KR19980028052A - 세정 용액 및 이를 이용한 세정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에는 세정 용액이 개시되어 있다. 본 발명은 탈이온수에 플루오르화붕소수소산(HBF4)과 인산(H3PO4) 및 계면 활성제가 소정 비율로 혼합된 세정 용액을 제공한다. 본 발명은 또한 상기 세정 용액을 이용한 반도체 기판의 세정 방법을 제공한다. 본 발명에 의한 세정 용액은 유기금속성 폴리머의 제거에 탁월한 효과가 있으며, 도전막에 대한 부식성이 없고 금속오염입자가 가공된 반도체 소자에 작용하는 것을 방지할 수 있어서 세정효과가 증대된다. 그리고 상기 세정 용액을 이용한 세정방법은 세정공정 및 조건이 단순화되어 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

Description

세정 용액 및 이를 이용한 세정방법

본 발명은 반도체 소자의 제조시 사용되는 세정 용액 및 이를 이용하는 세정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 통상의 반도체 소자의 제조 단계에서 발생하는 폴리머, 금속 물질 및 식각 잔류물 등과 같은 오염물질등을 효과적으로 제거하기 위한 세정 용액 및 이를 이용하는 세정방법에 관한 것이다.

반도체 소자는 실리콘 웨이퍼 상에 적층된 여러 가지의 반도체용 박막을 화학 기계적 연마(CMP)공정, 건식 식각(dry etch)공정, 화학 기상 증착(CVD)공정 및 이온 주입 공정(ion implantation)등으로 용도에 맞게 가공함으로써 제작된다.

특히 도전막(예: 알루미늄막, 티타늄막, 알루미늄/실리콘막, 텅스텐막, 텅스텐/티타늄막, 티타늄 질화막등)의 가공시 식각 가스 및 포토레지스트와 상기 도전막이 상호반응하여 측벽 폴리머(polymer) 또는 펜스(fence) 등의 부산물을 형성하여 제품의 수율 및 신뢰성에 치명적 영향을 끼치게 된다. 더구나, 전자 기기의 고속화, 고성능화 및 소형화에 따라 집적도가 높아지면서 이러한 부산물들은 더욱 심각한 문제로 대두되고 있다. 따라서 각종 부산물들을 제거하기 위한 세정 공정의 필요성이 갈수록 중요시되고 있다.

건식식각에 의해 도전막을 노출시키는 콘택홀 형성단계 또는 도전막 패턴 형성단계 이후의 세정 공정을 도 1 및 도 2를 참고로하여 설명함으로써 종래의 세정 공정에 대해 살펴본다.

도 1은 종래의 포토레지스트 세정 용액 또는 유기물 세정 용액을 사용한 세정방법에 따라 콘택홀을 세정한 경우를 도시한 도면이다. 참조번호 10은 반도체 기판을, 20은 층간 절연막을, 30은 도전막을, 40은 산화막을 그리고 50은 콘택홀을, 60은 오염물질을 각각 나타낸다.

도 1에 도시된 바와 같은 콘택홀(50)이 형성된 반도체 기판을 60 내지 90℃의 유기물 세정 용액 또는 포토레지스트 세정 용액등에 담그어 콘택홀의 측벽 및 바닥면에 형성된 식각 잔류물등과 같은 오염물질을 제거한다. 세정 용액 처리가 끝난 반도체 기판을 알코올 계열의 린스제(rinser)에 담그어 헹구어 낸 다음 이어서 탈이온수에 담그어 반도체 기판 표면에 존재하는 세정 용액을 완전히 제거한다. 다음에 세정 용액이 제거된 기판을 탈이온수가 담겨 있는 다른 액조에 다시 담그어 상기 세정 용액이 제거된 기판 표면에 잔존하는 이물질을 제거한 후, 반도체 기판을 회전시켜서 반도체 기판 표면에 남아있는 탈이온수를 제거함으로써 세정 공정을 완료한다.

