KR100333059B1

KR100333059B1 - 웨이퍼세정방법및이를수행하기위한세정장치

Info

Publication number: KR100333059B1
Application number: KR1019980048947A
Authority: KR
Inventors: 정기홍; 김범수; 신상욱; 김봉현
Original assignee: 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-11-14
Filing date: 1998-11-14
Publication date: 2002-10-25
Also published as: KR20000032481A; JP2000150444A

Abstract

웨이퍼에 증류수(DIW)와 암모니아수(NH₄OH)를 분사하여 웨이퍼 상에 존재하는 오염 입자를 제거하는 것을 특징으로 하는 세정 방법 및 이를 수행하기 위한 세정 장치가 개시되어 있다. 다층 배선 구조를 위한 콘택 형성공정시 장벽 금속층의 증착 특성으로 인해 상기 웨이퍼상에 발생하는 오염 입자를 효과적으로 제거함으로써 배선층의 증착 불량을 방지할 수 있다.

Description

웨이퍼 세정 방법 및 이를 수행하기 위한 세정 장치{METHOD FOR WASHING OF WAFER AND WASHING APPARATUS SANE}

본 발명은 웨이퍼 세정 방법 및 이를 수행하기 위한 세정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다층 배선 구조를 위한 콘택 형성공정시 장벽 금속층(barrier metal layer)의 증착 특성에 의해 웨이퍼상에서 발생하는 오염 입자를 효과적으로 제거할 수 있는 웨이퍼 세정 방법 및 이를 수행하기 위한 세정 장치에 관한 것이다.

반도체 장치가 소형화 및 경량화되는 추세에 따라 그 디자인-룰(design rule)이 감소하면서 배선에 의한 RC 지연이 동작 속도를 결정하는 중요한 요인으로 등장하고 있다. 이에 따라 다층 배선 구조가 실용화되고 있는데, 마이크로 프로세서와 같은 고집적회로 소자의 경우 요구되어지는 금속 배선층의 수가 기존의 2∼3층에서 4∼6층으로 증가되어 가고 있으며, 향후 더 높은 고집적회로 소자의 경우에는 그 이상의 배선층을 사용할 것으로 예상되어지고 있다.

도 1 및 도 2는 종래 방법에 의한 다층 배선 구조를 갖는 반도체 장치의 콘택 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 1을 참조하면, 필드 산화막(도시하지 않음)에 의해 활성 영역과 소자분리 영역으로 구분되어진 반도체 기판(10)의 활성 영역에 게이트 산화막(12), 게이트 전극(14) 및 소오스/드레인 영역(도시하지 않음)으로 이루어진 트랜지스터를 형성한다. 이어서, 트랜지스터가 형성된 기판(10)의 상부에 비트라인이나 캐패시터 등의 회로 소자들을 형성한 후, 결과물의 상부에 절연층(16)을 형성한다.

사진식각 공정을 통해 절연층(16)을 건식 식각하여 트랜지스터의 게이트 전극(14)을 노출시키는 제1 콘택홀(18a)과, 활성 영역, 즉 소오스/드레인 영역을 노출시키는 제2 콘택홀(18b)을 형성한다.

제1 및 제2 콘택홀(18a, 18b)을 포함한 절연층(16)의 상부에 티타늄(Ti)과 티타늄 나이트라이드(TiN)를 순차적으로 스퍼터링하여 장벽 금속층(20)을 형성한다. 이때, 스퍼터링의 특성상 낙성 입자나 폴리머(polymer)와 같은 오염 입자(22)들이 다량 발생하여 도 1에 도시한 바와 같이 장벽 금속층(20)의 표면에 존재하게 된다. 상기와 같이 존재하는 오염 입자(22)들은 상기 제1 및 제2콘택홀(18a, 18b)을 부분적으로 막거나 완전하게 막아버려 후속 금속 증착 공정에서 콘택홀의 금속 증착 불량을 유발시키므로서 적절하게 제거되어야 한다.

