KR100657136B1 - An effective tungsten strip method by using multi-step chemical treatment - Google Patents

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Abstract

A multi-step chemical treatment method for stripping effectively tungsten is provided to suppress generation of particles and reduce a process time by stripping fully a tungsten oxide layer. A second metal layer is stripped by using an alkali-chemical solution. Impurities including the alkali-chemical solution is removed from a wafer(170) by a first cleaning process. A metal oxide layer is stripped from the first metal layer by using an acid chemical solution. The impurities including the acid chemical solution is removed from the wafer by a second cleaning process. The first metal layer is stripped from the wafer by using the alkali-chemical solution. The impurities are removed from the wafer by a third cleaning process. The wafer is dried.

Description

텅스텐을 효과적으로 제거하기 위한 다단 화학 처리 방법 {An effective tungsten strip method by using multi-step chemical treatment}{An effective tungsten strip method by using multi-step chemical treatment}

도 1a 내지 도 1c는 종래기술에 따른 다단으로 형성된 텅스텐막을 제거하는 방법을 나타낸 공정 단면도.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of removing a tungsten film formed in multiple stages according to the prior art;

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 다단으로 형성된 텅스텐막을 제거하는 방법을 나타낸 공정 단면도. 2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of removing a tungsten film formed in multiple stages according to the present invention.

본 발명은 텅스텐을 효과적으로 제거하기 위한 다단 화학 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 Fab 내에 박막이나 CMP 장비의 모니터링용으로 사용되는 금속 더미 웨이퍼의 재사용을 위해 증착된 메탈을 효과적으로 제거하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-stage chemical treatment method for effectively removing tungsten, and more particularly, to a method for effectively removing a deposited metal for reuse of a metal dummy wafer used for monitoring thin films or CMP equipment in a Fab. will be.

Fab 내에 박막이나 CMP 장비의 모니터링용으로 사용되고 있는 금속 더미 웨이퍼는 Al, Cu, Co, W, Ti/TiN 등의 막을 가지고 있으며, 웨이퍼의 활용도를 높이 기 위해, 금속 재생 장치에서 기존의 금속을 제거하여 재사용하고 있다. 종래기술에서는 상기 금속을 제거하기 위하여 SPM(H2SO4과 H2O2의 적정 비율의 혼합액)과 NC2(TMH, Trimethylhydroxide와 H2O2, 그리고 초순수의 혼합액)의 화학용액을 사용한다. 구체적으로, 고온의 화학용액(SPM: 120~130℃, NC2:60~70℃)조에 금속이 증착된 웨이퍼를 침지시켜 화학용액과의 화학 반응을 이용하여 금속을 제거한다. Metal dummy wafers used for monitoring thin films or CMP equipment in Fabs have Al, Cu, Co, W, Ti / TiN, etc., and in order to increase the utilization of the wafer, the existing metal is removed from the metal regeneration device. Is being reused. In the prior art, a chemical solution of SPM (mixture of H 2 SO 4 and H 2 O 2 ) and NC 2 (mixture of TMH, Trimethylhydroxide and H 2 O 2 , and ultrapure water) is used to remove the metal. Specifically, the metal is immersed in a high temperature chemical solution (SPM: 120 ~ 130 ℃, NC2: 60 ~ 70 ℃) bath to remove the metal by using a chemical reaction with the chemical solution.

이때, 상기 화학용액을 이용하여 동일 시간동안 제거하면 Al, Cu, Co, Ti/TiN 등의 타 금속은 제거가 잘 되는 반면, 텅스텐은 제거가 잘 되지 않는다. 이때, 금속 고유의 식각속도나 밀도 등의 차이를 고려하여 시간을 정한다. 따라서, 남아 있는 텅스텐을 완전히 제거하려면 똑같은 화학용액 처리를 2회나 심지어는 3회까지 반복해 주어야 한다. 이러한 현상의 주요 원인은 텅스텐이 산화가 잘 되는 특성을 가지고 있어, 대기중에 방치해 두면 자연 산화막이 잘 형성되는데, 이 산화막이 텅스텐의 식각 속도를 그만큼 늦추거나 방해하기 때문이다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여 텅스텐 식각 화학용액 처리 전 자연 산화막 식각제인 HF를 사용하여 효과적으로 텅스텐막이 식각되는 방법이 소개되어 있다.In this case, when the chemical solution is removed for the same time, other metals such as Al, Cu, Co, Ti / TiN may be removed well, and tungsten may not be removed well. At this time, the time is determined in consideration of the difference in etching speed or density inherent in the metal. Therefore, the same chemical solution treatment should be repeated twice or even three times to completely remove the remaining tungsten. The main cause of this phenomenon is that tungsten is well oxidized, and when left in the air, a natural oxide film is formed well, because the oxide film slows down or hinders the etching rate of tungsten. Therefore, in order to solve this problem, a method of effectively etching a tungsten film using HF, which is a natural oxide film etchant before tungsten etching chemical solution treatment, has been introduced.

