KR19980065684A - 세정액 및 이를 이용한 반도체장치의 세정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세정액 및 이를 이용한 반도체장치의 세정방법에 관해 개시한다.

본 발명에 의한 세정액은 순수에 암모니아용액과 웨이퍼 표면에 흡착된 금속오염물을 착화합물화시키는 제1 첨가제와 이러한 착화합물과 웨이퍼간에 반발을 일으키는 제2 첨가제를 포함하고 있으며, 이러한 세정액을 사용하여 웨이퍼를 사용하면, 세정공정에 사용하는 브러쉬등에 의해 웨이퍼에 금속오염물질들이 재 흡착되더라도 상기 제1 첨가제에 의해 착화합물되고 이것은 상기 제2 첨가제에 의해 웨이퍼와 분리되므로 세정공정에서 브러쉬등에 오염물질이 웨이퍼에 재 흡착되는 것을 방지할 수 있어 적정량의 세정액만으로도 충분한 세정을 이룰 수 있고 이에 따라 과다한 암모니아의 사용을 방지할 수 있으므로 세정효율의 증대와 세정공정에 소요되는 원가를 줄일 수 있다.

Description

세정액 및 이를 이용한 반도체장치의 세정방법

본 발명은 세정액 및 이를 이용한 반도체장치의 세정방법에 관한 것으로서 특히, 화학적 기계적 폴리싱(Chemical Mechanical Polishing:이하, CMP라 함) 후의 반도체장치를 세정하는 방법에 관한 것이다.

반도체장치의 고집적화에 따라 반도체장치의 제조공정의 청결은 후속공정의 안정성을 보장하는데 있어서 매우 중요하다.

현재, CMP공정 이후의 세정방법으로는 희석된 암모니아를 분사시키면서 PVA브러쉬를 이용하여 브러슁해주는 방법을 주로 이용하고 있다. 암모니아는 알칼리계열의 화학물질인데, 이와 같이 세정공정에서 알칼리물질이 사용되는 것은 첫째, 웨이퍼 표면에 파티클의 재흡착 및 제거문제에 효과적으로 대응할 수 있으며, 둘째, 세정에 관련된 설비들의 부식을 최소화할 수 있기 때문이다. 하지만, 암모니아수를 이용한 세정만으로는 CMP공정중에 웨이퍼 표면에 오염된 또한, 스크러빙(scrubbing)공정중에 브러쉬로부터 역오염 되어지는 금속오염원들의 제거에 한계가 있다.

CMP공정중에 발생되는 금속오염원으로는 다음과 같은 것이 있다. 즉, CMP공정중에서는 폴리싱을 하는데 포함되는 알루미나로 구성되는 슬러리 자체, 슬러리내 첨가물로 함유된 산화제(예컨대, K3Fe(N)3, KNO3, KIO3, Fe(NO3)3 등) 그리고 금속 CMP의 경우 금속층의 폴리싱으로부터 유전막으로 전사되는 불순물등에 의해 금속오염원이 발생된다.

종래 기술에 의한 반도체장치의 세정방법중 습식세정방식에서 상기한 바와 같은 급속오염원들의 제거를 위해 사용하는 방식으로서 CMP후의 웨이퍼 세정을 위해 염화수소(HCl)와 과산화수소(H₂0₂)를 사용하는 RCA-2방식을 이용한 세정방법이 있다. RCA-2방식으로 세정을 실시하는 경우 세정액에 첨가되어 있는 과산화수소에 의해 금속층이 심하게 산화되는 현상이 발생된다. 따라서 금속층을 CMP한 후의 세정공정에는 적용하기가 어럽다. 이 문제외에도 RCA-2방식을 이용한 CMP후 세정공정에서는 다량의 파티클이 재부착되는 문제도 있어서 금속오염원의 제거방식으로 RCA-2방식을 적용하기 어렵다.

따라서 본 발명의 목적은 상술한 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 웨이퍼에 금속오염물의 흡착을 최소화할 수 있는 세정액을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 세정액을 사용한 반도체장치의 세정방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 세정액은 순수(DI water)를 베이스로 하여 암모니아용액과 웨이퍼 표면에 흡차된 금속오염물들과 착화합물을 형성하는 제1 첨가제와 상기 착화합물을 상기 웨이퍼의 표면으로부터 제거시키는 제2 첨가제가 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 제1 첨가제로는 킬레이트화제(chelating agent)로서 EDTA(ethylene diamineteraacetic acid), ACAC(acethyl aceton), 포스포닉산(Phosponic acid)계열 킬레이트 화제로 이루어진 일군중 선택된 어느 하나이다.

