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例について説明する。
図1は本発明に係る半導体素子の製造装置を概略的に表わした構成図である。図1を参照すれば、本発明の製造装置はプロセスチャンバ(10)と、溶液保存部(30)と、溶液供給部(L1,L2)と、熱交換部(44)と、循環ライン(Lc1,Lc2)と、制御部(50)とで構成される。
【００１１】
プロセスチャンバ(10)は、蝕刻工程が進行し、半導体素子の蝕刻対象物パターンが形成された半導体基板(14)が装着されるスピンチャック(spin chuck)(12)と、スピンチャック(12)を所定の回転数（RPM）で回転させるモータ駆動部(16)とが含まれる。一般的に、半導体基板(14)は基板の表面上に蝕刻されたパターンを持つが、例えば、絶縁層中に金属配線またはトレンチパターンを含む場合や、これに加えてビアやコンタクトホールを有する場合をも含むことが出来る。スピンチャック(12)下部にはN2等の非活性ガスが供給され、半導体基板(14)をフローティングさせる役目をする。スピンチャック(12)の周囲には集水部(13a-13c)が配置され、蝕刻副産物の除去溶液が外部へ弾くことを防止する。集水部(13a-13c)の溶液は回収ライン(18)を介して溶液保存部(30)に回収されるか、排出ライン(18)を介して外部へ排出される。また、プロセスチャンバ(10)の半導体基板(14)の上部面には蝕刻対象物の蝕刻工程時に発生した副産物を取り除くための溶液を、スプレ式で振り撤くか、流すための吐出部(22)が配設される。また、プロセスチャンバ(10)には排気ガスとしてN2が供給され、排気口を介して排気される。
【００１２】
溶液保存部(30)は、プロセスチャンバ(10)に基板を洗浄するための、すなわち蝕刻対象物パターンの蝕刻工程時に発生した副産物を取り除くための溶液、例えば硫酸(H2SO4)、過酸化水素(H202)、フッ化水素(HF)が、超純水(DI water:deionized water)またはオゾン水(DI03)と一緒に混合された状態で保存された少なくとも1個以上の保存容器(32,34)を含む。溶液保存部(30)の各保存容器(32,34)は、プロセスチャンバ(10)に除去溶液を供給する少なくとも1個以上の溶液供給部である供給ライン(L1,L2)と接続され、さらに熱交換部(44)に除去溶液を供給する少なくとも1個以上の循環ライン(Lc1,Lc2)と接続される。そして溶液保存部(30)は決まった時間だけ、使用した蝕刻副産物の除去溶液を外部へ排出するための排出ライン(18)とも接続される。
【００１３】
各溶液供給部のライン(L1,L2)は、溶液保存部(30)に保存された溶液をプロセスチャンバ(10)内のスピンチャック(12)に装着された半導体基板(14)へ供給する。溶液供給部の供給ライン(L1,L2)には第1バルブ(24,26)が設置されている。蝕刻副産物の除去工程時にプロセスチャンバ(10)に溶液保存部(30)から蝕刻副産物の除去溶液を供給する際には、第1バルブ(24,26)が開放(ON)になるが、それ以外の工程時に第1バルブ(24,26)は遮断(OFF)になる。
【００１４】
循環ライン(Lc1,Lc2)は一側が溶液保存部(30)に接続され、他側が第1バルブ(24,26)と溶液保存部(30)との間の溶液供給部(L1,L2)に接続される。このような循環ライン(Lc1,Lc2)には、第2バルブ(40,42)が設置され、第2バルブの開放(ON)または遮断(OFF)によって、除去溶液が熱交換部(44)に循環され、溶液保存部(30)の保存容器(32,34)に入って行くかまたは、熱交換部(44)の循環が遮断される。
【００１５】
本発明の製造装置では、制御部(50)が第1バルブ(24,26)及び第2バルブ(40,42)の開放(ON)または遮断(OFF)を制御する。プロセスチャンバ(10)で蝕刻副産物を取り除かない時には、制御部(50)は第1バルブ(24,26)を遮断(OFF)、第2バルブ(40,42)を開放(ON)して溶液保存部(30)の除去溶液を熱交換部(44)へ循環させ、除去溶液の温度が常温より低く設定された低温(20℃以下)、望ましくは-20℃〜20℃の温度で維持するようにする。
