KR100474856B1 - 반도체 소자의 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 세정 방법에 관한 것으로, 화학적 기계적 연마를 실시한 후 세정을 실시하는 과정에서, 화학제로 NH4OH를 이용한 세정을 실시한 후 이소프로필알콜과 DI 워터를 혼합한 혼합 용액으로 화학제를 제거하므로써, 이소프로필알콜로 DI 워터와 도전성 물질이 접촉되는 것을 차단하여 도전성 물질이 부식이 되는 것을 방지하고 소자의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 세정 방법이 개시된다.

Description

반도체 소자의 세정 방법{Method of cleaning in a semiconductor device}
본 발명은 반도체 소자의 세정 방법에 관한 것으로, 특히 화학적 기계적 연마를 실시한 후 세정을 실시하는 과정에서 표면에 노출된 도전성 물질이 DI 워터에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 세정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 기판에 트랜지스터를 포함한 여러 요소가 형성된 후에는 상부 요소와의 전기적인 절연을 위하여 층간 절연막이 형성된다. 층간 절연막 상에는 캐패시터나 금속 배선과 같은 상부 요소가 형성되며, 필요에 따라 상부 요소와 하부 요소를 전기적으로 연결시키기 위하여 층간 절연막의 소정 영역을 제거하고 전도성 물질을 매립하여 플러그를 형성한다.
이때, 전도성 물질을 매립한 후에는 화학적 기계적 연마가 실시되며, 화학적 기계적 연마를 실시한 후에는 슬러리나 파티클을 제거하기 위하여 화학제(Chemical)를 이용한 세정 공정이 실시된다.
세정 공정은 화학제로 NH4OH를 사용하며, NH4OH를 사용하여 슬러리나 파티클을 제거한 후 DI(Deionized) 워터를 이용하여 화학제의 잔액을 제거한다. NH4OH와 DI 워터를 이용하여 세정을 실시한 후에는 스핀 린스 드라이(Spin rinse drying)를 실시하여 세정 공정이 완료된다.
층간 절연막은 친수성을 가지며, 전도성 물질(예를 들어, 텅스텐)도 친수성을 가진다. 결국, 기판 표면은 DI 워터와 쉽게 접촉하여 반응할 수 있는 조건을 가지고 있다.
상기의 세정 공정은 NH4OH를 사용한 후 DI 워터를 사용하므로 표면에 노출되어 있는 도전성 물질이 DI 워터와 접촉하게 되고, 이로 인해 도전성 물질이 부식(Corosion)된다.
특히, 도전성 물질이 텅스텐일 경우에는 하기의 화학식 1과 같이 H2O로 이루어진 DI 워터와의 화학적 반응에 의해 WxOy로 부식된다.
W + 2H2O = WO2 + 4H
2WO2 + H2O = W2O5 + 2H
W2O5 + H2O = 3WO3 + 2H
WO3 + H2O -------> WO4 + 2H
상기의 화학식 1에 의한 텅스텐의 부식은 웨이퍼의 표면에 흡착되어 결함이 발생된다. 이 결함은 원형의 형태로 웨이퍼 전면에 존재한다.
원형 결함이 발생되는 것을 방지하기 위하여 NH4OH로 오염물을 제거한 후 DI 워터 세정이나 린스(Rinse) 단계를 실시하지 않는다면, NH4OH가 잔류하여 텅스텐과 후속 공정에서 형성되는 금속 박막간의 결합을 방해하여 필링(Peeling) 현상이 발생될 수 있다.
NH4OH 세정 후 화학제의 잔액을 제거하기 위해서는 반드시 DI 워터를 사용해야 하므로 텅스텐과 같은 도전성 금속 물질이 부식되어 원형 결함이 발생되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 화학제로 NH4OH를 이용한 세정을 실시한 후 이소프로필알콜과 DI 워터를 혼합한 혼합 용액으로 화학제를 제거하므로써 이소프로필알콜을 이용하여 DI 워터와 도전성 물질이 접촉되는 것을 차단하여 도전성 물질이 부식되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 세정 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 세정 방법은 소정의 공정을 실시한 후 웨이퍼 표면에 잔류하는 오염물을 제거하기 위한 반도체 소자의 세정 방법에 있어서, 화학제를 사용하여 오염물을 제거한 후 이소프로필알콜과 DI 워터가 혼합된 혼합 용액으로 화학제를 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 소자의 세정 방법은 반도체 기판의 표면에 잔류하는 오염물을 화학제로 제거하는 단계와, 이소프로필알콜 및 DI 워터가 혼합된 혼합 용액으로 화학제의 잔류물을 제거하는 단계와, 반도체 기판 상에 잔류하는 혼합 용액을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기에서, 화학제로는 NH4OH를 사용하며, 이소프로필알콜 및 DI 워터는 1:1의 비율로 혼합한다.
