KR19990011951A - 반도체장치의 세정액과 이를 사용한 세정방법 - Google Patents

Abstract

초산(CH₃COOH)과 불산(HF) 용액의 혼합액으로 구성된 세정액 및 이를 사용한 반도체 장치의 세정 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 세정액은 초산과 불산 용액이 50:1∼500:1의 부피비로 혼합된 혼합액으로 구성되며, 이를 사용하여 반도체 기판을 상온에서 세정하면, 세정 후에 물리적인 건조 방식으로 반도체 기판을 세정하여도 반도체 기판상에 물반점과 같은 결함이 발생되지 않는다.

Description

반도체 장치의 세정액과 이를 사용한 세정 방법

본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 친수성 막질과 소수성 막질이 공존하는 반도체 기판을 세정하는 데 사용되는 세정액 및 이를 사용한 세정 방법에 관한 것이다.

반도체 소자가 고집적화됨에 따라 패턴의 크기 및 패턴들 사이의 간격이 매우 작아지고 있다. 이러한 미세 패턴을 구현하는 반도체 소자를 제조하는 공정에 있어서, 반도체 기판 즉 웨이퍼의 표면에 흡착된 오염물을 제거하는 세정 공정은 매우 중요하다고 할 수 있다. 웨이퍼 표면에 오염물이 존재하는 경우에는 후속 공정에서 패턴 형성시 불량을 초래할 수 있으며, 상기와 같이 남아 있는 오염물이 도전층을 구성하는 미세 패턴들 사이에 존재하는 경우에는 반도체 소자의 오동작을 유발할 수도 있다.

특히, 산화막이나 금속막과 같은 막질을 증착하는 데 있어서, 증착 전의 반도체 기판의 표면 상태는 매우 중요하다. 그 중에서도 특히 게이트 산화막과 같이 트랜지스터의 특성을 결정하는 데 있어서 중요한 역할을 하는 막질을 증착할 때 그와 같은 막이 증착될 반도체 기판 표면에 금속 이온이 존재하거나 세정 공정시 생성되는 산화물 등이 존재하게 되면 반도체 소자의 특성에 치명적인 악영향을 미치게 된다.

현재까지는, 반도체 기판 표면에 잔류물로 남아 있는 금속 이온을 제거하기 위하여 불산 용액을 이용한 세정 공정을 행하였다. 불산 용액을 이용한 세정 공정에서는 불산과 순수(deionized water)가 혼합된 용액을 사용한다. 이 경우에는 다음의 화학식 1에 나타낸 바와 같은 반응을 통하여 실리콘 기판 표면의 산화물을 식각하고 실리콘만 남김으로써 실리콘 기판 표면에 불안정한 댕글링(dangling) 결합을 형성한다.

SiO₂+ 3HF₂ ^-+ H⁺→ SiF₆ ^--+ 2H₂O

이 때, 표면 장력이 다른 친수성 막질 및 소수성 막질이 공존하는 경우, 소수성 막질의 표면에서 물분자가 남게 되어 쉽게 물반점을 형성시킨다. 따라서, 반도체 기판상에 산화막이나 질화막과 같은 친수성 막질과 폴리실리콘층과 같은 소수성 막질이 공존하는 경우에는 상기와 같은 종래의 방법으로 금속 이온을 제거하면 세정 공정 후에 반도체 기판 표면에 물반점이 발생되는 문제가 있다.

이와 같은 경우에 물리적인 건조 방식인 스핀 드라이(spin dry) 방식을 이용하여 건조시키면 반도체 기판상에 남아 있는 물분자를 효과적으로 제거할 수 없으므로, 통상의 공정에서는 물반점 발생을 방지하기 위하여 불산을 이용한 세정 공정 후에 화학적인 결합을 이용하여 물 분자를 제거하는 방법, 즉 과수 처리를 하거나 IPA(isopropyl alcohol)를 이용한 건조 방법을 이용하였다. 그러나, 과수 처리를 행하게 되면 반도체 기판의 표면에 일정한 두께의 산화물이 형성되므로 산화막의 두께 및 특성을 제어하기 어려운 문제가 있고, IPA 건조 방식을 이용하는 경우에는 IPA가 가연성을 가지므로 화재의 위험성이 따르며, 파티클을 억제하기 어렵고, 또한 유지 보수가 어려운 문제가 있다.

