KR19980038011A - 웨이퍼 세정액 및 이를 이용한 웨이퍼 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 세정액 및 이를 이용한 웨이퍼 세정 방법에 관하여 개시한다. 본 발명에서는 반도체 소자를 제조하기 위하여 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 거친 웨이퍼를 세정하기 위하여 10-3∼ 10-1중량%의 비이온계 계면 활성제를 포함하는 용제로 이루어진 웨이퍼 세정액을 사용한다. 본 발명에 의하면, 웨이퍼상에 잔존하는 슬러리 입자 및 금속 오염물을 효과적으로 제거할 수 있다.

Description

웨이퍼 세정액 및 이를 이용한 웨이퍼 세정 방법
본 발명은 웨이퍼 세정액 및 이를 이용한 웨이퍼 세정 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자를 제조하기 위한 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정의 결과로서 웨이퍼 표면에 남아 있는 슬러리(slurry) 잔류물을 제거하는 데 사용되는 웨이퍼 세정액 및 이를 이용한 웨이퍼 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 집적도가 증가함에 따라, 이를 충족시키기 위한 연구가 다각도에서 진행되어 왔으며, 특히 다층 배선의 필요성이 점차 증대되었다. 다층 배선을 형성함에 있어서, 하부층의 배선과 상부층의 배선을 절연시키기 위한 층간 절연층의 역할은 대단히 중요하며, 이러한 층간 절연층의 평탄화는 후속으로 형성되는 상부층에 대한 포토리소그래피 공정에 있어서, 스텝퍼의 촛점심도에 영향을 주어서 마진이 좁아지는 원인이 되기 때문에 그 중요성이 더욱 강조되고 있다.
이러한 절연층을 평탄화하기 위한 방법으로는 붕소와 인이 도핑된 실리케이트 글라스(Boro-Phospho-Silicate Glass: BPSG) 또는 스핀 온 글라스(Spin On Glass: SOG) 등의 유동성 막질을 이용하는 방법, 에치백(etchback) 공정을 이용하는 방법, CMP 방법 등이 있다.
그 중에서, CMP 방법은 그 적용 분야가 급증하고 있는 것으로서, 연마 패드와 연마제를 이용하는 기계적인 방법과, 슬러리 용액 내의 화학 성분에 의하여 웨이퍼를 연마하는 화학적인 방법을 동시에 이용하는 화학적 기계적 평탄화 방법이다.
CMP 방법에서는 웨이퍼와 폴리싱 패드를 마찰시켜서 웨이퍼를 연마하며, 이 때 실질적으로 웨이퍼를 연마하기 위하여, 폴리싱 패드와 웨이퍼 사이에 실리카 또는 알루미나로 이루어지는 콜로이드 연마제와, 산화제 등의 화합물을 포함하는 슬러리를 공급한다. 이와 같은 연마제는 CMP 공정에서 없어서는 안될 중요한 성분으로서, 연마제의 입자 크기와 그 분포는 CMP 공정을 거친 후의 웨이퍼 표면 상태에 많은 영향을 미친다. 그러나, 슬러리 내에 포함된 콜로이드 연마제는 웨이퍼의 연마 공정이 진행되는 동안 서로 응집하는 경향이 있으며, 따라서 CMP 공정이 완료된 후에 연마제의 응집 결과로서 수 μm 이상의 사이즈를 갖도록 응집된 비교적 큰 입자가 웨이퍼 표면에 다량으로 존재하게 되고, 이와 같이 응집된 연마제 입자들은 웨이퍼상에 스크레치(scratch)를 발생시키는 주 원인이 되기도 한다.