오염물 제거 단계는 NH4OH를 화학제로 사용하여 브러쉬를 100rpm 내지 150rpm의 속도로 회전시키면서 40초 내지 80초 동안 실시된다. 화학제 잔류물 제거 단계는 브러쉬를 100rpm 내지 150rpm의 속도로 회전시키면서 10초 내지 20초 동안 실시된다. 혼합 용액 제거 단계는 반도체 기판의 상부 및 하부에 각각 혼합 용액을 10초 내지 15초씩 공급하면서 반도체 기판을 1300rpm 내지 1800rpm의 속도로 회전시켜 혼합 용액을 제거한다.
이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자의 세정 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(11)의 소자 형성 영역에는 웰(12)이 형성되고, 소자 분리 영역에는 소자 분리막(13)이 형성된다. 웰(12) 상부에는 게이트 산화막(14) 및 폴리실리콘층(15)을 소정의 패턴으로 형성하여 게이트를 형성하고, 불순물 이온 주입 공정을 통해 소오스/드레인(16)을 형성한다.
이후, 폴리실리콘층(15)의 측벽에 절연막 스페이서(17)를 형성한 다음 폴리실리콘층(15) 및 소오스/드레인(16) 상부에 접촉 저항을 줄이기 위한 샐리사이드층(18)을 형성한다. 이로써, 트랜지스터가 형성된다.
전체 상부에 상부 요소와의 전기적인 절연을 위하여 층간 절연막(19)을 형성한 후 소오스/드레인(16) 상부의 층간 절연막을 제거하고 전도성 물질을 매립하여 플러그(20)를 형성한다. 전도성 물질로는 텅스텐을 사용한다.
플러그(20)를 형성하기 위하여 전도성 물질을 매립하는 과정에서 층간 절연막(19)의 상부에도 전도성 물질층(도시되지 않음)이 형성되며, 이를 제거하기 위하여 화학적 기계적 연마를 실시한다. 화학적 기계적 연마는 층간 절연막(19)의 상부에 형성된 전도성 물질층을 제거하기 위한 것뿐만 아니라, 트랜지스터의 폴리실리콘층(15) 패턴에 의해 층간 절연막(19) 상부에 발생되는 단차를 제거하기 위해서도 실시된다. 이로써, 층간 절연막(19) 상부의 전도성 물질층은 제거되고, 기판의 표면에는 플러그의 상부 표면(20a)이 노출된다.
화학적 기계적 연마를 실시한 후에는, 화학적 기계적 연마를 실시하는 과정에서 발생되는 슬러리나 파티클과 같은 오염물질을 제거하기 위하여 세정 공정을 실시한다.
세정 공정은 이소프로필알콜과 DI 워터가 혼합된 혼합 용액을 사용하므로, 이소프로필알콜에 의해 H2O가 포위되어 플러그의 상부 표면과 H2O가 접촉하는 것을 차단할 수 있다. 이소프로필알콜은 반도체 소자의 제조 공정에서 많이 사용되는 물질이므로 쉽게 얻을 수 있으며, H2O와 쉽게 혼합되므로 혼합 용액을 제조하는데 어려움이 없다. 이로써, 플러그의 상부 표면(20a)이 부식되는 것을 방지할 수 있다.
세정 공정을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
세정 공정은 화학적 기계적 연마를 실시한 후 반도체 기판의 표면에 잔류하는 오염물을 화학제로 제거하는 단계와, 이소프로필알콜 및 DI 워터가 혼합된 혼합 용액으로 화학제의 잔류물을 제거하는 단계와, 반도체 기판 상에 잔류하는 혼합 용액을 제거하는 단계로 이루어진다.
상기에서, 화학제로는 NH4OH를 사용하며, 이소프로필알콜 및 DI 워터는 약 1:1의 비율로 혼합한다.
먼저, 오염물 제거 단계에서는 NH4OH를 화학제로 사용하여 브러쉬를 100rpm 내지 150rpm의 속도로 회전시키면서 40초 내지 80초 동안 오염물을 제거한다.