그러나 텅스텐 식각 화학용액 처리 전 HF의 보충 공급은 웨이퍼에 단일층으로 형성된 텅스텐막의 식각을 위한 경우에 효과적이다. 하지만, 웨이퍼의 사용 효율을 높이기 위해 여러 층의 텅스텐막을 증착한 후 사용한 경우에는 매 회 사용 시마다 방치되는 시간이 있기 때문에 텅스텐막 사이에 자연 산화막이 생성되므로 텅스텐을 식각하기 위한 화학용액 처리 직전에 HF를 보충 공급하는 방법으로는 효과 적인 식각이 부족하다.However, supplemental supply of HF prior to tungsten etching chemical solution treatment is effective for etching tungsten films formed in a single layer on the wafer. However, in order to increase the efficiency of use of the wafer, when several layers of tungsten film are deposited and used, there is a time left for each use, so a natural oxide film is formed between the tungsten films. As a supplementary method, effective etching is insufficient.

이하 도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 의한 여러 층의 텅스텐막을 증착시킨 금속 더미 웨이퍼의 금속막 제거 방법을 나타낸 것이다.1A to 1C illustrate a method of removing a metal film of a metal dummy wafer in which various layers of tungsten films are deposited according to the prior art.

도 1a에 나타난 바와 같이 여러 층의 텅스텐막을 증착시킨 금속 더미 웨이퍼의 구성은 최하층에 실리콘 웨이퍼(70)로 부터 TiOx(60), TiN(50), 제1 텅스텐막(40), 제1 텅스텐산화막(30), 제2 텅스텐막(20), 제2 텅스텐산화막(10)의 순으로 증착되어 있다. As shown in FIG. 1A, a metal dummy wafer in which several layers of tungsten films are deposited is formed on the lowermost layer from the silicon wafer 70 from the TiOx 60, TiN 50, the first tungsten film 40, and the first tungsten oxide film. 30, the second tungsten film 20, and the second tungsten oxide film 10 are deposited in this order.

도 1b는 화학용액을 이용한 제1차 금속막 제거 공정을 나타낸 것이다. 도 1b에 나타난 바와 같이 제1차 금속막 제거를 위해 NC2 화학용액에 금속 더미 웨이퍼를 30분 동안 침지한 결과 상기 제2 텅스텐산화막에 의해 제2 텅스텐막이 완전히 제거되지 못하고 남아 있는 것을 볼 수 있다.Figure 1b shows a first metal film removal process using a chemical solution. As shown in FIG. 1B, when the metal dummy wafer was immersed in the NC2 chemical solution for 30 minutes to remove the first metal film, it may be seen that the second tungsten oxide film was not completely removed by the second tungsten oxide film.

도 1c는 제거되지 않은 텅스텐막을 제거하기 위해 제2차 금속막 제거공정을 나타낸 것이다. 도 1c에 나타난 바와 같이 제2차 금속막 제거를 위해 상기 제1차 금속막 제거 공정과 동일하게 NC2 화학용액에 금속 더미 웨이퍼를 30분 동안 침지하는 공정을 재차 행함에도 불구하고 제1 텅스텐산화막에 의해 제1 텅스텐막 뿐만 아니라 TiN막까지 제거되지 않은 채 남아 있는 것을 볼 수 있다. FIG. 1C illustrates a second metal film removing process for removing a non-removed tungsten film. As shown in FIG. 1C, the first tungsten oxide film is applied to the first tungsten oxide film in spite of the process of immersing the metal dummy wafer in the NC2 chemical solution for 30 minutes in the same manner as the first metal film removal process. It can be seen that not only the first tungsten film but also the TiN film is not removed.

