KR100758125B1 - 반도체 제조 공정시 발생하는 메탈 폴리머 제거 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예인 반도체 제조 공정시 발생하는 메탈 폴리머 제거 방법은 반도체 소자에 메탈을 증착하는 단계; 상기 메탈에 대하여 패턴닝 공정을 수행하는 단계, 및 상기 패터닝 공정에 의하여 생성된 메탈 폴리머를 제거하는 단계를 구비하며, 상기 메탈 폴리머 제거 공정은 H₂SO₄, H₂O₂, 및 HF의 조합으로 이루어진 화학물질에 의하여 이루어진다.

본 발명에서 제안하는 메탈 폴리머 제거용 화학물질를 대략 18℃±1℃의 온도에서 화학적 처리 시간을 30초 내지 최대 100초까지 설정하여 사용하는 경우 메탈 라인에 대한 어택을 거의 초래하지 않는 상태에서 효율적으로, 경제적으로 메탈 폴리머를 제거할 수 있다는 이점이 있다.

Description

반도체 제조 공정시 발생하는 메탈 폴리머 제거 방법{Method for removing the metal polymer generated during the semiconductor fabricating process}

도 1 내지 도 3은 메탈 라인 공정 후 본 발명에서 제안하는 메탈 폴리머 제거용 화학물질을 이용하여 부산물인 메탈 폴리머를 제거한 경우의 SEM 결과도이다.

본 발명은 반도체 제조 공정시 발생하는 메탈 폴리머 제거 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자를 제조하기 위한 공정은 통전을 위하여 도전성 금속을 형성하는 과정을 필수 공정으로 하고 있다.

이러한 도전성 금속으로 가장 널리 사용되고 있는 것으로 알루미늄과 구리 가 있다.

주지된 바와 같이, 이러한 알루미늄이나 구리를 반도체 소자의 메탈 라인으로 형성하기 위해서는 건식 식각 공정을 수행하게 된다.

그런데, 일반적으로 건식 식각 공정 후에는 메탈 라인의 측벽 또는 그 위에 반응 부산물로써 폴리머(Polymer)가 남기 때문에 솔벤트(Solvent) 등을 이용하여 이를 제거하는 공정을 수행한다.

이러한 솔벤트 중에서 대표적인 화학물질로 F 계열의 솔벤트가 있다.

그러나, 이러한 F 계열의 솔벤트는 메탈 식각 후 발생하는 잔존성 폴리머의 제거 성능이 탁월하다는 이점이 있지만, 고가인 관계로 가격 경쟁력이 떨어진다는 단점이 있다.

이는 결국 반도체 소자의 제조 단가를 상승시킨다는 문제점을 안고 있다.

본 발명은 가격이 저렴하면서도 메탈 식각 후에 발생하는 메탈 폴리머를 효율적으로 제거할 수 있는 화학물질, 그 사용 방법, 이를 이용한 메탈 폴리머 제거 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예인 반도체 제조 공정시 발생하는 메탈 폴리머 제거 방법은 반도체 소자에 메탈을 증착하는 단계; 상기 메탈에 대하여 패턴닝 공정을 수행하는 단계, 및 상기 패터닝 공정에 의하여 생성된 메탈 폴리머를 제거하는 단계를 구비하며, 상기 메탈 폴리머 제거 공정은 H₂SO₄, H₂O₂, 및 HF의 조합으로 이루어진 화학물질에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, H₂SO₄, H₂O₂, 및 HF의 혼합비는 5~12 wt%, 3~8wt%, 및 100~300ppm인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 화학물질의 온도는 18℃±1℃인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예는 H₂SO₄, H₂O₂, 및 HF가 ~12 wt%, 3~8wt%, 및 100~300ppm의 혼합비로 혼합되어 이루어진 메탈 폴리머 제거용 화학물질에 관한 것이다.

본 발명의 또 다른 실시예는 메탈 폴리머 제거용 화학물질을 18℃±1℃의 온도 범위에서 사용하는 방법에 관한 것이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명은 고가인 F 계열의 솔벤트를 대체할 수 있는 메탈 폴리머 제거용 화학물질을 제공하고자 한다.

본 발명자는 F 계열의 솔벤트를 대체할 수 있는 화학물질로 LIC-3(Low temp inorganic chemical mixture-3)를 제안한다.

여기서, LIC-3란 DSP(Diluted Sulfuric acid Peroxide mixture)로도 명명되기도 한다.

본 발명에서 제안하는 LIC-3의 메탈 폴리머 제거용 화학물질은 황산과 과산화수소, 그리고 불산을 적정 비율로 혼합(mix)한 것으로, 각 산류 화학물의 산화반응에 의하여 메탈 폴리머를 효율적으로 제거할 수 있음은 물론 각 제품의 가격이 저렴한 관계로 가격 경쟁력 면에서도 우수하다.

특히, 본 발명자가 제안하는 메탈 폴리머 제거용 화학물질은 H₂SO₄ 5~12wt%, H₂O₂ 3~8 wt%, HF 100~300ppm의 성분과 비율로 이루어진다.

통상, HF는 Oxide류(oxide, TEOS, BPSG 등) 필름(film)을 식각하는 성질을 가지고 있으나, 소량만을 사용하기 때문에 Oxide loss는 거의 없었다.