도 2를 참조하면, 장벽 금속층(20)의 표면에 존재하는 오염 입자(22)들을 제거하기 위하여 스핀 스크러버(spin scrubber)에 의한 세정 공정을 실시한다. 이어서, 장벽 금속층(20)의 상부에 텅스텐 또는 알루미늄과 같은 금속을 증착하여 배선층(24)을 형성한 후, 사진식각 공정을 통해 배선층(24)을 패터닝한다. 배선층(24)은 제1 콘택홀(18a)을 통해 트랜지스터의 게이트 전극(14)에 연결되고 제2 콘택홀(18b)을 통해 소오스/드레인 영역에 연결된다.

도 3a 및 도 3b는 도 2에서 실시하는 스핀 스크러버 세정 공정을 설명하기 위한 개략도들이다.

도 3a를 참조하면, 웨이퍼(50)를 회전 가능한 진공 스핀 척으로 고정한 상태에서, 웨이퍼(50)를 회전시키면서 습윤(wetting)성을 유지하기 위하여 증류수(DIW)를 웨이퍼(50) 상에 지속적으로 분사하여 린스(rinse)를 실시한다. 이때, PVA, 모헤어(mohair) 또는 나일론(nylon) 재질의 고속 스핀형 브러쉬(brush)(52)를 사용하여 웨이퍼(50)의 표면에 흡착된 오염 입자(22)들을 제거한다. 즉, 웨이퍼(50)와 웨이퍼(50)의 상부에 증류수 린스에 의해 얇게 형성된 수막을 사이에 두고 브러쉬(52)가 웨이퍼(50) 상에 돌출된 오염 입자(22)들과 접촉하여 비질을 하는 것과 같은 개념으로 오염 입자(22)들을 제거한다.

도 3b를 참조하면, 상술한 바와 같이 고속 스핀형 브러쉬(52)를 이용하여 웨이퍼(50) 상의 오염 입자(22)들을 제거한 후, 수직(90°)으로 고정된 초음파 노즐(D-sonic)(54)을 사용하여 증류수에 초음파를 가함으로써 물분자를 진동시킨다. 이에 따라 활성화된 물분자가 웨이퍼(50) 상의 오염 입자(22)들을 타격하여 오염 입자(22)들을 웨이퍼(50)로부터 탈착시킨다.

상술한 스핀 스크러버 세정 공정이 완료되면, 필수적으로 4500RPM의 고속 회전에 의해 웨이퍼(50) 상에 존재하는 물분자를 원심력을 이용하여 제거하는 건조 공정을 수행한다.

그러나, 이러한 스핀 스크러버 세정에 의하면 장벽 금속층의 증착 특성에 의해 발생하는 오염 입자들을 제거하는데 한계가 있으므로, 도 2에 도시한 바와 같이 오염 입자에 의해 콘택홀이 부분적으로 막히거나 완전히 막히게 됨으로써 배선층이 콘택홀에 매립되지 못하는 배선층의 증착 불량이 발생한다(도 2의 A 영역).

따라서, 본 발명의 목적은 다층 배선 구조를 위한 콘택 형성공정시 장벽 금속층의 증착 특성에 의해 발생하는 오염 입자를 효과적으로 제거할 수 있는 세정방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 세정 방법을 수행하는데 특히 적합한 세정 장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 웨이퍼에 증류수(DIW)와 암모니아수(NH₄OH)를 분사하여 상기 웨이퍼 상에 존재하는 오염 입자를 제거하는 것을 특징으로 하는 세정 방법을 제공한다.

바람직하게는, 암모니아수는 0.5∼5%의 농도로 사용한다.

바람직하게는, 증류수와 암모니아수를 분사하는 동안 웨이퍼 상에서 브러쉬를 회전시키면서 오염 입자를 제거한다.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 원리에 의한 세정 방법은, 웨이퍼에 증류수(DIW)와 암모니아수(NH₄OH)를 분사하여 상기 웨이퍼 상에 존재하는 오염 입자를 제거하는 제1단계; 및 상기 웨이퍼에 증류수를 분사하면서 비스듬히 고정되어 있는 초음파 노즐을 통해 상기 증류수에 초음파를 가하여 상기 웨이퍼 상에 존재하는 오염 입자를 제거하는 제2단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 방법을 제공한다.

바람직하게는, 제1 단계에서 웨이퍼 상에서 브러쉬를 회전시켜 오염 입자를 제거한다.