【００１６】
一方、プロセスチャンバ(10)で蝕刻副産物を取り除く時には、制御部(50)は第1バルブ(24,26)を開放(ON)、第2バルブ(40,42)を遮断(OFF)するよう制御する。このような第1バルブ(24,26)の開放により、熱交換部(44)で20℃以下の低温に維持された溶液は、供給ライン(L1,L2)を介してプロセスチャンバ(10)に供給され、スピンチャック(12)に装着された半導体基板(14)へスプレ式で振り撤かれるように流れる。この時、プロセスチャンバ(10)で蝕刻副産物を取り除く時間は、数秒(例えば、3,5、または10秒)〜数分(例えば、2,3、または5分)に限定する。
【００１７】
本発明の制御部(50)は、プロセスチャンバ(10)の蝕刻副産物除去工程時に、スピンチャック(12)のモータ駆動部(16)を作動させ、スピンチャック(12)に装着された半導体基板(14)が所定の回転数（RPM）で回転されるようにする。
【００１８】
本発明の熱交換部(44)は、図面には詳細に図示されていないが、循環ライン(Lc1,Lc2)に設置され、循環ライン(Lc1,Lc2)を介して流れる除去溶液を降温あるいは昇温させる冷却部及びヒータで構成される温度制御部(48)をさらに含む。ここで、温度制御部(48)の冷却部は、冷媒によって循環ライン(Lc1,Lc2)を介して流れる除去溶液を降温させる冷却パイプと、冷却パイプを流れる冷媒を圧縮、膨脹、蒸発及び凝縮する冷却器とで構成される。
【００１９】
また、本発明の製造装置は、温度検出部(46)をさらに含み、温度検出部(46)を介して熱交換部(44)の冷却パイプ温度または冷媒温度を検出し、これを制御部(50)に送る。温度検出部(46)で検出された温度が設定された温度と異なっている場合、制御部(50)は温度制御部(48)の冷却部またはヒータが作動するように制御し、熱交換部(44)の冷媒温度を降温または昇温させて20℃以下の低温に一致させる。このような熱交換部(44)の温度調節はプロセスチャンバ(10)の未作動時に実行される。
【００２０】
また、本発明による半導体素子の製造装置は、それぞれスピンスプレが装着されたチャンバを多数個配置した装置にも適用が可能で、バス内で蝕刻副産物の除去溶液を漬け、この溶液内に基板を漬けるバス方式でも適用でき、また、バス方式を一部に含む場合にも変形して適用することが可能である。
【００２１】
図2は本発明による半導体素子の製造装置の制御方法を表わした流れ図である。図2を参照すると、図1に示された半導体素子の製造装置の制御方法は次の通りである。
制御部(50)は、プロセスチャンバ(10)または他のチャンバで半導体素子の蝕刻対象物を蝕刻する場合に発生した蝕刻副産物を取り除く工程なのか否かを判断する(Sl00)。
【００２２】
S100の判断結果、プロセスチャンバ(10)の蝕刻副産物除去工程である場合、制御部(50)は溶液供給部である供給ライン(L1,L2)に設置された第1バルブ(24,26)を開放するためのオン(ON)信号、循環ライン(Lc1,Lc2)に設置された第2バルブ(40,42)を遮断するためのオフ(OFF)信号を発生する。(S110)
【００２３】
すると、プロセスチャンバ(10)の吐出部(22)に、供給ライン(L1,L2)を介して溶液保存部(30)に保存された蝕刻副産物の除去溶液、例えば硫酸(H2SO4)、過酸化水素(H202)、フッ化水素(HF)と超純水またはオゾン水とが一緒に混合された希薄された溶液、が供給される。この時、除去溶液は熱交換部(44)によって20℃以下の低温、望ましくは-20℃〜20℃の温度で維持される(S120)。吐出部(22)に供給された除去溶液はモータ駆動部(16)によって所定の回転数（RPM）で回転するスピンチャック(12)の半導体基板(14)上部面にスプレ式で振り撤かれるように吐出される。このような蝕刻副産物の除去工程は数秒乃至数分の間実行される。
【００２４】
本発明では、20℃以下の低温の副産物除去溶液によって、回転する半導体基板の蝕刻副産物、例えばポリマ、非ポリマ粒子(例えば、金属、酸化物または窒化物粒子)、蝕刻残余物等が除去される際に、常温(約25℃)の除去溶液を使った時より-20℃〜20℃の低温状態の溶液を使った時の方が蝕刻対象物パターンの蝕刻反応速度を遅らせるので、パターンの蝕刻浸蝕(attack)を減少させる。