따라서, CMP 공정을 행한 후에는 그 후속 공정을 진행하기 전에 응집된 연마제 입자들을 제거할 필요가 있다. 종래에는, CMP 공정의 후처리로서 슬러리 잔류물을 제거하기 위한 세정 공정으로서, 순수(deionized water)를 이용한 초기 세정 단계로서 순수를 폴리싱 패드에 공급하여 세정하는 버핑(buffing) 단계, 브러시 또는 고압수를 사용하는 스핀 스크러버(spin scrubber)를 이용하여 오염물을 제거하기 위한 물리적 세정 단계, 및 소정의 세정액에 침지하여 웨이퍼상의 잔여 오염물을 제거하는 화학적 세정 단계를 포함하는 세정 공정을 이용하였다.
여기서, 상기 화학적 세정 단계에서 사용되는 세정액은 물리적 세정 단계를 거친 후에도 웨이퍼 표면에 잔류하고 있는 슬러리 입자들과, 연마 공정중에 생성된 금속 오염물들을 제거할 수 있어야 하며, 경우에 따라서는 금속 플러그의 리프팅 등을 방지하여야 한다. 지금까지는, 상기 화학적 세정 단계에서 사용되는 세정액으로서 주로 HF 용액, 인산 용액 등이 이용되었다.
그러나, 상기와 같은 종래의 방법에서는 물리적 세정 방법과 화학적 세정 방법을 병행하여도 웨이퍼 표면에 잔존하는 슬러리 입자 및 금속 오염물을 완전하게 제거할 수는 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은 반도체 소자를 제조하기 위한 CMP 공정의 결과로서 웨이퍼 표면에 남아 있는 슬러리(slurry) 잔류물을 제거하는 데 사용되는 웨이퍼 세정액을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 세정액을 사용하여 웨이퍼를 효과적으로 세정하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 10-3∼ 10-1중량%의 비이온계 계면 활성제를 포함하는 용제로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정액을 제공한다.
바람직하게는, 상기 용제는 순수(deionized water) 또는 불소 계열의 수용액, 더욱 바람직하게는, HF, HBF4및 NH4F로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 또는 그 조합물로 이루어진다.
또한 바람직하게는, 상기 비이온계 계면 활성제는 탄화수소(hydrocarbon)계 계면 활성제 또는 플루오로카본(fluorocarbon)계 계면 활성제이다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 웨이퍼 세정액은 10-7∼ 10-1중량%의 킬레이트화제를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 킬레이트화제는 에틸렌디니트릴로테트라아세트산 (ethylenedinitrilotetraacetic acid) 또는 니트릴로트리아세트산 (nitrilotriacetic acid)을 포함한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상기한 웨이퍼 세정액을 사용하여 웨이퍼를 세정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법을 제공한다.
또한, 상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위하여 CMP 공정을 거친 웨이퍼를 세정하는 방법에 있어서, CMP 공정을 거친 웨이퍼를 순수를 사용하여 초기 세정하는 단계와, 상기 초기 세정된 웨이퍼를 10-3∼ 10-1중량%의 비이온계 계면 활성제를 포함하는 용제로 이루어진 웨이퍼 세정액을 사용하여 화학적으로 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 초기 세정하는 단계는 CMP 공정중 폴리싱 패드상에서 슬러리 공급과 함께 연마 공정을 행한 직후에 행한다.
또한 바람직하게는, 상기 화학적 세정 단계에서는 10-7∼ 10-1중량%의 킬레이트화제를 더 포함하는 웨이퍼 세정액을 사용한다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼상에 잔존하는 슬러리 입자 및 금속 오염물을 효과적으로 제거할 수 있다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라 웨이퍼를 세정하는 데 사용되는 세정액은 10-3∼ 10-1중량%의 비이온계 계면 활성제를 포함하는 용제로 이루어진다. 바람직하게는, 상기 용제는 순수 또는 불소 계열의 수용액, 더욱 바람직하게는, HF, HBF4및 NH4F로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 또는 그 조합물로 이루어진다.