상기 암모니아는 0.1％∼50％의 농도를 갖는다.

상기 킬레이트화제는 100ppb∼10,000ppm정도의 농도를 갖는 것이다.

상기 제2 첨가제로는 탄화수소(hydrocarbon) 및 탄화불소(fluorocarbon) 계열의 이온성 또는 비 이온성 계면활성제(surfactant)중 어느 한 물질이다.

상기 계면활성제로는 10ppb∼1000ppm의 것을 사용한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 반도체장치의 세정방법은 순수를 베이스로 하고 여기에 암모니아용액과 웨이퍼 표면에 흡차된 금속오염물들과 착화합물을 형성하는 제1 첨가제와 상기 착화합물을 상기 웨이퍼의 표면으로부터 제거시키는 제2 첨가제가 첨가된 세정액을 분사하면서 웨이퍼를 브러슁하는 것을 특징으로 한다.

상기 암모니아는 0.1％∼50％의 농도를 갖는 것을 사용한다.

상기 제1 첨가제로는 킬레이트화제(chelating agent)로서 EDTA, ACAC, 포스포닉산계열 킬레이트 화제로 이루어진 일군중 선택된 어느 하나를 사용한다.

상기 킬레이트화제는 100ppb∼10,000ppm정도의 농도를 갖는 것을 사용한다.

상기 암모니아와 킬레이트화제는 20℃∼80℃의 온도범위에서 사용한다.

상기 제2 첨가제로는 탄화수소(hydrocarbon) 및 탄화불소(fluorocarbon) 계열의 이온성 또는 비 이온성 계면활성제중 어느 한 물질이다.

상기 계면활성제로는 10ppb∼1000ppm의 것을 사용한다.

본 발명은 CMP후 세정 공정에서 암모니아수의 과다한 소모와 세정브러쉬을 통한 웨이퍼의 역오염을 방지하여 웨이퍼 세정효율을 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 통해서 상기 본 발명의 목적들과 효과를 더 상세하게 설명한다.

웨이퍼상에 있는 미세오염물질의 제거는 웨이퍼 세정에 사용되는 용액의 수소이온 지수 즉, 페하(pH)와 제타 포텐셜과의 관계로 설명된다. 예컨대, 상기 세정용액이 산성용액인 경우 종래 기술에 설명에서 언급한 금속오염원들을 포함한 미립자(particulate)들은 주로 포지티브 제타 포텐셜을 나타내게 된다. 그리고 상기 세정액이 염기성으로 갈 수록 네가티브 제타 포텐셜로 쉬프트되어 웨이퍼 표면과 상기 미립자들간에 상호 반발이 있게되어 오염을 최소화하는 것이다. 따라서 본 발명의 실시에에 의한 순수(DI water)를 베이스한 세정액에는 암모니아 용액(예컨대, 수산화 암모니아(NH₄OH))가 포함되어 있다. 또한, 상기 세정액에는 제1 첨가제로서 킬레이트화제(chelating agent)가 포함되어 있으며, 제2 첨가제가 포함되어 있다. 상기 제1 첨가제인 킬레이트화제는 CMP공정에서 발생되어 웨이퍼에 흡착되어 있는 금속오염원과 반응하여 안정된 착화합물을 일으키는 화학물질로서 대표적으로는 EDTA(ethylene diamineteraacetic acid), ACAC(acethyl aceton), 포스포닉산(Phosponic acid)계열 킬레이트 화제로 이루어진 일군중 선택된 어느 한 물질을 들 수 있다. 도 1에는 착화합물의 일예로서 상기 킬레이트 화제중의 하나인 ACAC와 금속오염원(M+)와 반응하여 안정된 착화합물을 이루는 화학반응이 도시되어 있다. 상기 암모니아는 0.1％∼50％의 농도를 갖는다. 그리고 상기 킬레이트화제는 100ppb∼10,000ppm정도의 농도를 갖는 것이다.

상기 제2 첨가제는 상기 웨이퍼에 형성된 착화합물과 웨이퍼사이에 반발력을 강화시켜 상기 웨이퍼로부터 상기 착화합물을 분리시키는 첨가제로서 대표적인 것으로는 탄화수소(hydrocarbon) 및 탄화불소(fluorocarbon) 계열의 이온성 또는 비 이온성 계면활성제(surfactant)중 어느 한 물질인데, 상기 계면활성제는 10ppb∼1000ppm의 농도를 갖는 것이다.