한편, H₂SO₄와 H₂O₂의 혼합액은 메탈을 식각 하는 성질을 가지고 있다. 이 때문에, 메탈 라인에 전혀 어택(attack)이 없도록 공정 조건을 잡는 것이 매우 중요하다.

여기서, 가장 큰 영향을 미치는 변수(parameter)는 메탈 폴리머 제거용 화학물질(LIC-3)의 온도와 농도이다.

그런데, 농도는 공정이 정해지면 한 번 정해진 비율로 사용하는 것이 일반적이다.

따라서, 가장 민감하면서도 주의를 기울여야 하는 것이 메탈 폴리머 제거용 화학물질(LIC-3)의 온도이다.

왜냐하면, 동일한 농도에서 온도가 높아질수록 메탈 라인 어택(Metal line attack) 등의 문제 발생시 이를 해소할 수 있는 공정 마아진(process margin)의 확보율이 낮아지기 때문이다.

예를 들면, Al, Ti/TiN 등과 같은 메탈 웨이퍼를 재활용하기 위해 황산과 과산화수소가 혼합된 화학물질을 고온의 상태에서 식각액으로 사용하는데, 하물며 메탈 폴리머 제거 공정은 메탈 라인이 직접 드러난 상태에서 진행되는 것이기 때문에 온도가 높을수록 메탈 라인의 식각의 위험성이 높아진다. 또한, HF는 저온에서도 oxide류 필름에 대한 식각률이 높기 때문에 온도를 낮추는 것이 필수적이다.

그러나 온도를 무한정 낮추다 보면 메탈 폴리머 제거율(polymer removability)이 오히려 감소하거나, 화학적 처리 시간(chemical treatment time) 이 길어질 수 있다. 또한, 온도를 낮추기 이해서는 별도의 냉각 시스템(cooling system)을 장착해야 하므로 부가 비용이 소모된다.

그러나 온도를 대략 18℃로 사용하면, PCW (Process Cooling Water, 생산장비에서 냉각용 물인 냉각수를 의미하며 이 온도가 18℃이고 화학물질을 사용하는 거의 모든 생산장비에 기본적으로 장착되어 있음)만으로도 온도 제어가 가능하므로 별도의 장치를 구매하지 않아도 되기 때문에 비용 절감 효과가 있다.

대략 18℃의 온도 범위에서 사용시 화학적 처리 시산을 30초에서 최대 100초까지 메탈 폴리머 제거 공정에 적용하여도 모두 메탈 라인에 대한 어택없이 폴리머가 깨끗이 제거되는 것을 확인하였다.

도 1 내지 도 3에는 메탈 라인 공정 후 본 발명에서 제안하는 메탈 폴리머 제거용 화학물질을 이용하여 부산물인 메탈 폴리머를 제거한 경우의 SEM 결과도이다.

도 1은 화학적 처리 시간이 30초인 경우이고, 도 2는 화학적 처리 시간이 60초인 경우이고, 도 3은 화학적 처리 시간이 90초인 경우이다. 각 공정은 모두 18℃에서 실시되어있으나, 18℃±1인 경우에도 거의 동일한 결과를 얻을 수 있었다.

도시된 바와 같이, 본 발명에서 제안한 메탈 폴리머 제거용 화학물질을 사용한 경우 90초 동안 화학적 처리가 진행된 경우에도 메탈 라인의 상부 및 측부에 대한 어택이 거의 없음을 알 수 있다. 즉, 메탈 라인의 형상이 유지됨을 알 수 있 다.

한편, 본 발명자는 다음과 같은 공정을 수행하여 본 발명의 실시가 경제적으로 매우 유용함을 알 수 있었다.

즉, 본 발명자는 반도체 소자에 메탈을 증착하는 단계; 상기 메탈에 대하여 패턴닝 공정을 수행하는 단계, 및 상기 패터닝 공정에 의하여 생성된 메탈 폴리머를 제거하는 단계를 수행하였으며, 이 경우 상기 메탈 폴리머 제거 공정은 H₂SO₄, H₂O₂, 및 HF의 조합으로 이루어진 메탈 폴리머 제거용 화학물질을 사용하였다.

이 경우, H₂SO₄, H₂O₂, 및 HF의 혼합비는 5~12 wt%, 3~8wt%, 및 100~300ppm이었으며, 그 사용 온도는 18℃±1℃이었다.

본 발명에서 제안하는 메탈 폴리머 제거용 화학물질를 대략 18℃±1℃의 온도에서 화학적 처리 시간을 30초 내지 최대 100초까지 설정하여 사용하는 경우 메탈 라인에 대한 어택을 거의 초래하지 않는 상태에서 효율적으로, 경제적으로 메탈 폴리머를 제거할 수 있다는 이점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (3)

1. 반도체 소자에 메탈을 증착하는 단계;

   상기 메탈에 대하여 패턴닝 공정을 수행하는 단계;

   상기 패터닝 공정에 의하여 생성된 메탈 폴리머를 제거하는 단계;

   를 포함하며,

   상기 메탈 폴리머 제거 공정은 H₂SO₄, H₂O₂, 및 HF의 조합으로 이루어진 화학물질에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정시 발생하는 메탈 폴리머 제거 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   H₂SO₄, H₂O₂, 및 HF의 혼합비는 5~12 wt%, 3~8wt%, 및 100~300ppm인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정시 발생하는 메탈 폴리머 제거 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 화학물질의 온도는 18℃±1℃인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정시 발생하는 메탈 폴리머 제거 방법.

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