KR20010058668A - 불화물계 화합물을 첨가한 세정액 및 세정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 기판으로부터 불순물을 제거하는 세정액 및 이를 이용한 세정 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 세정액은 전해 이온수에 불화물계 화합물을 포함하며, 식각능력이 가미되어 있어 식각공정 후 손상된 물질막의 표면이나 식각면을 부드럽게 해 주며, 반도체 기판 상에 잔류해 있는 식각 부산물, 파티클, 기타 오염물질 등을 제거해 준다.
Description
본 발명은 반도체 소자 제조를 위한 세정액 및 세정 방법에 관한 것으로, 특히 전해 이온수에 불화물계 화합물을 첨가한 세정액 및 그 세정 방법에 관한 것이다.
기존의 산화막의 세정 및 식각 공정에 사용하는 용액에는 HF, BOE 등이 있으며, 산화막의 식각속도를 조절하기 위해서 HF의 농도를 조절하거나 BOE의 조성을 변화시키는 방법을 사용하고 있다. 특히 BOE의 조성을 변화시키는 경우에 있어서는 NH4 +이온의 농도를 조절하여 F-이온의 활동도 및 전도도(conductivity)를 조절하여식각량을 조절하는 것으로 알려져 있다.
그리고, 용액을 구성하고 있는 용매의 유전상수에 따라서도 식각량이 조절된다는 보고가 있다.
이러한 보고 등을 정리하면, 용매의 유전상수 및 이온 분위기에 의해 F-이온의 활동도와 HF 모노머(monomer) 및 다이머(dimer)의 양을 조절함으로써 산화막의 식각 속도를 조절할 수 있음을 알 수 있다.
그러나, 이러한 산화막의 식각 속도 및 선택비를 조절하기 위해서는 유전율이 다른 여러 용매를 섞어서 사용해야 하는 문제가 있으며, BOE의 경우에는 선택비를 조절하기 위하여 NH4F의 농도를 매우 높이는 경우 파티클(particle)이 쉽게 발생하는 문제가 있으며, 용액의 사용량이 많아지는 단점이 있다.
또한, 전해 이온수 제조 장비의 캐소드실과 애노드실에 직접 전해액을 첨가하기 때문에 전극의 부식현상이 발생하고 이로 인해 세정능력이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전술한 제반의 문제점들을 초래하지 않고, 반도체 기판으로부터 불순물을 제거할 수 있고 식각능력이 가미된 세정액을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 전술한 제반의 문제점들을 초래하지 않고, 반도체 기판으로부터 불순물을 제거할 수 있고 식각능력이 가미된세정액을 이용하는데 적합한 세정방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 사용되는 일반적인 3실형 전해 이온수 제조 장비를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 사용되는 일반적인 2실형 전해 이온수 제조 장비를 개략적으로 도시한 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 세정액은 전해 이온수; 및 상기 전해 이온수에 첨가된 불화물계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 전술한 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 반도체 기판으로부터 불순물을 제거하는 세정 방법에 있어서, 전해 이온수 제조 장치를 이용하여 전해 이온수를 제조하는 단계; 상기 전해 이온수 제조 장치에 불화물계 화합물을 첨가하는 단계; 상기 불화물계 화합물과 전해 이온수를 이용하여 세정액을 만드는 단계; 및 상기 세정액을 상기 반도체 기판과 접촉시켜 상기 불순물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 세정액 및 이를 이용하는 세정 방법에 대해 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니며 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
본 발명에 따르는 세정액은 산화막과 같은 물질막의 식각공정 진행후 잔류한 폴리머와 같은 식각 부산물이나 파티클 그리고 오염물질 등을 제거할 수 있으며 손상된 물질막의 표면이나 식각 단면을 부드럽게 해 주는 식각능력이 있다.
