KR100338813B1 - 폴리 실리콘 cmp 공정후의 클리닝 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리실리콘 CMP공정 이후의 클리닝 방법에 관한 것으로 기존의 클리닝 방법에서 계면활성제를 사용하는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 구성은 계면활성제를 사용하여 브러시 스크러빙(brush scrubbing)처리하는 제 1 단계; 순수로 린스하는 제 2 단계; 희석된 과산화수소수를 플로우시키는 제 3 단계; 순수로 린스하는 제 4 단계; 희석 불산으로 브러시 스크러빙 처리하는 제 5 단계; 순수로 린스하는 제 6 단계; 및 순수와 UV로 건조하는 제 7 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다. 상기한 과정에 의하여 클리닝 공정을 진행함에 따라 공정 과정이 단순해지며 실리콘 표면의 상태가 양호해질 뿐 아니라 장비의 보수, 유지 및 관리도 용이해지는 효과를 나타낸다.

Description

폴리실리콘 CMP 공정후의 클리닝 방법{CLEANING METHOD AFTER POLY-Si CHEMICAL MECHANICAL POLISH PROCESS}
본 발명은 반도체 제조 공정에 있어서 폴리실리콘 CMP(Chemical Mechanical Polish;기계적 화학적 연마)공정 이후의 클리닝단계에서 종래와 다른 화합물(chemical)을 사용함으로써 공정을 단순화시키며 효과도 뛰어난 신규한 클리닝방법에 관한 것이다.
소자의 집적도가 증가함에 따라 금속 배선간의 간격이 좁아지고 금속층의 수가 증가됨에 따라 금속간을 연결하여 주는 콘택공정의 중요도가 점점 증가되고 있다. 반도체 소자의 폴리실리콘 콘택을 형성하기 위한 폴리실리콘 CMP 공정에서 CMP 공정 이후의 웨이퍼 표면은 소수성이며 따라서 파티클(particle)제거가 매우 힘들다. 또한 현재 폴리실리콘 CMP 공정에서 사용중인 슬러리는 대부분 염기성이므로실리콘 표면이 식각되어 매우 거칠게 된다.
이와 같은 폴리실리콘 CMP 공정의 기존 클리닝 방법은 1차로 순수(Deionized Water;DIW)의 브러시 수세(brush scrubbing) 또는 순수 스프레이 방법 등으로 진행하고, 2차로 수산화암모늄, 과산화수소수 및 순수의 혼합물로 이루어진 SC-1과 불산(HF)를 사용하여 wet-bench 에서 진행하는 번거로운 공정이었다. 이 때 SC-1은 Si 표면을 친수성으로 변화시켜 파티클 제거가 용이하도록 하여주고 불산(HF)은 SC-1에서 발생하는 Si 표면의 화학적 산화물(chemical oxide)을 제거하기 위해 사용된다.
그러나 상기한 방법과 같은 클리닝 공정에서는 여러가지 문제점이 존재하여 왔는 바 이를 살펴보면 다음과 같다.
첫째, SC-1용액의 수산화암모늄 : 과산화수소수 : 순수물의 혼합비를 조절하기가 어렵고,
둘째, 75℃이상의 고온에서 사용해야 하며,
세째, SC-1에 의해 생성되는 화학적 산화물(chemical oxide)를 제거하기 위해서는 상당한 시간(300초 이상)동안 희석 불산(HF)에 의한 클리닝 공정이 요구되며,
네째, 과도한 불산의 사용은 폴리콘택의 Si/SiO2계면에서 SiO2를 선택적으로 식각시키기 때문에 전기적 배선에도 문제를 일으킨다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 폴리 CMP 공정 이후의 클리닝 단계에서 기존의 화합물 대신에 계면활성제를 적용하여 공정 절차가 간편하며 클리닝 효과도 뛰어난 신규한 클리닝 방법을 제공하고자 한다.
도 1은 본 발명의 공정단계별 구성을 나타내는 흐름도(flow chart)이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 폴리실리콘 CMP 후 웨이퍼 표면에 존재하는 파티클을 제거하기 위하여 기존의 SC-1을 사용하는 대신에 계면활성제를 사용하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명의 구성은 하기 도 1의 플로우 차트에 나타낸 바와 같이
계면활성제를 사용하여 브러시 스크러빙(brush scrubbing)처리하는 제 1 단계;
순수로 린스하는 제 2 단계;
희석된 과산화수소수로 브러시 스크러빙 처리하는 제 3 단계;
순수로 린스하는 제 4 단계;
희석 불산으로 브러시 스크러빙 처리하는 제 5 단계;
순수로 린스하는 제 6 단계; 및
순수와 UV로 건조하는 제 7 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 계면활성제로는 옥틸페놀폴리에틸렌옥사이드(Octyl Phenol poly Ethylene Oxide; OPEO; C8H17-C6H4-(OCH2CH2)9.5-OH)를 사용하는 것이 바람직하고, 900 ~ 1,000 ml/min의 플로우 속도로 30 ~ 40초 동안 브러시 스크러빙 처리하는 것이바람직하며, 또한 기계적(mechanical)인 작용에 의한 파티클 제거 효과를 최대화하기 위해 브러시의 회전 속도를 정상속도(120rpm)보다 빠른 속도로 회전시켜 주는 것이 바람직하며, 특히 150 ~ 160rpm으로 회전시켜 주는 것이 가장 바람직하다.
상기 계면활성제를 사용함에 따라 공정온도가 상온으로 기존 SC-1에 비해서 크게 낮아지고 다른 화합물을 혼합할 필요가 없으므로 혼합 변화에 따른 공정 불안정이 없어진다. 계면활성제는 파티클과 웨이퍼 표면의 콘택 각도(contact angle)을 크게 하여주어 브러시 스크러빙, 스프레이, 메가소닉(megasonic)과 같은 기계적 작용이 용이하도록 도와준다.
상기 과정에서 계면활성제를 사용하는 단계가 끝나고 상기 계면활성제를 제거하기 위하여 순수로 린스하는 단계를 포함하도록 하는데 이때 1,500 ~ 2,000ml/min 의 플로우 속도로 20초동안 하는 것이 적합하다.
계속해서 염기성인 슬러리 화합물(slurry chemical)의 접촉(attack)으로 거칠어진 표면을 매끄럽게 하기 위하여 희석된 과산화수소수를 플로우시키는 단계를 포함하도록 하는데 상기 과산화수소수는 1 ~ 3중량퍼센트로 희석하여 400 ~ 500ml/min의 속도로 플로우시키는 것이 바람직하다.
상기 과정 이후 순수로 린스하는 제 4 단계에서의 플로우 속도는 1,500 ~ 2,000ml/min의 속도로 20초동안 하는 것이 바람직하다.
상기 린스 과정 이후 슬러리로부터 오염된 실리콘산화막 표면의 금속이온을 제거하기 위하여 희석 불산으로 브러시 스크러빙 하는 단계를 포함하는데 이 때 불산은 150 : 1 ~ 200 : 1로 희석하여 사용하는 것이 적합하고, 80 ~ 100Å의 실리콘산화막을 식각하는 것을 목적으로 하므로 900 ~ 1,000ml/min의 플로우 속도로 30 ~ 40초 동안 하는것이 바람직하다.
본 발명에서는 종래의 방법과 같이 수산화 암모늄 용액이 포함된 SC-1용액을 사용하지 않으므로 산화막 제거를 위해 과도한 불산을 적용시키지 않으므로 실리콘과 실리콘 산화막의 선택적 식각도 최소화 된다.
상기 희석 불산의 적용이 끝난 후 순수로 린스하는 과정에서는 900 ~ 1000ml/min의 플로우 속도로 30초 동안 하는 것이 바람직하다.
상기 과정이 끝난 후 순수와 UV로 건조시키는 과정이 진행된다.
상기한 바와 같은 본 발명은 기존의 옥사이드/텅스텐 CMP 클리닝 과정에서 가장 널리 사용하고 있는 브러시 스크러빙에 적용하는 경우를 설명하였으나, 상기 한 발명은 기존의 다른 클리닝 공정(예를 들면 스프레이 클리닝)등에도 응용이 가능하다.
상기한 바와 같은 본 발명의 클리닝 공정을 적용하는 경우 공정온도가 상온으로 기존 SC-1에 비해서 크게 낮아지고 다른 화합물을 혼합할 필요가 없으므로 혼합 변화에 따른 공정 불안정이 없어지며, 종래의 방법과 같이 수산화 암모늄 용액이 포함된 SC-1용액을 사용하지 않으므로 산화막 제거를 위해 과도한 불산을 적용시킬 필요가 없어 실리콘과 실리콘 산화막의 선택적 식각도 최소화 된다.
따라서 폴리실리콘 CMP이후의 표면 상태가 양호해지고 파티클과 금속이온이 쉽게 제거되므로 반도체 소자의 특성이 우수해지며, 또한 클리닝 공정이 매우 단순해질 뿐만 아니라 장비의 보수, 유지 및 관리도 용이해지는 효과를 나타낸다.