【００２５】
一方、S100の判断の結果、プロセスチャンバ(10)で蝕刻副産物除去工程を実行する以前、または完了以後は、制御部(50)は供給ライン(L1,L2)に設置された第1バルブ(24,26)を遮断するためのオフ(OFF)信号と循環ライン(Lc1,Lc2)に設置された第2バルブ(40,42)を開放するためのオン(ON)信号とを発生及び/または維持する(S130)。
【００２６】
ここで、プロセスチャンバ(10)で蝕刻副産物の除去工程が完了した以後の場合は、集水部(13a〜13c)の副産物除去溶液が回収ライン(18)を介して溶液保存部(30)に回収される。また、蝕刻副産物の除去工程以前の場合は、除去溶液は、プロセスチャンバ(10)から溶液保存部(30)へは回収されない。
【００２７】
第1バルブ(24,26)のオフ(OFF)信号と第2バルブ(40,42)のオン(ON)信号とによって溶液保存部(30)の蝕刻副産物の除去溶液がプロセスチャンバ(10)に供給されないで、循環ライン(Lc1,Lc2)を介して熱交換部(44)に循環される(S140)。熱交換部(44)の冷媒溶液は20℃以下の低温、望ましくは-20℃〜20℃の温度に維持されているので、除去溶液も熱交換部(44)の冷媒温度によって常温よりは低い20℃以下の低温に維持され、溶液保存部(30)の保存容器(32,34)に入って行く。したがって、プロセスチャンバ(10)へ除去溶液が供給されない間に、溶液保存部(30)の除去溶液は循環ライン(Lc1,Lc2)を介して熱交換部(44)に循環され、熱交換部(44)の冷媒温度によって20℃以下の低温状態に維持することが出来る。
【００２８】
S140段階以後、制御部(50)は、熱交換部(44)を介して溶液保存部(30)の蝕刻副産物の除去溶液温度を常温より低く設定された20℃以下の低温で常時維持するために、温度検出部(46)を介して熱交換部(44)の冷却パイプ温度または冷媒温度を検出する。制御部(50)は、検出された温度が設定された20℃以下の低温の温度か否かを比較する(S150)。
【００２９】
S150の比較結果、検出された温度が20℃以上の温度である場合には、制御部(50)は温度制御部(48)の冷却部を作動させ、熱交換部(44)の冷媒温度を降温して設定された20℃以下の低温の温度に合わせる。あるいはS150の比較結果、検出された温度が設定された温度、例えば-20℃以下よりもっと低い場合には、制御部(50)は温度制御部(48)のヒータを作動させ、熱交換部(44)の冷媒温度を昇温し、設定された-20℃〜20℃温度に合わせる(S160)。本発明の一つの実施例では、制御部(50)は測定された温度が設定された温度-20℃〜20℃であるか否かを検査する。
【００３０】
図3は本発明による半導体素子の製造過程を表わした流れ図である。図3を参照すれば、本発明に係る半導体素子の製造過程は、半導体素子の蝕刻対象物を蝕刻した後に蝕刻副産物を取り除くすべての工程に含まれる。
【００３１】
本発明を適用することが出来る半導体製造過程を説明する。まず半導体基板上部に蝕刻対象物を形成し、その上に写真工程でフォトレジストパターンを形成する。フォトレジストパターンを利用した乾式蝕刻工程で蝕刻対象物をパターニングし、半導体素子パターンである蝕刻対象物パターンを形成する(S10)。
【００３２】
フォトレジストパターンの除去後に、超純水またはオゾン水で希薄することの出来る蝕刻副産物の除去溶液が、本発明によって低温状態、例えば-20℃〜20℃に維持されたままプロセスチャンバに供給され、蝕刻対象物パターンの蝕刻工程時に発生したポリマ等の蝕刻副産物を除去する(S20-S30)。
ついで-20℃〜20℃の低温溶液によって蝕刻副産物が除去された半導体基板を、例えば、超純水でリンスした後に乾燥する(S40-S50)。
【００３３】