그러나, 종래의 유기물 세정 용액 또는 포토레지스트 세정 용액은 콘택홀 내에 형성되는 식각 잔류물 및 그외의 오염물질을 제거하는 능력에 한계가 있어서 세정 효과가 불충분하다. 따라서 세정 후에도 도1과 같이 콘택홀의 측벽 및 바닥 부분에 오염물질의 일부분(60)이 잔류하게 된다. 특히 금속 배선 및 비아 홀의 건식식각시 발생되는 유기금속성 측벽 폴리머 등의 경우에는 포토레지스트 제거를 위한 플라즈마 애슁(ashing) 공정에 의해 유기금속성 측벽 폴리머가 옥소-금속성 착화합물(oxo-metallic complex)들로 산화되는데 이러한 옥소-금속성 착화합물들은 종래의 세정 용액으로는 완전히 제거되기 어려운 문제점이 있다.

또한, 일부 세정 용액은 도전막에 대한 부식성을 지니고 있어서 세정공정시 도전막 패턴(30)의 일부를 식각 시켜서 도 2와 같이 도전막 패턴의 프로파일을 심하게 변형시킬수 있는 문제점이 있다.

그리고, 종래의 세정 용액은 금속에 대한 강한 부식성 때문에 세정 용액의 배관 및 세정 장비의 노후화를 빨리 초래하고 세정 후 탈이온수로 세정하기전에 알코올 등의 가연성 린스 공정을 추가적용해야 하기 때문에 제조시설내의 환경 및 공정을 복잡하게 하는 문제점이 있다. 또한 종래의 세정 용액의 경우 세정 용액 자체가 다량의 금속 이온 및 오염입자를 함유하고 있어서 세정 공정 도중에 반도체기판 표면에 금속 이온 및 오염입자등이 재흡착될 위험성이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 세정 용액이 지니는 문제점을 해결하기 위하여 산성 세정 용액으로서 금속성 오염물질 및 유기 오염물질을 모두 제거할 수 있고 오염물질의 재부착을 효과적으로 방지할 수 있어서 세정 효율을 극대화시킬 수 있으며, 도전막 등에 손상을 주지 않으며 또한 건식 식각 공정 등에 의해 일부 손상된 유기 막질의 표면을 식각하여 손상된 막질을 제거할 수 있는 능력을 가진 세정 용액을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 세정 용액을 이용하여 반도체 기판을 세정하는 방법을 제공하는 데 있다.

도 1은 종래의 포토레지스트 세정 용액 또는 유기물 세정 용액을 사용한 세정방법에 따라 콘택홀을 세정한 경우를 도시한 단면도이다.

도 2는 세정 공정후 도전막 패턴의 프로파일이 심하게 변형된 경우를 도시한 단면도이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 탈이온수에 플루오르화붕소수소산(HBF4)과 인산(H3PO4)이 소정 비율로 용해된 것을 특징으로 하는 세정 용액을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 세정 용액은 계면 활성제를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 인산에 대한 플루오르화붕소수소산의 비율은 0.01 내지 25 중량%이고 상기 인산에 대한 계면 활성제의 비율은 0.01내지 5 중량%인 것이 바람직하다.

상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 플루오르화붕소수소산(HBF4)과 인산(H3PO4)이 소정 비율로 혼합된 세정 용액이 담긴 제1액조에 반도체 기판을 담그어 세정하는 단계; 상기 세정된 기판을 탈이온수가 담긴 제2 액조에 담그어 상기 세정된 기판 표면에 잔존하는 세정 용액을 제거하는 단계; 상기 세정 용액이 제거된 기판을 탈이온수가 담긴 제3 액조에 담그어 상기 세정 용액이 제거된 기판 표면에 잔존하는 이물질을 제거하는 단계; 및 상기 이물질이 제거된 기판을 회전시키어 그 표면에 잔존하는 탈이온수를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체기판의 세정방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 세정 용액은 이온화 또는 비이온화되어진 계면 활성제를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 인산에 대한 플루오르화붕소수소산의 비율은 0.01 내지 25 중량%이고 상기 인산에 대한 계면 활성제의 비율은 0.001 내지 5 중량%인 것이 바람직하다. 또한 상기 제1액조내 세정 용액의 온도는 20 내지 60℃인 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

