KR100854576B1 - 반도체 소자의 세정 장치 및 반도체 소자의 세정 방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 의한 반도체 소자의 세정 장치는 반도체 소자와 세정액이 수납되는 세정 탱크; 및 상기 세정 탱크 내부에 부착되어 희생 양극으로 기능되는 양극성 금속을 포함한다. 또한, 실시예에 따른 반도체 소자의 세정 방법은 마그네슘, 마그네슘 합금, 아연, 아연 합금 중 하나 이상의 물질을 포함하는 양극성 금속이 부착된 세정 탱크에 반도체 소자가 수납되는 단계; 상기 양극성 금속이 잠기도록 상기 세정 탱크에 세정액이 채워지는 단계; 및 상기 반도체 소자 및 상기 양극성 금속 측으로 세정액이 분사되는 단계를 포함한다.
실시예에 의하면, 세정 과정에서 반도체 소자의 금속 구조물이 부식되는 현상을 방지할 수 있으므로 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 플라즈마, 라인 앤드 쇼트닝, 미스얼라인먼트 등에 의한 손상에 의하여 금속 배선이 외부로 노출되더라도 세정 과정에서 부식되는 것을 방지할 수 있으므로 별도의 보상 공정을 수행할 필요가 없게 되는 효과가 있다.
Description
도 1은 불균일한 플라즈마에 의하여 반도체 소자에 국부적 전위차가 발생되는 형태를 모식화한 도면.
도 2는 국부적 전위차에 의하여 반도체 소자 상에서 발생되는 터널링 현상을 설명한 도면.
도 3은 금속배선이 부식된 형태를 예시한 도면.
도 4는 실시예에 따른 반도체 소자의 세정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.
도 5는 금속 및 합금의 갈바닉 시리즈(galvanic series)를 도시한 테이블.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10: 세정 탱크 11: 제1탱크
12: 제2탱크 15: 양극성 금속
20: 보트 30: 반도체 소자
40: 제1순환 라인 50: 제2순환 라인
60: 제2밸브 70: 펌프
80: 필터 90: 제1밸브
95: 노즐
본 발명은 반도체 소자의 세정 장치 및 세정 방법에 관하여 개시한다.
반도체 소자가 초소형화되면서 패터닝 공정에서 많이 이용되던 식각기술인 습식식각 기술이 점차, 플라즈마를 이용한 건식식각 기술로 대체되고 있다.
플라즈마를 이용한 건식식각은, 플라즈마 속에서 발생된 반응 물질들이 웨이퍼 표면에서 식각 목표물과 화학 작용을 일으킴으로써 식각이 일어나도록 하는 기술이다.
이와 같은 플라즈마 건식식각 기술은 미세한 패터닝을 가능하게 하고, 이방성 식각의 특징을 가지므로, 식각 모형의 해상도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 건식식각 기술을 이용하면 마스크 아래가 식각되는 언더 컷팅(undercutting)의 유발을 억제할 수 있다.
그러나, 플라즈마 건식식각 기술은 플라즈마에 의하여 반도체 소자가 손상될 수 있는 문제점이 있다.
도 1은 불균일한 플라즈마에 의하여 반도체 소자에 국부적 전위차가 발생되는 형태를 모식화한 도면이고, 도 2는 국부적 전위차에 의하여 반도체 소자 상에서 발생되는 터널링 현상을 설명한 도면이며, 도 3은 금속배선이 부식된 형태를 예시한 도면이다.
식각 챔버 내부에 반응가스가 주입되고 코일에 전압이 가해지면, 전자계 필드가 형성되고 전자계 필드에 의하여 플라즈마가 형성된다.
이때, 전자계 필드의 상태, 반응 가스의 밀도 차이, 이온화 조건 등에 의하여 불균일한 플라즈마가 생성될 수 있으며, 불균일한 이온들에 의하여 국부적 전위차가 생성된다. 도 1을 참조하면, 이온층의 전위(Vsheath), 식각층의 전위(VOX)가 일정하게 유지되지 못하고 불안정하게 유동됨을 알 수 있다.
