KR100678299B1 - 반도체 소자 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법의 제 1 실시 예는, 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정을 수행하는 단계; 상기 식각 공정을 위하여 형성된 감광막을 제거하는 단계; 상기 결과물에 대하여 솔벤트 클리닝 처리를 수행하는 단계; 상기 결과물에 대하여 IPA(isopropyl alcohol) 처리를 수행하는 단계; 를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
또한 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법의 제 2 실시 예는, 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정을 수행하는 단계; 상기 결과물에 대하여 후처리 공정으로서 Ar 스퍼터링을 수행하는 단계; 상기 식각 공정을 위하여 형성된 감광막을 제거하는 단계; 를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 본딩 패드의 부식을 방지할 수 있는 반도체 소자 제조방법을 제공할 수 있는 장점이 있다.
Description
도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법의 제 1 실시 예를 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, 솔벤트 클리닝 처리-DI 린스 처리의 경우에 발생되는 본딩 패드의 부식을 나타낸 사진.
도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, 솔벤트 클리닝 처리-IPA 처리-DI 린스 처리의 경우에 발생되는 본딩 패드의 부식을 나타낸 사진.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, 솔벤트 클리닝 처리-IPA 처리 후의 본딩 패드를 나타낸 사진.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, DI 린스 처리를 수행한 경우의 오거 전자 스펙트럼(Auger Electron Spectrum) 및 뎁스 프로파일(Depth Profile)을 나타낸 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, IPA 처리를 수행한 경우의 오거 전자 스펙트럼(Auger Electron Spectrum) 및 뎁스 프로파일(Depth Profile)을 나타낸 도면.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서 본딩 패드에 형성된 피트(pit) 형태의 결함을 나타낸 사진.
도 11은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, DI 린스 처리를 수행한 경우에 발생되는 본딩 패드의 부식을 나타낸 도면.
도 12는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, IPA 처리를 수행한 경우의 본딩 패드를 나타낸 도면.
도 13은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법의 제 2 실시 예의 순서도를 나타낸 도면.
도 14는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정이 수행된 후, 별도의 후처리 공정이 없는 경우에 발생되는 본딩 패드의 부식을 나타낸 사진.
도 15는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정이 수행된 후, 별도의 후처리 공정으로서 Ar/O2 스퍼터링을 수행한 경우에 발생되는 본딩 패드의 부식을 나타낸 사진.
도 16은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정이 수행된 후, 별도의 후처리 공정으로서 Ar 스퍼터링을 수행한 경우의 본딩 패드를 나타낸 사진.
도 17은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법의 제 3 실시 예를 나타낸 순서도.
본 발명은 반도체 소자 제조방법에 관한 것이다.
반도체 소자가 점점 고집적화 되어가고 제품당 단가가 비싼 고부가가치 제품들이 증가함에 따라 소자의 특성을 결정하는 핵심공정들 뿐만 아니라 웨이퍼 제조의 마무리 단계인 본딩 패드 오픈 식각 공정의 중요성이 대두되고 있다.
제품의 특성에 전혀 문제가 없음에도 불구하고 본딩 패드 위에 시각적인 불량이 존재함으로 인해 해당 웨이퍼가 고객에게 전달되지 못하고 폐기되는 것이 현실이기 때문이다.
본딩 패드(bonding pad)에 잔류하는 시각적인 결함(visual defect) 중에서 가장 일반적인 것이 본딩 패드에 피트(pit) 형태로 발생되는 본딩 패드 부식(pad corrosion)이다. 본딩 패드 부식은 패키징 공정의 품질특성에 영향을 줄 수 있으며, 그렇기 때문에 일정 허용치 이하로 관리가 되어야만 한다.
따라서, 본딩 패드 부식을 방지할 수 있는 방안에 대한 연구가 다양하게 진행되고 있다.
본 발명은 본딩 패드의 부식을 방지할 수 있는 반도체 소자 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법의 제 1 실시 예는, 반도체 기판 상부에 감광막 패턴을 형성하고 본딩 패드 오픈을 위한 식 각 공정을 수행하는 단계; 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계; 상기 결과물에 대하여 솔벤트 클리닝 처리를 수행하는 단계; 상기 결과물에 대하여 IPA(isopropyl alcohol) 처리를 수행하는 단계; 를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법의 제 2 실시 예는, 반도체 기판 상부에 감광막 패턴을 형성하고 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정을 수행하는 단계; 상기 결과물에 대하여 Ar 스퍼터링을 수행하는 단계; 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계; 상기 결과물에 대하여 솔벤트 클리닝 처리를 수행하는 단계; 및 상기 결과물에 대하여 IPA(isopropyl alcohol) 처리를 수행하는 단계; 를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 본딩 패드의 부식을 방지할 수 있는 반도체 소자 제조방법을 제공할 수 있는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.