본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 친수성 막질과 소수성 막질이 공존하는 반도체 기판을 세정한 후 물리적인 건조 방식을 이용하는 경우에도 반도체 기판 표면에 물반점 등과 같은 결함을 발생시키지 않는 반도체 장치의 세정액을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 바와 같은 세정액을 사용하여 반도체 기판을 효과적으로 세정하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 초산(CH₃COOH)과 불산(HF) 용액의 혼합액으로 구성된 세정액을 제공한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 반도체 장치의 세정 방법에서는 초산(CH₃COOH)과 불산(HF) 용액의 혼합액으로 구성된 세정액을 사용하여 반도체 기판을 상온에서 세정한다.

본 발명에 의하면 반도체 기판 표면에 물반점과 같은 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 세정액은 초산(CH₃COOH)과 불산(HF) 용액의 혼합액으로 구성된다. 여기서 상기 불산 용액은 불산이 순수에 약 50 중량%로 희석된 용액이며, 바람직하게는 본 발명에 따른 세정액은 초산과 불산 용액이 약 50:1 ∼ 500:1의 부피비로 혼합된 혼합액이다. 본 발명에 따른 세정액을 사용하여 반도체 기판을 세정할 때에는 상온에서 세정 공정을 실시한다.

본 발명에 따른 세정액은 초산과 불산 용액의 혼합액을 사용하므로, 이를 반도체 기판의 세정에 사용할 때 반도체 기판상에 소수성 막질과 친수성 막질이 공존하는 경우에도 상기 세정액에 의하여 물분자가 반도체 기판의 표면에 흡착되는 힘이 약화되어 흡착이 방지된다.

초산은 화학식 2에 표시한 바와 같이 해리 상태로 존재한다.

CH₃COOH ↔ CH₃COO^-+ H⁺

이 때, 상기 화학식 2의 해리 상수는 매우 작아서 해리된 H⁺이온은 재결합되기보다 반도체 기판 표면의 불안정한 댕글링 결합과 결합할 가능성이 훨씬 높다. 따라서, 세정중에 물반점을 형성하는 소스(source)가 없으므로 반도체 기판의 세정 후에 물리적인 건조 방식, 예를 들면 스핀 드라이 방식을 사용하는 경우에도 반도체 기판상에 물반점과 같은 결함이 형성될 염려가 없다.

실제로, 표면에 친수성 막과 소수성 막으로서 산화막과 실리콘 기판이 동시에 노출되는 반도체 기판 표면을 본 발명에 따른 세정액을 사용하여 세정한 결과 물반점이 형성되지 않는 것을 확인하였다. 또한, 본 발명에 따른 세정액을 사용하여 반도체 기판을 세정하였을 때의 식각율을 측정한 결과, 초산과 불산 용액을 100:1의 부피비로 혼합한 혼합액을 사용한 경우에 식각율이 약 15Å/90초이었고, 초산과 불산 용액을 200:1의 부피비로 혼합한 혼합액을 사용한 경우에 식각율이 약 7Å/90초이었다. 이는 종래의 세정액, 즉 불산 용액으로만 구성되는 세정액을 사용하는 경우와 유사한 결과를 보이는 것으로서, 세정 특성은 종래의 세정액과 큰 차이가 없는 것을 알 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 반도체 기판상에 소수성 막질과 친수성 막질이 공존하는 경우에도 본 발명의 세정액에 의하여 물분자가 반도체 기판의 표면에 흡착되는 힘이 약화되어 흡착이 방지된다. 따라서, 본 발명에 따른 세정액을 사용하여 반도체 기판을 세정한 후에 반도체 기판상에 물반점과 같은 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.

Claims (8)

1. 초산(CH₃COOH)과 불산(HF) 용액의 혼합액으로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정액.
2. 제1항에 있어서, 상기 불산 용액은 불산이 순수에 50중량%로 희석된 용액인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정액.
3. 제2항에 있어서, 상기 세정액은 초산과 불산 용액이 50:1∼500:1의 부피비로 혼합된 혼합액인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정액.
4. 초산(CH₃COOH)과 불산(HF) 용액의 혼합액으로 구성된 세정액을 사용하여 반도체 기판을 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 세정 단계는 상온에서 행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정 방법.
6. 제4항에 있어서, 상기 반도체 기판 표면에 소수성 막질과 친수성 막질이 공존하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정 방법.
7. 제4항에 있어서, 상기 불산 용액은 불산이 순수에 50중량%로 희석된 용액인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 세정액은 초산과 불산 용액이 50:1∼500:1의 부피비로 혼합된 혼합액인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정 방법.