Claims (7)

  1. 반도체 소자의 제조과정에 있어서,
    계면활성제를 사용하여 브러시 스크러빙하는 제 1 단계; 순수로 린스하는 제 2 단계; 희석된 과산화수소수로 브러시 스크러빙하는 제 3 단계; 순수로 린스하는 제 4 단계; 희석 불산으로 브러시 스크러빙하는 제 5 단계; 순수로 린스하는 제 6 단계; 및 순수와 UV로 건조하는 제 7 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 폴리실리콘 CMP공정 이후의 클리닝 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 계면활성제로 옥틸페놀폴리에틸렌옥사이드(OPEO; octylphenolpolyethyleneoxide)를 사용하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 CMP공정 이후의 클리닝 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 계면활성제를 30 내지 40초 동안 900 내지 1,000ml/min의 속도로 플로우시키며, 브러시의 회전속도를 150 내지 160rpm으로 하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 CMP공정 이후의 클리닝 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 제 2 단계 및 제 4 단계의 순수 린스과정은 1,500 내지 2,000ml/min의 플로우 속도로 20초 동안 행하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 CMP공정 이후의 클리닝 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 과산화 수소수는 1 내지 3중량%로 희석하여 400 내지 500ml/min의 플로우 속도로 행하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 CMP공정 이후의 클리닝 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 불산은 150:1 내지 200:1로 희석하여 900 내지 1,000ml/min의 플로우 속도로 30 내지 40초 동안 행하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 CMP공정 이후의 클리닝 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 제 6 단계의 순수 린스과정은 900 내지 1,000ml/min의 속도로 30초 동안 행하는 것을 특징으로 하는 폴리실리콘 CMP공정 이후의 클리닝 방법.
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