본 발명에서는 본딩 패드의 부식을 방지할 수 있는 반도체 소자 제조방법을 제시하고자 한다. 이러한 방안을 제시하기 위하여 다양한 공정 조건에서의 실험이 진행되었으며, 그 결과를 기반으로 하여 적정한 반도체 소자 제조방법을 제시하고자 한다.
먼저, 도 1 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법을 설명하고, 공정 조건의 변화에 따른 결과를 설명하기로 한다. 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에서는 본딩 패드가 오픈되고 패터닝된 감광막이 제거된 후, 솔벤트 클리닝 처리 및 세정/건조 처리에서의 공정 변 수를 중심으로 살펴 보기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법의 제 1 실시 예를 나타낸 순서도이다.
본 발명의 제 1 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 먼저 반도체 기판 상부에 감광막 패턴을 형성하고 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정을 수행한다(단계 101). 이어서 상기 식각 공정을 수행하기 위하여 형성되었던 감광막 패턴을 제거한다(단계 103). 그리고, 상기 결과물에 대하여 솔벤트 클리닝(solvent cleaning) 처리를 수행하고(단계 105), IPA(isopropyl alcohol) 처리를 수행한다(단계 107).
이와 같은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면 본딩 패드에 부식이 발생되지 않았으나, 솔벤트 클리닝 처리를 수행한 이후, 후처리 방법에 변화를 준 경우에는 본딩 패드에 부식이 발생되는 실험 결과를 얻을 수 있었다.
이하에서는 솔벤트 클리닝 처리 및 후처리 방법의 변화에 따라 어떤 결과가 발생되는 지에 대하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, 솔벤트 클리닝 처리-DI 린스(DeIonized water Rinse) 처리의 경우에 발생되는 본딩 패드의 부식을 나타낸 사진이고, 도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, 솔벤트 클리닝 처리-IPA 처리-DI 린스 처리의 경우에 발생되는 본딩 패드의 부식을 나타낸 사진이고, 도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, 솔벤트 클리닝 처리-IPA 처리 후의 본딩 패드를 나타낸 사진이다.
식각 공정 후 생성되는 폴리머 등을 제거하기 위한 솔벤트는 동일하게 적용하고 최종 후처리 방법에 대하여 IPA(isopropyl alcohol) 처리와 DI 린스(DeIonized water Rinse) 처리로 구분하여 공정조건에 변화를 주었다.
상기 도 2 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, DI 린스 처리가 포함된 후처리 공정이 수행된 웨이퍼에는 모두 본딩 패드에 부식이 발생되었음을 볼 수 있다. 그러나 솔벤트 클리닝 처리 후, IPA 처리만을 수행한 웨이퍼에는 본딩 패드에 부식이 발생되지 않았음을 볼 수 있다.
이로부터 DI 린스 처리가 본딩 패드의 부식에 영향을 주는 것을 확인할 수 있었고, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 솔벤트 클리닝 처리 후, 후처리 방안으로서 DI 린스 처리 없이 IPA 처리만을 수행하는 방안을 제시하고자 한다.
한편, 본딩 패드의 부식이 발생되는 조건과 부식이 발생되지 않는 조건의 차이를 확인하기 위하여 오이거 전자 스펙트럼(Auger Electron Spectrum) 및 뎁스 프로파일(Depth Profile)을 분석하였다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, DI 린스 처리를 수행한 경우의 오거 전자 스펙트럼(Auger Electron Spectrum) 및 뎁스 프로파일(Depth Profile)을 나타낸 도면이고, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, IPA 처리를 수행한 경우의 오거 전자 스펙트럼(Auger Electron Spectrum) 및 뎁스 프로파일(Depth Profile)을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, IPA 처리를 수행하여 본딩 패드에 부식 이 발생되지 않는 조건에서는 본딩 패드(알루미늄) 위에 F 성분이 상대적으로 많음을 확인할 수 있었다.
이러한 성분분석의 결과로부터, 본딩 패드의 부식은 식각공정과 감광막 스트립(strip) 후, 본딩 패드(알루미늄) 표면에 잔류하는 F가 DI 린스 처리의 초기단계에서 H와 반응하면서 HF를 행성하고, 이 생성된 HF가 DI 린스 배스(bath) 내에서 전자의 이동을 보다 자유롭게 하는 전해질로 작용한 것으로 추정된다. 이에 따라, 상기 HF가 전해질로 작용되어 Cu와 Al의 갈바닉(Galvanic) 전지 반응을 촉진하는 것으로 해석될 수 있다.