이와 같은 상태가 되면, 도 2에 도시된 것처럼 허용금지대(A)에서 전자(e-)-홀(H+)쌍의 유기가 이루어지며, 이는 FN 터널링 현상에 의한 것으로 게이트 산화막을 손상시키는 결과를 초래한다.
또한, 플라즈마 내부에서 발생되는 150nm ~ 800nm의 광대역 파장의 자외선, 가시광선 및 적외선등은 반도체 소자로 전달되어서 원하지 않는 하전입자들을 생성하며, 이러한 경우 역시 반도체 소자의 손상을 초래할 수 있다.
그리고, 금속배선 형성시 발생하는 라인 앤드 쇼트닝(Line-End-Shortening), 미스얼라인먼트(misalignment) 등의 현상으로 인하여 배선의 일부가 노출되는 경우도 있다.
한편, 반도체 소자는 식각, 증착 공정 등이 처리된 후 세정 공정을 거치게 되는데, 반도체 소자가 전술한 바와 같이 여러 요인에 의하여 손상된 경우, 손상 부위는 순수와 같은 전해질에 노출된다.
반도체 소자의 손상 부위가 전해질에 노출되면 부식 현상이 발생되어 소자 신뢰성에 영향을 미치며, 특히 플라즈마 손상의 경우 부식 현상이 더욱 심하게 진행된다.
도 3에 의하면, 플라즈마 손상에 의하여 노출된 금속 배선(C)이 부식된 형태를 볼 수 있는데, 부식된 부분(B)에 공극이 형성된 것을 확인할 수 있다.
이처럼, 반도체 소자의 손상 부위에 부식 현상이 발생되면 전류의 흐름이 차단되거나 원활하지 못하게 되므로 반도체 소자의 기능이 현저히 저하될 수 밖에 없다.
본 발명의 실시예는 세정 과정에서 반도체 소자의 금속 구조물이 부식되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 세정 장치를 제공한다.
실시예에 따른 반도체 소자의 세정 장치는 반도체 소자와 세정액이 수납되는 세정 탱크; 및 상기 세정 탱크 내부에 부착되어 희생 양극으로 기능되는 양극성 금속을 포함한다.
실시예에 따른 반도체 소자의 세정 방법은 마그네슘, 마그네슘 합금, 아연, 아연 합금 중 하나 이상의 물질을 포함하는 양극성 금속이 부착된 세정 탱크에 반도체 소자가 수납되는 단계; 상기 양극성 금속이 잠기도록 상기 세정 탱크에 세정액이 채워지는 단계; 및 상기 반도체 소자 및 상기 양극성 금속 측으로 세정액이 분사되는 단계를 포함한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 세정 장치 및 반도체 소자의 세정 방법에 대하여 상세히 설명하는데, 실시예에 따른 반도체 소자의 세정 장치는 금속 배선 공정에서 사용되는 세정 장치인 것으로 한다.
도 4는 실시예에 따른 반도체 소자의 세정 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5는 금속 및 합금의 갈바닉 시리즈(galvanic series)를 도시한 테이블이다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 세정 장치는 세정 탱크(10), 보트(20), 제1순환라인(40), 펌프(70), 필터(80), 제1밸브(90), 제2순환라인(50), 제2밸브(60), 노즐(95), 양극성 금속(15)을 포함하여 구성되고, 상기 보트(20)에는 웨이퍼 상태의 반도체 소자(30)가 수납된다.
상기 세정 탱크(10)는, 상측이 개방되어 순수, 케미컬과 같은 세정액이 수납되고 상기 보트(20)가 설치된 제1탱크(11) 및 제1탱크(11) 양측 외부에 설치되는 제2탱크(12)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 양극성 금속(15)은 제1탱크(11) 내부면에 부착되어 희생양극으로 기능되며, 생성 과정에서 세정액에 노출되는 반도체 소자의 금속 구조물이 부식되는 현상을 방지한다.