바람직하게는, 초음파 노즐은 30∼45°의 각도로 고정하여 사용한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 웨이퍼에 증류수를 분사하기위한 증류수 노즐; 상기 웨이퍼에 암모니아수를 분사하기 위한 암모니아수 노즐; 상기 웨이퍼의 표면에 존재하는 오염 입자를 제거하기 위한 스핀형 브러쉬; 및 비스듬히 고정되어 상기 증류수에 초음파를 가하기 위한 초음파 노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 장치를 제공한다.

도 1 및 도 2는 종래 방법에 의한 반도체 장치의 콘택 형성방법을 설명하기 위한 단면도들.

도 3a 및 도 3b는 도 2에서 실시하는 세정 공정을 설명하기 위한 개략도들.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 의한 반도체 장치의 콘택 형성방법을 설명하기 위한 단면도들.

도 7a 및 도 7b는 도 6에서 실시하는 세정 공정을 설명하기 위한 개략도들.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 반도체 기판 102 : 게이트 산화막

104 : 게이트 전극 106 : 절연층

108a, 108b : 콘택홀 110 : 장벽 금속층

112 : 오염 입자 114 : 배선층

116 : 웨이퍼 118 : 브러쉬

120 : 초음파 노즐

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

도 4 내지 도 6은 본 발명에 의한 세정 방법이 적용되는 반도체 장치의 콘택 형성방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 4는 제1 콘택홀(108a) 및 제2 콘택홀(108b)을 형성하는 단계를 도시한다. 필드 산화막(도시하지 않음)에 의해 활성 영역과 소자분리 영역으로 구분되어진 반도체 기판(100)의 활성 영역에 통상의 트랜지스터 제조 공정을 수행하여 게이트 산화막(102), 게이트 전극(104) 및 소오스/드레인 영역(도시하지 않음)으로 이루어진 트랜지스터를 형성한다. 이어서, 트랜지스터가 형성된 기판(100)의 상부에 비트라인이나 캐패시터 등의 회로 소자들을 형성한 후, 결과물의 상부에 절연층(106)을 형성한다.

사진식각 공정을 통해 절연층(106)을 건식 식각하여 트랜지스터의 게이트 전극(104)을 노출시키는 제1 콘택홀(108a)과, 활성 영역, 즉 소오스/드레인 영역을 노출시키는 제2 콘택홀(108b)을 형성한다.

도 5는 제1 및 제2 콘택홀(108a, 108b)을 포함한 절연층(106)의 상부에 장벽금속층(110)을 형성하는 단계를 도시한다. 바람직하게는, 장벽 금속층(110)은 티타늄(Ti)과 티타늄 나이트라이드(TiN)를 순차적으로 스퍼터링하여 형성한다. 이때, 스퍼터링을 진행하면서 발생하는 낙성 입자나 폴리머와 같은 오염 입자(112)들이 장벽 금속층(110)의 표면에 존재하게 된다.

도 6은 배선층(114)을 형성하는 단계를 도시한다. 상술한 바와 같이 장벽 금속층(110)을 형성한 후, 장벽 금속층(110)의 표면에 존재하는 오염 입자(112)들을 제거하기 위하여 세정 공정을 실시한다. 이어서, 장벽 금속층(110)의 상부에 텅스텐 또는 알루미늄과 같은 금속을 증착하여 배선층(114)을 형성한 후, 사진식각 공정을 통해 배선층(114)을 패터닝한다. 배선층(114)은 제1 콘택홀(108a)을 통해 트랜지스터의 게이트 전극(104)에 연결되고 제2 콘택홀(108b)을 통해 소오스/드레인 영역에 연결된다.

이하, 본 발명의 세정 공정을 도 7a 및 도 7b를 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 7a를 참조하면, 장벽 금속층이 형성되어 있는 웨이퍼(116)를 회전 가능한 진공 스핀 척으로 고정한 후, 웨이퍼(116)를 회전시키면서 증류수(DIW)와 암모니아수(NH₄OH)를 분사한다.