ここで、本発明の適用可能な蝕刻対象物としては、半導体基板、絶縁膜、誘電膜、導電膜、または金属膜等があり、これらの膜は単一膜または多層膜として形成される。この時、金属膜としてはアルミニウム、アルミニウム合金、あかがね及び/またはあかがね合金等の種々の金属またはその合金(alloy)が使用可能でTiSiまたはWSi等の金属シりサイド膜も使用することができる。また、Ti/TiNまたはTaN等のバリア(barrier)金属膜も使用することが出来る。
【００３４】
次に、図4及び図5を参照して、本発明の実施例による半導体素子の配線またはコンタクト電極製造工程の時蝕刻副産物を取り除く工程について説明する。
図4a乃至図4cは本発明の一つの実施例による半導体素子の配線製造工程を表わした工程手順図である。
【００３５】
図4aに示すように、半導体基板(100)上部にUSG,PSG,FSG及びBPSGような層間絶縁膜(102)を形成し、この絶縁膜上部に蝕刻対象物としてAl等の金属膜(104)を蒸着する。そして、その上に写真工程を施してフォトレジストを塗布し、これを露光及び現象してフォトレジストパターン(106)を形成する。
【００３６】
ついで図4bに示すように、フォトレジストパターン(106)によって現われた金属膜(104)をプラズマ等の乾式蝕刻工程で蝕刻する。この時、フォトレジストパターン(106)及び金属膜パターン(104a)の側面にポリマ等の蝕刻副産物(108)が発生する。
【００３７】
本発明の一つの実施例では、図4cに示すように、フォトレジストパターンを除去し、図1のプロセスチャンバ(10)内に基板をローディングした後、プロセスチャンバ(10)の吐出部(22)から供給ライン(L1,L2)を介して-20℃〜20℃の低温状態の除去溶液、例えば、硫酸(H2SO4)、過酸化水素(H202)、フッ化水素(HF)が超純水またはオゾン水(DIO3)と一緒に混合され希薄された溶液、が供給される。吐出部(22)に供給された蝕刻副産物の除去溶液は、モータ駆動部(16)によって所定の回転数（RPM）で回転するスピンチャック(12)の半導体基板(14)上部面に、数秒乃至数分の間スプレ式で振り撤かれる。これにより、金属膜パターン(104a)の蝕刻工程時に発生したポリマ等の蝕刻副産物は除去される。蝕刻副産物の除去溶液の温度が常温より低い-20℃〜20℃の低温、または、他の実施例で0℃〜20℃、10℃〜20℃または12℃〜18℃に維持されるので金属膜パターン(104a)に対する除去溶液の蝕刻影響が縮んでパターン側面プロファイルの浸蝕が縮むようになる。
【００３８】
図5a乃至図5fは本発明の他の実施例による半導体素子のコンタクト電極製造工程を表わした工程手順図である。
図5aに示すように、半導体基板(200)上部にUSG,PSG,FSG及び/またはBPSG等の層間絶縁膜(202)を形成し、引き続きこの絶縁膜上部に写真工程を施してフォトレジストを塗布し、これを露光及び現像してフォトレジストパターン(204)を形成する。
【００３９】
その後、図5bに示すように、フォトレジストパターン(204)によって現われた層間絶縁膜(202)を所定の深さに蝕刻し、基板の活性領域が現われるようにコンタクトホール(206)を形成する。本発明の一つの実施例で、バリア金属膜(208)をチタン窒化膜(TiN)/チタン(Ti)層にすることも出来る。その後、図5cに示すように、層間絶縁膜(202)全面にバリア金属膜(barrier metal)(208)としてチタン(Ti)またはチタン窒化膜(TiN)を蒸着する。そして、図5dに示すように、蝕刻対象物(210)としてタングステン(W)を層間絶縁膜(202)のコンタクトホールに充填する。
【００４０】
ついで、図5eに示すように、タングステン膜(210)上部に写真工程を施してフォトレジストパターン(212)を形成し、このフォトレジストパターン(212)によって現われたタングステン膜(210)及びバリア金属膜(208)を乾式蝕刻してコンタクト電極(21Oa)を形成する。このような蝕刻工程時に、フォトレジストパターン(212)及びコンタクト電極(21Oa)の側面に蝕刻副産物(214)が発生する。
【００４１】