이와 같이, 종래에는 용도에 따라 증착된 텅스텐막을 수회 제거하게 되는데, 매 회 텅스텐막 위에 자연산화막이 형성되어 기존의 금속 제거 기술을 사용할 경우 텅스텐을 제거하기 위한 시간이 너무 오래 걸리고 식각 후 완전히 제거되지 않은 텅스텐으로 인해 웨이퍼 표면이 지저분해지는 문제점이 있다. As such, conventionally, a tungsten film deposited according to a purpose is removed several times, and a natural oxide film is formed on the tungsten film each time. When using a conventional metal removal technique, it takes too long to remove tungsten and is not completely removed after etching. Tungsten has a problem that the surface of the wafer is dirty.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다단계 텅스텐 식각을 통하여 수 회에 걸쳐 형성된 텅스텐막을 효과적으로 식각 되도록 하는 다단 화학 처리 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a multi-stage chemical treatment method for effectively etching a tungsten film formed several times through multi-step tungsten etching. .

본 발명의 상기 목적은 웨이퍼의 텅스텐막을 제거함에 있어서, 소정의 화학용액을 이용하여 상기 웨이퍼 상의 제2 텅스텐막을 제거하는 단계; 초순수에 의해 상기 웨이퍼를 세정하는 단계; HF 화학용액을 이용하여 남아있는 텅스텐산화막을 제거하는 단계; 초순수에 의해 상기 웨이퍼를 세정하는 단계; 소정의 화학용액을 이용하여 상기 웨이퍼 상의 제1 텅스텐막을 제거하는 단계; 초순수에 의해 상기 웨이퍼를 세정하는 단계; 및 상기 웨이퍼를 건조하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 효과적인 텅스텐 제거를 위한 다단 화학 처리 방법에 의해 달성된다.The object of the present invention is to remove the tungsten film of the wafer, the step of removing the second tungsten film on the wafer using a predetermined chemical solution; Cleaning the wafer with ultrapure water; Removing the remaining tungsten oxide film using HF chemical solution; Cleaning the wafer with ultrapure water; Removing the first tungsten film on the wafer using a predetermined chemical solution; Cleaning the wafer with ultrapure water; And drying the wafer, thereby achieving a multistage chemical treatment method for effective tungsten removal.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해될 것이다.Details of the above object and technical configuration and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a는 여러 회 사용으로 다수의 텅스텐막이 형성된 웨이퍼(170)를 나타낸 것이다. Fab 내에 박막이나 CMP 장비의 모니터링용으로 사용되는 웨이퍼(170)는 일 반적으로 상기 웨이퍼 상에 Ti막(160)과 TiN막(150)을 순차적으로 증착시킨 후 상기 TiN막(150) 상부에 모니터링을 위해 사용될 제1 텅스텐막(140)을 증착시킨다. 2A shows a wafer 170 on which a plurality of tungsten films are formed over several uses. A wafer 170 used for monitoring a thin film or CMP equipment in a Fab is generally deposited with a Ti film 160 and a TiN film 150 sequentially on the wafer and then monitored on the TiN film 150. The first tungsten film 140 to be used is deposited.

이때 제1 텅스텐막(140)을 증착시켜 사용한 후 다음 사용 전까지 방치해 두었다가 제2 금속막(120)을 증착 시켜 사용하게 된다. 그러면, 상기 제1 텅스텐막(140)을 방치하는 동안 대기 중의 산소와 결합하여 표면에 얇게 제1 텅스텐산화막(130)이 생성된다. 제2 텅스텐막(120) 또한 방치되는 동안 제2 텅스텐산화막(110)이 생성된다. In this case, the first tungsten film 140 is deposited and used, and then left to be used until the next use, and then the second metal film 120 is deposited. Then, while leaving the first tungsten film 140, the first tungsten oxide film 130 is thinly formed on the surface by bonding with oxygen in the atmosphere. The second tungsten oxide film 110 is generated while the second tungsten film 120 is also left.

이러한 제1 텅스텐산화막(130)과 제2 텅스텐산화막(110)은 금속 제거를 위한 화학용액만으로 제거하기 어렵고, 오랜 시간이 걸림은 물론이며 식각후 금속 더미 웨이퍼(170)의 표면도 지저분해진다. 이러한 단점을 해결하기 위하여 텅스텐 제거를 다단계로 진행하는 것이다. 단, 다단계 제거 공정 도중에 첫번째 공정에서 제거되지 않고 남아 있는 텅스텐산화막을 제거하기 위해 HF 처리 단계를 반드시 포함해야 한다. The first tungsten oxide film 130 and the second tungsten oxide film 110 are difficult to remove only with a chemical solution for metal removal, take a long time, and become dirty after etching. In order to solve this drawback, tungsten removal is carried out in multiple stages. However, the HF treatment step must be included to remove the tungsten oxide film remaining in the first step during the multi-step removal step.