도 1은 본 발명에 사용되는 일반적인 3실형 전해 이온수 제조 장비를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 사용되는 일반적인 2실형 전해 이온수 제조 장비를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시된 전해 이온수 제조 장치를 이용하여 발생되어진 이온수를 이용하여, 반도체 제조 공정이 진행 중인 반도체 웨이퍼 표면의 세정 및 식각 등 다양한 웨트 공정(wet process)을 수행하고 있다. 이러한 웨트 공정에서 산화수 및 환원수의 재현성 및 안정성을 높이기 위하여 HCl, HBr, Hl, NH4Cl, NH4OH 등을 첨가하고 있다. 이러한 각 전해질의 첨가 방법은 캐소드실(cathode chamber)(10, 30)과 애노드실(anode chamber)(12, 32)의 유입관(24a, 24b, 44a, 44b) 및 유출관(26a, 26b, 46a, 46b)에만 첨가하게 되어 있다.
이와 같이, 전해 이온수 제조 장비의 캐소드실(10, 30) 및 애노드실(12, 32)에 직접 전해질을 첨가하는 경우, 그 안에 있는 전극의 부식현상이 발생하는 문제가 있으며, 전해 이온수가 가지는 전하 불균형 현상이 발생하지 않으므로 전하를 띤 파티클의 제거증력이 감소하는 경향이 있으며, 특히 HF의 사용은 F2기체의 발생을 유발하므로 사용이 용이하지 않은 문제점이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 전해수 제조 장비의 중간실(14)에 HF, NH4F 등의 전해질을 첨가하고 낮은 전압에서 전기 분해를 일으켜 F2기체의 발생을 억제하며, 중간실(14)에서 양전하와 음전하가 분리된 상태로 캐소드실(10)과 애노드실(12)로 전해질이 공급되도록 하여 전극의 부식을 일으키지 않으며, 전하불균형현상이 발생하도록 하여 입자의 제거능력을 극대화 할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전해질 보충 포트(electrolyte supporting port)(28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 48a, 48b, 48c, 48d)에 HF, NH4F와 같은 불화물계 전해질을 첨가하여 F-이온이 함유된 산화수와 환원수를 제조하여 세정액으로 사용한다.
특히, F-이온이 함유된 산화수를 제조하기 위해서는 일부 전해질 보충 포트(28b, 28c, 28e, 48b, 48d)에 HF, NH4F를 포함하는 전해질을 첨가하는 방법을 이용한다.
한편, 기존의 O3/HF 공정의 경우, O3발생기에서 발생된 오존에 HF를 용해시키는 방법을 사용하므로 별도의 믹싱유니트(mixing unit)이 필요한 문제가 있다. 이와 같이 별도의 믹싱유니트를 사용하는 경우 발생된 O3의 라이프타임(life time)이 짧기 때문에 혼합하는 시간 동안 O3이 소멸되는 문제가 있다.
예컨대, 특정의 전해질 보충 포트(28c)에 NH4F를 첨가하는 경우, NH4F는 중간실(14)에서 해리되어 F-이온이 애노드실(12)로 공급되고, 애노드실(12)에서는 O2/O3+ F-/HF/HF2 -등이 형성된다. 이러한 산화수의 경우, 희석된 HF를 중간실(14)을 통하여 공급하게 되며, F-이온의 활동도를 높인 상태에서 공급이 되므로 HF의 사용량을 줄일 수 있는 효과도 기대가 된다. 또 O3의 수명을 길게 해주는 효과와 별도의 믹싱 유니트(mixing unit) 사용 없이 O2/O3+ HF 공정의 진행이 가능하다.
다음으로 NH4F를 특정의 전해액 보충 포트(28b, 48b)에 공급하는 경우에는, O2/O3+ F-/NH4 +/HF/HF2 -가 생성되며, NH4 +을 사용하는 세정 공정 등에 이용할 수 있다.
이러한 O2/O3+ HF가 함유된 전해수의 경우, O2/O3가 포함된 전해수가 가지는 폴리 제거력에 산화막 및 이온이 주입된 포토레지스트의 제거에 효과가 있는 HF가 첨가되었으므로 산화막의 식각량을 작게 하면서 폴리머의 식각량을 높일 수 있다. 그래서 메탈 컨택(metal contact)이나 비트라인(bit line) 컨택 등의 컨택홀 형성 공정 진행 후의 컨택홀 세정 공정에 적용할 수 있다. 또한 식각면을 부드럽게 해 주어 후속 공정의 진행을 원할하게 해 준다.