本発明の他の実施例では、図5fに示すように、フォトレジストパターンを除去する。そして、図1のプロセスチャンバ(10)内に上記工程が終了した半導体基板をローディングし、プロセスチャンバへ-20℃〜20℃の低温状態に維持された蝕刻副産物の除去溶液を供給して半導体基板上部面にスプレーで振り撤くように吐出する。数秒〜数分の間、回転する半導体基板上部に供給される低温の蝕刻副産物の除去溶液によってコンタクト電極(210a)が形成された基板に残っている蝕刻副産物が除去される。この時、コンタクト電極(210a)が、常温の除去溶液より低温溶液によって蝕刻反応の影響が減るので、側面プロファイルの浸蝕が縮むようになる。
なお、本発明は上述した配線、コンタクト電極だけでなく多層配線構造のビア電極製造工程時に発生した蝕刻副産物除去にも適用が可能である。
【００４２】
図6a及び図6bは、本発明によるそれぞれ異なる温度条件で半導体素子の蝕刻副産物を取り除いた時、浸蝕が発生した配線及び正常的な配線をそれぞれ表わしたSEM図面である。
図6aを参照すれば、23℃で30秒、配線の蝕刻副産物を取り除いた時より、12℃〜18℃でそれぞれ90秒、80秒、35秒で配線の蝕刻副産物を取り除いた時の方が、配線の浸蝕をより一層減らすことが出来ることがわかる。
【００４３】
図6bは図6aと同じ温度条件で、工程時間だけを10秒程度縮めて蝕刻副産物を取り除いた時のSEM図面を表わしたものである。このように、本発明によって、20℃以下の低温状態を持つ蝕刻副産物の除去溶液で配線の蝕刻副産物を取り除くと、20℃以上の常温で配線の蝕刻副産物を取り除いた時より、良好な配線の側面プロファイルを確保する事が出来る。これは20℃以上の常温状態の溶液で蝕刻副産物を取り除いた時は配線の蝕刻反応が早いのに比べて20℃以下低温状態の溶液で蝕刻副産物を取り除いた時は配線の蝕刻反応が遅くなるからである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による半導体素子の製造装置を概略的に表わした構成図。
【図２】本発明による半導体素子製造装置の制御方法を表わした流れ図。
【図３】本発明による半導体素子の製造過程を表わした流れ図。
【図４ａ】本発明の一つの実施例による半導体素子の配線製造工程を表わした工程手順図（その１）。
【図４ｂ】本発明の一つの実施例による半導体素子の配線製造工程を表わした工程手順図（その２）。
【図４ｃ】本発明の一つの実施例による半導体素子の配線製造工程を表わした工程手順図（その３）。
【図５ａ】本発明の他の実施例による半導体素子のコンタクト電極製造工程を表わした工程手順図（その１）。
【図５ｂ】本発明の他の実施例による半導体素子のコンタクト電極製造工程を表わした工程手順図（その２）。
【図５ｃ】本発明の他の実施例による半導体素子のコンタクト電極製造工程を表わした工程手順図（その３）。
【図５ｄ】本発明の他の実施例による半導体素子のコンタクト電極製造工程を表わした工程手順図（その４）。
【図５ｅ】本発明の他の実施例による半導体素子のコンタクト電極製造工程を表わした工程手順図（その５）。
【図５ｆ】本発明の他の実施例による半導体素子のコンタクト電極製造工程を表わした工程手順図（その６）。
【図６ａ】本発明によるそれぞれ異なる温度条件で半導体素子の蝕刻副産物を取り除いた時、浸蝕が発生した配線及び正常な配線をそれぞれ表わしたSEM図面（その１）。
【図６ｂ】本発明によるそれぞれ異なる温度条件で半導体素子の蝕刻副産物を取り除いた時、浸蝕が発生した配線及び正常な配線をそれぞれ表わしたSEM図面（その２）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
2005064454.tif 000009
【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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【図５ｅ】
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【図５ｆ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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