도 2b는 상기 텅스텐막 제거를 위한 제 2단계 중 첫번째 과정으로서, 알칼리성 화학용액을 이용하여 제2 텅스텐막을 제거하는 공정이다. 바람직하게는 TMH(Trimethylhydroxide), 과산화수소소, 초순수 등이 포함된 화학용액이다. 본 발명이 여기에 기재되는 관점의 범위로 제한되는 것은 아니지만, 제2 텅스텐막 제거는, 일실시예에 따르면 , 웨이퍼를 알칼리성 화학용액에 10분 내지 15분간 침지하여 실시한다. 그러나 도 2b에 나타난 바와 같이, 첫번째 텅스텐 제거 공정을 실시한 후 텅스텐 산화막이 완전히 식각되지 않고 텅스텐막과 함께 남아 있는 것을 볼 수 있다. 제1 텅스텐산화막 및 제2 텅스텐산화막이 알칼리성 화학용액이 원활한 역할을 하는 것을 방해함으로써 첫번째 텅스텐막 제거 공정 후에 누적된 텅스텐산화막 및 상기 누적된 텅스텐 산화막에 의해 덜 제거된 불균일한 텅스텐막 표면(180)을 볼 수 있다. 상기 누적된 텅스텐산화막은 이후 두번째 텅스텐막 제거 공정에 있어서, 알칼리성 화학용액의 역할을 방해하는 작용을 한다. 따라서, 상기 텅스텐 산화막은 제2차 텅스텐막 제거 공정 이전에 반드시 제거되어야 한다. Figure 2b is a first step of the second step for removing the tungsten film, a process of removing the second tungsten film using an alkaline chemical solution. Preferably it is a chemical solution containing TMH (Trimethylhydroxide), hydrogen peroxide, ultrapure water and the like. Although the present invention is not limited to the scope of the aspects described herein, the removal of the second tungsten film is performed by immersing the wafer in an alkaline chemical solution for 10 to 15 minutes, according to one embodiment. However, as shown in FIG. 2B, it can be seen that after performing the first tungsten removal process, the tungsten oxide film is not completely etched and remains together with the tungsten film. The first tungsten oxide film and the second tungsten oxide film prevent the alkaline chemical solution from playing smoothly, so that the tungsten oxide film accumulated after the first tungsten film removal process and the nonuniform tungsten film surface 180 removed less by the accumulated tungsten oxide film 180 Can be seen. The accumulated tungsten oxide film then serves to hinder the role of the alkaline chemical solution in the second tungsten film removal process. Therefore, the tungsten oxide film must be removed before the secondary tungsten film removal process.

도 2c는 텅스텐산화막 제거공정 이후 균일한 제1 텅스텐막(140) 표면을 보여준다. 두번째 텅스텐막 제거 공정 전에 상기 텅스텐산화막 제거공정을 수행해 줌으로써, 상기 누적된 텅스텐산화막을 제거하고 균일한 텅스텐막 표면을 만들 수 있다. 상기 텅스텐산화막 제거공정은 건식식각으로 F기를 포함한 가스를 사용할 수 있고, 또는 습식으로 희석된 HF 처리를 해줄 수 있는데 상기 희석된 HF 처리는 HF 대 초순수의 비율을 일실시예에 따르면 1:100-1:200의 비율로 실시한다. 또한, 본 발명이 여기에 기재되는 관점의 범위로 제한되는 것은 아니지만 HF 처리는 일실시예에 따르면 10초 내지 15초간 금속 더미 웨이퍼를 HF 화학용액에 침지하여 실시한다.2C shows a uniform surface of the first tungsten film 140 after the tungsten oxide film removal process. By performing the tungsten oxide film removal process before the second tungsten film removal process, the accumulated tungsten oxide film may be removed to form a uniform tungsten film surface. The tungsten oxide removal process may use a gas containing F group by dry etching, or may be subjected to wet dilute HF treatment. The dilute HF treatment may include a ratio of HF to ultrapure water according to one embodiment. The ratio is 1: 200. In addition, although the present invention is not limited to the scope of the aspects described herein, the HF treatment is performed by immersing the metal dummy wafer in HF chemical solution for 10 to 15 seconds according to one embodiment.