상기 비이온계 계면 활성제로서는 탄화수소(hydrocarbon)계 계면 활성제 또는 플루오로카본(fluorocarbon)계 계면 활성제를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 웨이퍼를 세정하는 데 사용되는 세정액은 10-7∼ 10-1중량%의 킬레이트화제를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 킬레이트화제는 에틸렌디니트릴로테트라아세트산(ethylenedinitrilotetraacetic acid) 또는 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid)을 포함한다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 상기 정의한 바와 같은 웨이퍼 세정액을 사용하여 웨이퍼를 세정하는 방법을 설명한다.
반도체 소자를 제조하기 위하여 CMP 공정을 거친 웨이퍼를 세정하기 위하여 본 발명에서는 먼저 CMP 공정을 거친 웨이퍼를 순수를 사용하여 초기 세정한다. 이 초기 세정하는 단계는 CMP 공정중 폴리싱 패드상에서 슬러리 공급과 함께 연마 공정을 행한 직후에 행한다.
그 후, 웨이퍼 표면에 잔존하는 응집된 슬러리 입자 및 금속 오염물을 제거하기 위하여, 상기 초기 세정된 웨이퍼를 10-3∼ 10-1중량%의 비이온계 계면 활성제를 포함하는 용제로 이루어진 웨이퍼 세정액을 사용하여 화학적으로 세정한다. 여기서, 상기 웨이퍼 세정액은 10-7∼ 10-1중량%의 킬레이트화제를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법에서는 상기와 같은 웨이퍼 세정액을 사용함으로써, 물리적 세정 방법을 사용하지 않고도 응집된 슬러리 입자를 보다 완전하게 제거할 수 있을 뿐 만 아니라 금속 오염물도 효과적으로 제거할 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (15)

10-3∼ 10-1중량%의 비이온계 계면 활성제를 포함하는 용제로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정액.
제1항에 있어서, 상기 용제는 순수(deionized water) 또는 불소 계열의 수용액으로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정액.
제2항에 있어서, 상기 용제는 HF, HBF4및 NH4F로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 또는 그 조합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정액.
제1항에 있어서, 상기 비이온계 계면 활성제는 탄화수소(hydrocarbon)계 계면 활성제 또는 플루오로카본(fluorocarbon)계 계면 활성제인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정액.
제1항에 있어서, 10-7∼ 10-1중량%의 킬레이트화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정액.
제5항에 있어서, 상기 킬레이트화제는 에틸렌디니트릴로테트라아세트산(ethylenedinitrilotetraacetic acid) 또는 니트릴로트리아세트산(nitrilotriacetic acid)을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정액.
제1항에 따른 웨이퍼 세정액을 사용하여 웨이퍼를 세정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
제5항에 따른 세정액을 사용하여 웨이퍼를 세정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
반도체 소자를 제조하기 위하여 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 거친 웨이퍼를 세정하는 방법에 있어서,
CMP 공정을 거친 웨이퍼를 순수를 사용하여 초기 세정하는 단계와,
상기 초기 세정된 웨이퍼를 10-3∼ 10-1중량%의 비이온계 계면 활성제를 포함하는 용제로 이루어진 웨이퍼 세정액을 사용하여 화학적으로 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
제9항에 있어서, 상기 초기 세정하는 단계는 CMP 공정중 폴리싱 패드상에서 슬러리 공급과 함께 연마 공정을 행한 직후에 행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
제9항에 있어서, 상기 화학적 세정 단계에서는 상기 용제로서 순수(deionized water) 또는 불소 계열의 수용액을 사용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
제9항에 있어서, 상기 화학적 세정 단계에서는 상기 용제로서 HF, HBF4및 NH4F로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나 또는 그 조합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
제9항에 있어서, 상기 화학적 세정 단계에서는 상기 비이온계 계면 활성제로서 탄화수소계 계면 활성제 또는 플루오로카본계 계면 활성제를 사용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
제9항에 있어서, 상기 화학적 세정 단계에서는 10-7∼ 10-1중량%의 킬레이트화제를 더 포함하는 웨이퍼 세정액을 사용하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
제14항에 있어서, 상기 킬레이트화제는 에틸렌디니트릴로테트라아세트산 또는 니트릴로트리아세트산을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
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