이러한 세정액을 분사하면서 브러쉬(brush)를 사용하여 CMP후의 웨이퍼를 세정하면, 먼저, 암모니아 수에 의해 제타 포텐셜이 네가티브로 쉬프팅되므로 상기 CMP에서 발생되는 금속오염원들을 포함하는 미립자들과 상기 웨이퍼 표면간에 반발이 존재하므로 상기 미립자들이 웨이퍼에 부착되는 것을 최소화할 수 있다. 그리고 상기 웨이퍼에 흡착된 미립자들은 상기 세정액에 포함된 제1 첨가제인 킬레이트화제에 의해 상기 웨이퍼 표면에서 안정된 착화합물화된다. 이러한 착화합물은 다시 상기 제2 첨가제에 의해 상기 웨이퍼표면으로부터 분리되므로 웨이퍼로부터 금속오염물질의 제거율을 높일 수 있다.

이상, 본 발명에 의한 세정액은 순수에 암모니아용액과 웨이퍼 표면에 흡착된 금속오염물을 착화합물화시키는 제1 첨가제와 이러한 착화합물과 웨이퍼간에 반발을 일으키는 제2 첨가제를 포함하고 있다.

따라서 세정공정에 사용하는 브러쉬등에 의해 웨이퍼에 금속오염물질들이 재 흡착되더라도 상기 제1 첨가제에 의해 착화합물되고 이것은 상기 제2 첨가제에 의해 웨이퍼와 분리되므로 세정공정에서 브러쉬등에 오염물질이 웨이퍼에 재 흡착되는 것을 방지할 수 있어 적정량의 세정액만으로도 충분한 세정을 이룰 수 있고 이에 따라 과다한 암모니아의 사용을 방지할 수 있으므로 세정효율의 증대와 세정공정에 소요되는 원가를 줄일 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서의 통상의 지식을 가진자에 의하여 실시가능함은 명백하다.

Claims (13)

1. 순수(DI water)를 베이스로 하여 암모니아용액과 웨이퍼 표면에 흡차된 금속오염물들과 착화합물을 형성하는 제1 첨가제와 상기 착화합물을 상기 웨이퍼의 표면으로부터 제거시키는 제2 첨가제가 포함된 것을 특징으로 하는 세정액.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 첨가제는 킬레이트화제(chelating agent)로서 EDTA(ethylene diamineteraacetic acid), ACAC(acethyl aceton), 포스포닉산(Phosponic acid)계열 킬레이트 화제로 이루어진 일군중 선택된 어느 한 물질인 것을 특징으로 하는 세정액.
3. 제1항에 있어서, 상기 암모니아는 0.1％∼50％의 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 세정액.
4. 제2항에 있어서, 상기 킬레이트화제는 100ppb∼10,000ppm정도의 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 세정액.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 첨가제는 탄화수소(hydrocarbon) 및 탄화불소(fluorocarbon) 계열의 이온성 또는 비 이온성 계면활성제(surfactant)중 어느 한 물질인 것을 특징으로 하는 세정액.
6. 제5항에 있어서, 상기 계면활성제의 농도는 10ppb∼1000ppm인 것을 특징으로 하는 세정액.
7. 순수를 베이스로 하고 여기에 암모니아용액과 웨이퍼 표면에 흡차된 금속오염물들과 착화합물을 형성하는 제1 첨가제와 상기 착화합물을 상기 웨이퍼의 표면으로부터 제거시키는 제2 첨가제가 첨가된 세정액을 분사하면서 브러쉬를 사용하여 웨이퍼를 세정하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 세정방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 암모니아는 0.1％∼50％의 농도를 갖는 암모니아를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 세정방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 제1 첨가제로는 킬레이트화제(chelating agent)로서 EDTA, ACAC, 포스포닉산계열 킬레이트 화제로 이루어진 일군중 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 세정방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 킬레이트화제는 100ppb∼10,000ppm정도의 농도를 갖는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 세정방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 암모니아와 킬레이트화제는 20℃∼80℃의 온도범위에서 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 세정방법.
12. 제7항에 있어서, 상기 제2 첨가제로는 탄화수소(hydrocarbon) 및 탄화불소(fluorocarbon) 계열의 이온성 또는 비 이온성 계면활성제중 어느 한 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 세정방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 계면활성제로는 10ppb∼1000ppm의 농도를 갖는 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 세정방법.