일반적으로 Al은 HF 분위기에서 잘 부식되는 특성을 갖는다. 또한 Cu와 Al 같은 이종금속이 전기적으로 접촉할 경우, 이때 발생하는 전위차 때문에 전자의 이동이 발생하면서 전지를 형성하게 된다. 그리고, Al에 비해 상대적으로 비활성 금속이 Cu는 전지의 음극으로, Cu에 비해 상대적으로 활성인 Al은 전지의 양극으로 작용한다. 이러한 갈바닉 전지반응이 진행되면 음극인 Cu에는 갈바닉 반응을 통해 이동된 Cu가 집중되고, 그 주변에는 Cu의 공핍 공핍영역이 형성되어 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이 Al 금속 표면에 피트(pit) 형태의 결함이 형성된다. 도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서 본딩 패드에 형성된 피트(pit) 형태의 결함을 나타낸 사진이다.
한편, 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정은 건식 식각으로 수행될 수 있는데, 상기 건식 식각 수행을 위한 식각용 가스는 C4F8, CO, Ar, O2 를 포함하여 구성된다. 따라서, 이러한 식각용 가스에 포함된 C4F8 가스로부터 F 성분이 본딩 패드에 잔류하게 되는 것으로 해석된다.
또한, 본딩 패드의 부식을 유발시키는 요인으로서 다음과 같은 해석도 가능하다. 솔벤트의 주성분인 아민(amine)과 DI(DeIonized water)가 반응하여 수산화기(OH-)를 형성하고 이 수산화기가 전체 pH 농도를 변화시켜 본딩 패드(알루미늄)의 부식 반응을 촉진시키는 것으로 해석할 수 있다.
pH 농도가 강염기 방향으로 이동할수록 Al이 쉽게 부식되는 전기적 활성영역이 중가하는 반면, Cu의 전기적 활성영역은 상대적으로 작아지기 때문에 Al과 Cu 사이의 전위차는 더욱 커지게 된다. 이에 따라 더욱 커진 전위차만큼 구리와 접촉한 상태의 Al은 전기화학적으로 불안정한 상태가 된다. 그리고 이러한 불안정한 상태에서는 갈바닉 전지반응을 일으키게 되며, 스스로의 에너지를 낮추려는 경향을 보이게 된다.
이와 같이, DI 린스 처리시의 갈바닉 전지반응은 초기에는 HF의 영향을 받고, 일정시간이 경과하면 아민(amine)과 DI 린스의 수산화 반응이 주요 원인으로 작용하는 것으로 해석된다. 따라서, 갈바닉 전지반응으로 인한 본딩 패드의 부식은 DI 린스 처리 시간이 길어질수록 더욱 심화되게 된다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 솔벤트 클리닝 처리가 수행된 후, 후처리 공정으로서 DI 린스 처리를 수행하지 않고, IPA 처리만을 수행함으로서, 본딩 패드가 부식되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이 다.
또한 본 발명에서는 부식이 생기지 않는 조건의 본딩 패드와 그렇지 않은 본딩 패드의 화학적인 안정성 차이를 확인하기 위하여 실온(room temperature), 습도(humidity) 100% 상태에서 7일 이상 보관하고, 본딩 패드의 상태 변화를 검출하였다. 이를 도 11 및 도 12에 나타내었다. 도 11은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, DI 린스 처리를 수행한 경우에 발생되는 본딩 패드의 부식을 나타낸 도면이고, 도 12는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, IPA 처리를 수행한 경우의 본딩 패드를 나타낸 도면이다.
도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, DI 린스 처리를 수행한 경우에는 본딩 패드에 많은 피트(pit)가 형성되었음을 확인할 수 있었고, IPA 처리만을 수행한 경우에는 본딩 패드에 부식이 발생되지 않았음을 확인할 수 있었다.
이는 본딩 패드에 부식이 발생되는 조건의 웨이퍼들의 경우 대기중의 수분과 반응하여 부식 정도가 더 심화된 것으로 판단된다. 이는 일단 본딩 패드의 부식이 발생된 영역과 그렇지 않은 영역의 산소 농도차로 인한 농도차 전위가 형성되어 갈바닉 전지반응에 의한 부식 반응을 보다 심화시키기 때문인 것으로 해석된다.
반면, 본딩 패드의 부식이 발생되지 않도록 IPA 만으로 최종적인 후처리가 된 웨이퍼는 본딩 패드(Al)의 표면에 보다 조밀한 Al2O3 막이 형성되어 열역학적으로 매우 안정적인 상태를 유지하기 때문에 외부의 조건변화에 쉽게 반응하지 않는 것으로 해석된다.
한편, 도 13은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법의 제 2 실시 예의 순서도를 나타낸 도면이다.
그러면, 도 13을 참조하여 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 대하여 설명해 보기로 한다. 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에서는, 본딩 패드의 표면에 잔류하는 F를 제거할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
본 발명의 제 2 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법은, 도 13에 나타낸 바와 같이, 먼저 반도체 기판 상에 감광막 패턴을 형성하고 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정을 수행한다(단계 1301). 그리고, 상기 결과물에 대하여 후처리 공정으로서 Ar 스퍼터링 공정을 수행하고(단계 1303), 상기 식각 공정을 위하여 형성되었던 감광막 패턴을 제거한다(단계 1305).