F-이온을 함유한 환원수를 제조하기 위해서는 특정 전해액 보충 포트(28a, 28d, 48a, 48c)에 HF, NH4F를 공급하여 제조한다. 이러한 방법으로 생성된 환원수에는 H2+ OH-/F-/NH4 +가 존재하게 되며 H2가 가지는 환원력과 F-에 의한 산화막의 식각력이 더해져 보다 우수한 파티클 제거력을 가지게 된다. 또한 환원수가 가지는 OH-이온에 의해 대부분의 F-가 해리되어 산화막의 식각량 또한 조절이 가능하다.
이와 같이 조절된 산화막의 식각량 및 선택비를 응용하면, 산화막의 식각 및 파티클의 제거가 동시에 이루어져야하는 식각공정 예컨대, 실린더 구조의 캐패시터의 하부전극을 형성하기 위한 산화막 식각 공정에 효과가 있다.
본 발명에 따른 세정액은 기타의 다른 용매를 사용하지 않고 순수의 전기 분해를 통하여 생성된 산화수 및 환원수에 HF나 NH4F와 같은 불화물을 첨가하거나, 전기 분해시에 HF나 NH4F를 첨가하여 산화수 및 환원수를 발생시키는 방법을 사용하여 산화막의 식각속도를 조절하고, 산화막별 선택비의 조절이 가능하다.
여기서 첨가되어지는 HF나 NH4F의 농도는 0.01wt% ∼ 50wt% 정도가 적합하다. 그리고 이와 같이 HF나 NH4F가 첨가되어져 생성된 전해수는 스핀타입(spin type), 스프레이타입(spray type), 딥타입(dip type)의 세정장비에 사용되어지며 각 세정장비별로 브러쉬(brush), 다이소닉(di-sonic), 메가소닉(megasonic) 기능을 부가하여 진행하면 기판으로부터 불순물을 제거하는데 더욱 효과가 있다.
이러한 공정을 사용하는 경우 용액의 사용이 감소하는 효과 및 파티클이나 유기오염을 동시에 제거할 수 있는 잇점이 또한 있다.
아울러서, 세정액인 산화수나 환원수에 산화막의 식각능력을 가미시켜 반도체 세정능력을 극대화 시키는 효과가 있으며 생성된 전해수에 킬레이트제(chelate agent) 및 계면활성제를 첨가하여 세정 및 식각 공정을 진행하는 것도 가능하다..
이상의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않는다. 여기서 특정한 용어들이 사용되어졌으나, 이는 단지 본발명을 상세하게 설명하기 위한 목적이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용한 것은 아니다.
본 발명에 따르는 반도체 기판의 불순물을 제거하는 세정액은, 식각능력이 가미되어 식각공정 후 손상된 물질막의 표면이나 식각면을 부드럽게 해 주며, 기판 상에 잔류해 있는 식각 부산물, 파티클, 기타 오염물질 등을 선택적으로 제거할 수 있다.
Claims (6)
- 전해 이온수; 및상기 전해 이온수에 첨가된 불화물계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판으로부터 불순물을 제거하는 세정액.
- 제1항에 있어서, 상기 불화물계 화합물은 HF나 NH4를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판으로부터 불순물을 제거하는 세정액.
- 제2항에 있어서, 상기 HF나 NH4의 농도는 0.01wt% ∼ 50wt%인 것을 특징으로 하는 반도체 기판으로부터 불순물을 제거하는 세정액.
- 반도체 기판으로부터 불순물을 제거하는 세정 방법에 있어서,전해 이온수 제조 장치를 이용하여 전해 이온수를 제조하는 단계;상기 전해 이온수 제조 장치에 불화물계 화합물을 첨가하는 단계;상기 불화물계 화합물과 전해 이온수를 이용하여 세정액을 만드는 단계; 및 상기 세정액을 상기 반도체 기판과 접촉시켜 상기 불순물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
- 4항에 있어서, 상기 세정액을 상기 반도체 기판과 접촉시켜 상기 불순물을 제거하는 단계에서 세정설비를 이용하여 접촉시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
- 4항에 있어서, 상기 전해 이온수 제조 장치에 상기 불화물계 화합물을 첨가하는 단계는, 상기 전해 이온수 제조 장치의 중간실의 유입관으로 상기 불화물계 화합물을 유입시키는 것을 특징으로 하는 세정 방법.
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