화학제 잔류물 제거 단계는 브러쉬를 100rpm 내지 150rpm의 속도로 회전시키면서 10초 내지 20초 동안 오염물 제거 단계에서 잔류하는 화학제를 제거한다.
혼합 용액 제거 단계는 반도체 기판을 1300rpm 내지 1800rpm의 속도로 회전시키면서 반도체 기판의 상부에 혼합 용액을 분사하면서 10초 내지 15초 동안 스핀 린스 드라이(Spin Rinse Dry)를 실시한 후 하부에 혼합 용액을 분사하면서 10초 내지 15초 동안 스핀 린스 드라이를 실시하여 반도체 기판으로부터 혼합 용액을 완전히 제거한다.이때, 반도체 기판 하부의 혼합 용액 제거는 여러 가지 방법으로 실시될 수 있다. 예를 들면, 반도체 기판의 밑면이 상부를 향하도록 반도체 기판을 뒤집어 놓은 상태에서 혼합용액을 10초 내지 15초 동안 분사하여 혼합 용액을 스핀 린스 드라이 방식으로 제거할 수 있다. 또 다른 방법으로, 반도체 기판은 소자가 형성되지 않은 가장자리 부분이 회전 수단에 고정되어 회전되므로, 원심력을 이용하여 반도체 기판 밑면의 중앙부에 혼합 용액을 분사하는 방식으로 혼합 용액을 제거할 수 있습니다. 이렇게, 반도체 기판 하부면의 혼합 용액을 제거하는 방법은 상기의 방법만으로 한정되지는 않으며, 여러가지 방법이 있을 수 있다.
상기에서 이소프로필알콜로 DI 워터와 전도성 물질이 접촉하는 차단하므로써 전도성 물질에 부식이 발생되는 것을 방지하면서 세정 공정을 실시할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 기판 표면에 노출된 전도성 물질이 세정 공정을 실시하는 과정에서 부식되는 것을 방지하므로써 플러그의 저항이 증가하는 것을 방지하고 부식에 의해 원형 결함이 발생되는 것을 방지하며, 콘택홀과 플러그의 필링(Peeling) 현상이 발생되는 것을 방지하여 공정의 신뢰성 및 소자의 전기적 특성을 향상시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자의 세정 방법을 설명하기 위한 소자의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 반도체 기판 12 : 웰
13 : 소자 분리막 14 : 게이트 산화막
15 : 폴리실리콘층 16 : 소오스/드레인
17 : 절연막 스페이서 18 : 샐리사이드층
19 : 층간 절연막 20 : 플러그
20a : 플러그 상부 표면

Claims (6)

  1. 소정의 공정을 실시한 후 웨이퍼 표면에 잔류하는 오염물을 제거하기 위한 반도체 소자의 세정 방법에 있어서,
    상기 오염물은 부러시를 사용하여 화학제로 제거하고, 상기 오염물을 제거하고 잔류하는 상기 화학제는 이소프로필알콜과 DI 워터가 혼합된 혼합 용액으로 제거하는 반도체 소자의 세정 방법.
  2. 반도체 기판의 표면에 잔류하는 오염물을 부러시를 사용하여 화학제로 제거하는 단계와,
    상기 오염물을 제거한 후 상기 반도체 기판 상에 잔류하는 상기 화학제를 이소프로필알콜 및 DI 워터가 약 1:1의 비율로 혼합된 혼합 용액으로 제거하는 단계와,
    상기 반도체 기판 상에 잔류하는 상기 혼합 용액을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 세정 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 화학제는 NH4OH인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 세정 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 오염물 제거 단계는 NH4OH를 화학제로 사용하여 상기 브러쉬를 100rpm 내지 150rpm의 속도로 회전시키면서 40초 내지 80초 동안 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 세정 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 화학제 잔류물 제거 단계는 상기 브러쉬를 100rpm 내지 150rpm의 속도로 회전시키면서 10초 내지 20초 동안 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 세정 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 혼합 용액 제거 단계는,
    상기 반도체 기판을 1300rpm 내지 1800rpm의 속도로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상부면의 중앙에 상기 혼합 용액을 공급하여 10초 내지 15초 동안 스핀 드라이 린스 방식으로 상기 혼합 용액을 제거하는 단계; 및
    상기 반도체 기판을 1300rpm 내지 1800rpm의 속도로 회전시키면서 상기 반도체 기판의 하부면의 중앙에 상기 혼합 용액을 공급하여 10초 내지 15초 동안 스핀 드라이 린스 방식으로 상기 혼합 용액을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 세정 방법.
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