이와 같이, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 상기 단계 1301에서의 식각 공정이 수행된 후, 감광막을 제거하기 전에, 별도의 후처리 공정으로서 Ar 스퍼터링 처리 공정을 추가로 수행한다. 이때, 상기 Ar 스퍼터링 처리 공정은 60mTorr 이하의 압력에서 수행되도록 할 수 있다.
이러한 Ar 스퍼터링 공정을 통하여 식각 공정에 의하여 오픈된 본딩 패드의 표면에 존재할 수 있는 F 성분을 제거함으로써, 본딩 패드가 부식되는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다. 즉, 오픈된 본딩 패드의 표면에 잔류하는 F를 포함하는 식각 반응 생성물을 물리적인 스퍼터링 방법에 의하여 제거하는 것이다. 이로써, 추후 진행될 솔벤트 클리닝 처리 공정에서 본딩 패드의 표면이 화학적으로 보다 안정적 인 상태를 유지할 수 있게 되는 것이며, 이에 따라 본딩 패드에 부식이 발생되는 것을방지할 수 있게 되는 것이다.
한편, 도 14는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정이 수행된 후, 별도의 후처리 공정이 없는 경우에 발생되는 본딩 패드의 부식을 나타낸 사진이고, 도 15는 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정이 수행된 후, 별도의 후처리 공정으로서 Ar/O2 스퍼터링을 수행한 경우에 발생되는 본딩 패드의 부식을 나타낸 사진이고, 도 16은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 있어서, 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정이 수행된 후, 별도의 후처리 공정으로서 Ar 스퍼터링을 수행한 경우의 본딩 패드를 나타낸 사진이다.
상기 도 14 내지 도 16에 나타낸 바와 같이, 별도의 후처리 공정이 수행되지 않거나, 또는 별도의 후처리 공정으로서 Ar/O2 스퍼터링을 수행한 경우에는 본딩 패드에 부식이 방생됨을 볼 수 있으며, 별도의 후처리 공정으로서 Ar 스퍼터링 처리를 수행한 본딩 패드에는 부식이 발생되지 않았음을 볼 수 있다.
이로부터 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정이 수행된 후, 별도의 후처리 공정으로서 Ar 스퍼터링 처리를 수행함으로써, 본딩 패드의 부식을 방지할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
한편, 도 17은 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법의 제 3 실시 예를 나타 낸 순서도로서, 상기에서 설명된 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법의 제 1 실시 예와 제 2 실시 예를 결합하여 실시하는 경우를 나타낸 것이다. 이에 대한 상세한 설명은 이미 설명되었으므로 여기서는 간략하게 그 공정 순서만 기재하기로 한다.
먼저, 반도체 기판 상부에 감광막 패턴을 형성하고 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정을 수행하고(단계 1701), 상기 식각 공정에 대한 별도의 후처리 공정으로서 Ar 스퍼터링 처리 공정을 수행한다(단계 1703).
이어서 상기 식각 공정을 위하여 형성되었던 감광막 패턴을 제거하고(단계 1705), 솔벤트 클리닝 처리 공정을 수행하고(단계1707), IPA 처리 공정을 수행한다(1709).
이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 의하면, 본딩 패드의 부식을 방지할 수 있는 장점이 있다.
Claims (5)
- 반도체 기판 상부에 감광막 패턴을 형성하고 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정을 수행하는 단계;상기 감광막 패턴을 제거하는 단계;상기 결과물에 대하여 솔벤트 클리닝 처리를 수행하는 단계; 및상기 결과물에 대하여 IPA(isopropyl alcohol) 처리를 수행하는 단계;를 포함하며,상기 솔벤트 클리닝 처리 후에, IPA 처리만을 수행하고 DI(DeIonized water) 린스 처리를 수행하지 않는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
- 반도체 기판 상부에 감광막 패턴을 형성하고 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정을 수행하는 단계;상기 결과물에 대하여 Ar 스퍼터링을 수행하는 단계;상기 감광막 패턴을 제거하는 단계;상기 결과물에 대하여 솔벤트 클리닝 처리를 수행하는 단계; 및상기 결과물에 대하여 IPA(isopropyl alcohol) 처리를 수행하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정을 수행함에 있어, 상기 식각은 건식 식각으로 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
- 제 1항 또는 제 2항에 있어서,상기 본딩 패드 오픈을 위한 식각 공정을 수행함에 있어, 상기 식각은 C4F8, CO, Ar, O2 를 포함하는 가스를 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
- 제 2항에 있어서,상기 Ar 스퍼터링은 60mTorr 의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
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