예를 들어, 배선 형성시 발생된 라인 엔드 쇼트닝, 미스 얼라인먼트, 플라즈마 손상 등에 의하여 반도체 소자의 텅스텐 플러그 등이 외부로 드러날 수 있으며, 이러한 금속 구조물의 부식을 방지할 수 있다.
상기 제1순환라인(40)은 제1탱크(11)와 제2탱크(12)를 연결시켜 세정액이 흐 를 수 있도록 하고, 제1순환라인(40) 상에는 펌프(70), 필터(80), 제1밸브(90)가 설치되어 있다.
그리고, 상기 보트(20)의 양측에는 일정간격을 두고 노즐(95)이 각각 설치되어 있고, 노즐(95)은 제2순환라인(50)을 통하여 필터(80)와 제1밸브(90) 사이의 제1순환라인(40)과 연결된다. 상기 제2순환라인(50)에는 제2밸브(60)가 설치되어 있다.
상기 보트(20)에 반도체 소자(30)가 수납되면 제1탱크(11)에 세정액이 채워지는데, 세정액은 제1탱크(11) 내부면의 양극성 금속(15)이 잠기도록 채워진다.
세정액이 채워지면 제1순환라인(40) 상에 설치된 제1밸브(90)가 폐쇄된다.
이후, 제2순환라인(50) 상에 설치된 제2밸브(60)가 개방되면 펌프(70)를 통하여 펌핑된 세정액은 제2순환라인(50)과 연결된 노즐(95)을 통하여 분사된다.
상기 노즐(95)을 통하여 세정액이 보트(20) 및 양극성 금속(15) 측으로 일정 시간 분사되면, 제2순환라인(50) 상에 설치된 제2밸브(60)가 폐쇄되고 제1밸브(90)가 개방된다.
이후, 펌프(80)가 가동되면 세정액은 제1탱크(11), 제1순환라인(40), 제2탱크(12)를 순환하며 웨이퍼 상태의 반도체 소자(30)의 세정이 진행된다.
한편, 세정이 진행되는 과정에서, 반도체 소자(30)의 금속 표면에서는 "금속산화반응", "수소환원반응", "산소 환원반응"이 동시에 일어나게 된다.
이때, 산화반응속도와 환원반응속도가 전체적으로 같게 되며 금속 표면을 따라 흐르는 양음극의 이온은 서로 상쇄되며 부식 현상이 진행된다.
그러나, 반도체 소자를 구성하는 금속에 그 전위보다 낮은 전위를 가지는 다른 금속, 즉 양극 성분의 금속을 연결하면 원래의 금속에서 일어나던 부식 현상이 양극 성분의 금속에서 발생되므로 원래의 금속을 보호할 수 있다. 이때의 양극 성분의 금속을 희생 양극이라 한다.
상기 세정 탱크(10)에 설치된 양극성 금속(15)은 희생 양극으로서 기능되며, 반도체 소자(30)에서 발생될 수 있는 부식 현상을 대신 수용함으로써 반도체 소자(30)를 부식 현상으로부터 보호할 수 있다.
즉, 반도체 소자(30)에서는 환원 반응이 우세하게 되어 부식 반응인 산화 반응이 억제되고, 양극성 금속(15)에서는 동시에 산화 반응이 진행된다.
이와 같은 희생양극법에서, 반도체 소자(30)를 구성하는 금속 구조물과 양극성 금속(15) 사이의 전위차가 중요한 요인이 된다.
도 5에 의한 갈바닉 시리즈는 금속 및 합금의 표준 전위를 나타낸 것으로서, 우선적으로 나열된 금속일수록 음극(Cathodic) 성분이 강하고, 뒤로 배열된 금속일수록 양극 성분이 강한 금속이다.