도 2d는 두번째 텅스텐막 제거 공정 후 제1 텅스텐막이 완전히 제거된 웨이퍼를 보여준다. 두번째 텅스텐막 제거 공정을 위하여 알칼리성 화학용액에 웨이퍼를 침지시킨다. 두번째 텅스텐막 제거 공정 시간은 일실시예에 따르면 첫번째 텅스텐막 제거 공정 시간 보다 길게 실시한다. 바람직하게는 1.5배 정도이다. 두번째 텅스텐막 제거공정 시간은 일실시예에 따르면 웨이퍼를 알칼리성 화학용액에 20분 내지 25분간 침지 시킨다. 이후 초순수로 웨이퍼를 세정하고 건조시킨다. 이로써, 웨이퍼의 재생을 완성한다.2D shows a wafer from which a first tungsten film is completely removed after a second tungsten film removal process. The wafer is immersed in an alkaline chemical solution for the second tungsten film removal process. The second tungsten film removal process time is longer than the first tungsten film removal process time according to one embodiment. Preferably it is about 1.5 times. According to an embodiment, the second tungsten film removal process is immersed in an alkaline chemical solution for 20 to 25 minutes. The wafer is then cleaned with ultrapure water and dried. This completes the regeneration of the wafer.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to preferred embodiments as described above, it is not limited to the above-described embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

따라서, 본 발명의 효과적인 텅스텐 제거를 위한 다단 화학 처리 방법은 다층으로 형성된 텅스텐막을 다단 화학 처리함에 있어서 다단 화학 처리 사이에 HF 화학용액으로 텅스텐산화막을 완전히 제거함으로써 텅스텐막을 완전히 제거하고 텅스텐의 불완전 제거로 인하여 발생하는 불 균일한 표면에 의한 파티클 생성을 억제하고 텅스텐 제거시 소요되는 화학용액 및 공정 시간을 줄일 수 있어 원가 절감 및 수율을 향상시키는 효과가 있다.Therefore, in the multi-stage chemical treatment method for effective tungsten removal, the multi-stage chemical treatment of tungsten film is performed by completely removing the tungsten oxide film with HF chemical solution between the multi-stage chemical treatment to completely remove the tungsten film and incomplete removal of tungsten. Due to the suppression of particles generated by the uneven surface generated due to the chemical solution and process time required to remove tungsten can be reduced costs and improve the yield.

Claims (4)

웨이퍼 상에 순차적으로 적층된 제 1 금속막, 금속 산화막 및 제 2 금속막을 포함하는 금속막을 제거하는 방법에 있어서,A method of removing a metal film comprising a first metal film, a metal oxide film, and a second metal film sequentially stacked on a wafer, 알칼리성 화학용액을 이용하여 상기 제 2 금속막을 제거하는 단계;Removing the second metal film using an alkaline chemical solution; 상기 웨이퍼를 초순수로 1차 세정하여 상기 웨이퍼상에 잔류하는 알칼리 화학용액을 포함하는 불순물을 제거하는 단계;Firstly cleaning the wafer with ultrapure water to remove impurities including an alkali chemical solution remaining on the wafer; 산성 화학용액을 이용하여 상기 제1 금속막 상에 형성된 금속산화막을 제거하는 단계;Removing the metal oxide film formed on the first metal film using an acidic chemical solution; 상기 웨이퍼를 초순수로 2차 세정하여 상기 웨이퍼상에 잔류하는 산성 화학용액을 포함하는 불순물을 제거하는 단계; Second cleaning of the wafer with ultrapure water to remove impurities including an acidic chemical solution remaining on the wafer; 상기 알칼리성 화학용액을 이용하여 상기 웨이퍼상에 형성된 제 1 금속막을 제거하는 단계;Removing the first metal film formed on the wafer using the alkaline chemical solution; 상기 웨이퍼를 초순수로 3차 세정하여 상기 웨이퍼상에 존재하는 불순물을 제거하는 단계; 및Third cleaning of the wafer with ultrapure water to remove impurities present on the wafer; And 상기 웨이퍼를 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼상의 금속막 제거 방법.And drying the wafer. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 알칼리성 화학용액은 TMH(Trimethylhydroxide), 과산화수소수 및 초순수를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼상의 금속막 제거 방법.The alkaline chemical solution is TMH (Trimethylhydroxide), hydrogen peroxide water and ultrapure water, characterized in that the metal film removal method on the wafer. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 산성 화학용액은 희석된 불산인 것을 특징으로 하는 웨이퍼상의 금속막 제거 방법.And the acidic chemical solution is diluted hydrofluoric acid. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 제 1 및 제 2 금속막은 텅스텐막이고, 상기 금속산화막은 텅스텐산화막인 것을 특징으로 하는 웨이퍼상의 금속막 제거방법.And said first and second metal films are tungsten films, and said metal oxide films are tungsten oxide films.
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