세정 용액의 제조

본 발명에 의한 세정 용액은 인산(H3PO4) 용액의 총량에 대해 0.01 내지 25 중량%가 되도록 플루오르화붕소수소산(HBF4) 용액을 첨가한뒤 교반하여 잘 혼합하여 제조한다. 이 때 상기 인산 용액과 플루오르화붕소수소산 용액의 순도는 각각 1 % 내지 55%인 것이 바람직하다.

그리고 상기 혼합 용액에 양이온, 음이온, 비이온성 계열의 계면 활성제중에서 선택된 어느 하나의 계면활성제를 상기 혼합용액에 대해 0.001 내지 5 중량%가 되도록 더 첨가하는 것이 바람직하다.

이와 같이 만들어진 본 발명의 세정 용액은 반도체 소자의 제조 단계에서 발생하는 폴리머, 금속 물질 및 식각 잔류물 등과 같은 오염물질등을 효과적으로 제거할 수 있다. 작용 기작을 좀 더 상세히 설명하면, 플루오르화붕소수소산은 유기금속성 폴리머 특히 옥소-금속성 폴리머의 제거에 탁월한 효과가 있으며, 도전막에 대한 부식성이 거의 없다. 따라서 종래의 알칼리성 세정 용액이 도전막 패턴의 일부를 식각 시켜서 도전막 패턴의 프로파일을 심하게 변형시키는 종래의 문제점이 해결된다. 그리고 인산은 하기 화학식1과 같이 금속과 배위결합을 형성함으로써 금속오염입자가 가공된 반도체 소자에 작용하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 세정 용액의 또 다른 구성요소인 계면활성제는 세정 후 오염입자가 반도체 기판에 재부착되는 것을 방지하는 효과가 있다.

즉, 본 발명에 의한 세정 용액은 유기 금속성 폴리머와 금속 오염 물질을 선택적으로 제거하는 탁월한 세정 효과가 있으며, 폴리이미드를 포토레지스트로 사용하는 경우 발생하는 경화된 폴리머의 제거에 또한 우수한 효과를 지니고 있다. 그리고 금속에 대한 부식성이 매우 낮기 때문에 종래와 같이 세정 설비가 부식되는 문제점 또한 해결할 수 있다.

세정 방법

본 발명에 의한 세정 용액으로 기판을 세정하는 방법은 본 발명에 의한 세정 용액으로 채워진 제1 액조(bath)에 반도체 소자 제조 공정을 거친 반도체 기판을 소정 시간동안 담그어 기판 표면의 오염물질(금속 및 유기금속성 폴리머)을 제거시키는 제1 단계와, 상기 제1 단계가 완료된 기판을 탈이온수로 채워진 제2 액조에 담그어 기판 표면에 잔존하는 본 발명의 세정 용액을 제거하는 제2 단계와, 상기 제2 단계가 완료된 기판을 탈이온수로 채워진 제3 액조에 담그어 기판 표면에 잔존하는 이물질을 제거하는 최종 세정 단계인 제3 단계 및 상기 제3 단계가 완료된 기판을 회전시키어 기판 표면에 남아있는 탈이온수를 제거하는 건조 공정인 제4 단계로 이루어진다. 이 때 상기 제1액조내 세정 용액의 온도는 20 내지 60℃가 되도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명에 의한 세정방법은 종래의 세정공정에 비해 린스제(rinser)에 담그어 헹구어 내는 공정이 생략되기 때문에 세정공정 시간을 단축시킬 수 있으며 공정이 단순화되어 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 종래의 세정 용액은 그 충분한 활성을 위해서 60 내지 90℃에서 반응을 시키는 반면, 본 발명에 의한 세정 용액은 실온을 포함한 온도 즉 20 내지 60℃에서 그 반응을 진행한다. 따라서 종래에 비해 공정 조건 설정이 용이하고, 일정 시간마다 진행되는 세정 용액 교환시 세정 용액의 온도를 실온으로 낮추는 단계가 필요없기 때문에 세정 용액 교환 시간을 대폭 감소시킬 수 있어서 설비가동율이 향상된다.