상기 양극성 금속(15)은 가장 마지막에 배열된 금속(D), 즉 마그네슘, 마그네슘 합금, 아연, 아연 합금 중 하나 이상의 물질을 포함하여 이루어질 수 있으며, 따라서 이들 금속 물질보다 표준 전위가 큰 금속의 부식을 막을 수 있다.
상기 양극성 금속(15)에 의하면, 가령, 반도체 소자(30)에 많이 사용되는 알루미늄, 구리, 텅스텐 등의 금속이 부식되는 것을 막을 수 있다.
상기 양극성 금속(15)은 상기 반도체 소자(30)에 형성된 금속배선의 적층수 와 상관없이 일체형으로 형성되거나 다수개로 구비될 수 있다.
또한, 노즐(95)의 위치, 분사 패턴, 세정액의 흐름 방향 등의 요인에 따라 상기 양극성 금속(15)은 세정 탱크(10)의 하나 이상의 면에 부착될 수 있다.
세정액과의 접촉 면적을 보다 넓게 하기 위하여, 상기 양극성 금속(15)은 판형태로 제작되는 것이 좋으며, 접착 부재를 이용하거나 용접 등의 가공을 통하여 세정 탱크(10)에 부착될 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
실시예에 의하면, 세정 과정에서 반도체 소자의 금속 구조물이 부식되는 현상을 방지할 수 있으므로 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 실시예에 의하면, 플라즈마, 라인 앤드 쇼트닝, 미스얼라인먼트 등에 의한 손상에 의하여 금속 배선이 외부로 노출되더라도 세정 과정에서 부식되는 것을 방지할 수 있으므로 별도의 보상 공정을 수행할 필요가 없게 되는 효과가 있다.
Claims (5)
- 반도체 소자와 세정액이 수납되는 세정 탱크; 및상기 세정 탱크 내부에 부착되어 희생 양극으로 기능되고, 판형태이며, 다수개로 구비되어 상기 세정 탱크의 하나 이상의 면에 부착되는 양극성 금속을 포함하는 반도체 소자의 세정 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 양극성 금속은상기 반도체 소자에 형성된 금속배선의 적층수와 상관없이 상기 세정 탱크와 일체형으로 형성된 반도체 소자의 세정 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 양극성 금속은마그네슘, 마그네슘 합금, 아연, 아연 합금 중 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 세정 장치.
- 삭제
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| KR1020070047541A KR100854576B1 (ko) | 2007-05-16 | 2007-05-16 | 반도체 소자의 세정 장치 및 반도체 소자의 세정 방법 |
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| Country | Link |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990063513A (ko) * | 1997-12-26 | 1999-07-26 | 미따라이 하지메 | 양극화성장치 및 양극화성처리방법 및 다공질기판 |
| KR20000071479A (ko) * | 1999-03-25 | 2000-11-25 | 미다라이 후지오 | 양극화성장치, 양극화성시스템, 기판의 처리장치 및처리방법과 기판의 제조방법 |
| KR20030080159A (ko) * | 2002-04-04 | 2003-10-11 | 텔레포스 주식회사 | 단위 양극화 반응기 및 이 반응기를 갖는 다중 양극화반응장치 |
-
2007
- 2007-05-16 KR KR1020070047541A patent/KR100854576B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-05-15 US US12/120,893 patent/US20080283089A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990063513A (ko) * | 1997-12-26 | 1999-07-26 | 미따라이 하지메 | 양극화성장치 및 양극화성처리방법 및 다공질기판 |
| KR20000071479A (ko) * | 1999-03-25 | 2000-11-25 | 미다라이 후지오 | 양극화성장치, 양극화성시스템, 기판의 처리장치 및처리방법과 기판의 제조방법 |
| KR20030080159A (ko) * | 2002-04-04 | 2003-10-11 | 텔레포스 주식회사 | 단위 양극화 반응기 및 이 반응기를 갖는 다중 양극화반응장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20080283089A1 (en) | 2008-11-20 |
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