증류수는 웨이퍼(116)의 습윤성을 유지시키는 역할을 하며, 세정 공정이 완료될 때까지 지속적으로 분사한다. 바람직하게는, 암모니아수는 0.5∼5%의 농도로 희석하여 사용하며 더욱 바람직하게는 1.4%의 농도로 사용한다. 종래에는 증류수만을 이용하여 1차 세정을 실시하였으나, 본 발명에서는 증류수와 암모니아수를 함께 사용함으로써 암모니아수에 의해 폴리머 계통의 오염 입자들을 녹여서 완전히 제거할 뿐만 아니라 오염 입자들이 웨이퍼(116)의 표면에 재흡착되는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 웨이퍼(116) 상에 증류수와 암모니아수를 분사하는 동안 PVA, 모헤어 또는 나일론 재질의 고속 스핀형 브러쉬(118)를 사용하여 웨이퍼(116)의 표면에 흡착된 오염 입자(112)들을 제거한다. 즉, 웨이퍼(116)와 그의 상부에 증류수 린스에 의해 얇게 형성된 수막을 사이에 두고 브러쉬(118)의 표면이 웨이퍼(116) 상에 돌출된 오염 입자(112)들과 접촉하여 빗질을 하는 것과 같은 개념으로 오염 입자(112)들을 제거한다. 바람직하게는, 웨이퍼(116)와 브러쉬(118)는 동일한 방향으로 회전시킨다.

도 7b를 참조하면, 상술한 바와 같이 증류수와 암모니아수를 분사하면서 고속 스핀형 브러쉬(118)로 웨이퍼(116)를 1차 세정한 후, 30°∼ 45°의 각도로 고정된 초음파 노즐(120)을 웨이퍼(116)상에 형성된 오염입자(112)와 웨이퍼(116) 사이의 방향으로 향하게 하고, 이를 좌우로 이동시켜 웨이퍼(116)를 2차 세정한다. 즉, 초음파 노즐(120)에 의해 증류수에 초음파를 가하여 상기 웨이퍼(116)와 그 상부에 형성된 오염 물질(112)의 결합 부위에 형성된 수막의 물분자를 고속으로 진동시킴으로써, 활성화된 물분자가 웨이퍼(116) 상의 오염 입자(112)들을 타격하여 오염 입자(112)들을 웨이퍼(116)로부터 탈거시킨다.

종래의 세정 방법에서는 90°로 고정된 초음파 노즐을 사용하여 웨이퍼에 수직 성분의 힘을 가하여 오염 입자들을 탈거시켰으나, 본 발명에서는 초음파 노즐을 30°∼45°의 각도로 고정시켜 사용함으로써 웨이퍼에 수직 성분뿐만 아니라 수평 성분의 힘을 가할 수 있으므로 오염 입자들을 더욱 효과적으로 웨이퍼로부터 탈거시킬 수있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 증류수와 암모니아수를 이용하여 웨이퍼 상의 오염 입자를 효과적으로 제거한다. 따라서, 다층 배선 구조를 위한 콘택 형성공정시 장벽 금속층의 증착 특성으로 인해 발생하는 오염 입자를 효과적으로 제거함으로써, 배선층의 증착 불량을 방지하여 수율을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

웨이퍼에 증류수(DIW)와 암모니아수(NH₄OH)를 분사하여 상기 웨이퍼 상에 존재하는 오염 입자를 제거하는 제1단계와,

고속 스핀형 브러쉬를 회전시켜 상기 웨이퍼의 표면에 존재하는 오염 입자를 빗질 형태로 제거하는 제2단계와,

상기 웨이퍼에 증류수를 분사하면서 비스듬히 고정되어 있는 초음파 노즐을 통해 상기 웨이퍼상의 오염 입자에 형성된 수막에 초음파를 가하여 물분자가 상기 오염 입자를 타격하여 상기 웨이퍼 상에 존재하는 오염 입자를 제거하는 제3단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
제1항에 있어서, 상기 암모니아수는 0.5∼5%의 농도로 사용하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
제1항에 있어서, 상기 초음파 노즐은 30∼45°의 각도로 고정하여 사용하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
웨이퍼에 증류수를 분사하기 위한 증류수 노즐;

상기 웨이퍼에 암모니아수를 분사하기 위한 암모니아수 노즐;

상기 웨이퍼의 표면에 존재하는 오염 입자를 제거하기 위한 스핀형 브러쉬; 및

비스듬히 고정되어 상기 증류수에 초음파를 가하기 위한 초음파 노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 장치.
제4항에 있어서, 상기 초음파 노즐은 30∼45°의 각도로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 세정 장치.