본 발명이 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진자에 의하여 가능함은 명백하다.

본 발명에 의한 세정 용액의 구성성분중 플루오르화붕소수소산은 유기금속성 폴리머 특히 옥소-금속성 폴리머의 제거에 탁월한 효과가 있으며, 도전막에 대한 부식성이 거의 없을 뿐만 아니라 식각 공정중에 손상을 입은 산화막 등을 식각할 수 있는 능력을 지니고 있다. 그리고 인산은 금속과 배위결합을 형성함으로써 금속오염입자가 가공된 반도체 소자에 작용하는 것을 방지할 수 있다. 또한 또 다른 구성요소인 계면 활성제는 세정 후 오염입자가 반도체 기판에 재부착되는 것을 방지한다. 따라서 본 발명에 의한 세정 용액은 세정효과가 극대화되고 반도체 기판에 형성된 여러 패턴의 변형을 방지할 수 있는 장점이 있다. 그리고 세정방법은 린스제(rinser)에 담그어 헹구어 내는 공정이 생략되어 세정공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 세정 용액을 실온에서 사용할 수 있기 때문에 공정이 용이하고 단순화되어 생산성을 크게 향상시킬 수 있다. 그리고 종래의 세정 용액보다 세정 용액 자체내에 금속 이온 및 오염입자의 함유량이 낮아서 세정 공정 도중에 반도체기판 표면에 금속 이온 및 오염입자등이 재흡착되는 현상을 억제할 수 있으며, 종래의 세정 용액보다 가격이 저렴하여 반도체 장치의 생산 원가를 낮출수 있다.

Claims (9)

1. 반도체 기판상의 오염 물질을 제거하기 위한 세정 용액에 있어서, 상기 세정 용액은 플루오르화붕소수소산(HBF4)과 인산(H3PO4)이 소정 비율로 혼합된 것을 특징으로 하는 세정 용액.
2. 제1항에 있어서, 상기 세정 용액은 계면 활성제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 용액.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 인산에 대한 플루오르화붕소수소산의 비율은 0.01 내지 25 중량%인 것을 특징으로 하는 세정 용액.
4. 제2항에 있어서, 상기 인산에 대한 계면 활성제의 비율은 0.001 내지 5 중량%인 것을 특징으로 하는 세정 용액.
5. 반도체기판의 세정방법에 있어서, 플루오르화붕소수소산(HBF4)과 인산(H3PO4)이 소정 비율로 혼합된 세정 용액이 담긴 제1액조에 반도체 기판을 담그어 세정하는 단계, 상기 세정된 기판을 탈이온수가 담긴 제2 액조에 담그어 상기 세정된 기판 표면에 잔존하는 세정 용액을 제거하는 단계, 상기 세정 용액이 제거된 기판을 탈이온수가 담긴 제3 액조에 담그어 상기 세정 용액이 제거된 기판 표면에 잔존하는 이물질을 제거하는 단계 및 상기 이물질이 제거된 기판을 회전시키어 그 표면에 잔존하는 탈이온수를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체기판의 세정방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 세정 용액은 계면 활성제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 인산에 대한 플루오르화붕소수소산의 비율은 0.01 내지 25 중량%인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 인산에 대한 계면 활성제의 비율은 0.001 내지 5 중량%인 것을 특징으로 하는 세정 용액.
9. 제5항에 있어서, 상기 제1액조내 세정 용액의 온도는 20 내지 25℃인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정 방법.