KR20010063320A - 반도체기판 세정방법 - Google Patents
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Abstract
화학 기계적 연마(CMP) 공정을 통하여 다마슨 패턴으로 형성된 구리배선층을 갖는 반도체 기판의 세정방법을 개시한다. 층간절연막과 구리배선층이 모두 표면에 노출되도록 반도체 기판을 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 이용하여 연마하는 단계와, 탈이온수 및 상기 탈이온수의 중량을 기준으로 0.01 ~ 10중량%의 우레아 또는 티오우레아를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정액 조성물을 이용하여 상기 반도체 기판을 1차 세정함으로써 상기 노출된 구리배선층을 안정화시키는 단계와, 탈이온수, 탈이온수, 불화수소산을 상기 탈이온수의 중량을 기준으로 0.05 ~ 0.5중량%, 및 상기 탈이온수의 중량을 기준으로 0.01 ~ 10중량%의 우레아 또는 티오우레아를 포함하는 세정액 조성물을 이용하여 상기 반도체 기판을 2차 세정함으로써 상기 노출된 층간절연막상의 금속입자 오염을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 세정방법을 의하면 구리배선층의 부식을 최소화하면서 층간절연막과 구리배선층의 다마신 패턴을 표면에 갖는 반도체 기판으로부터 구리금속 및 기타 부산물을 효과적으로 제거할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 장치를 세정하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 통하여 다마슨 패턴(damascene pattern)으로 형성된 구리배선층을 갖는 반도체 기판의 세정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치 중에서 높은 속도가 요구되어지는 로직 소자를 중심으로 해서 알루미늄 대신 비저항이 낮고 E/M(electro-migration)특성을 개선시킬 수 있는 구리를 금속 배선층으로 이용하는 방법이 활발히 연구되고 있다. 그런데,구리는 부식으로 인하여 건식식각이 어렵기 때문에 구리를 이용하여 금속배선층을 형성하는 경우에는 콘택홀의 매몰과 금속 배선층을 동시에 형성하는 다마슨 공정을 이용한다.
상기 다마슨 공정에 의하여 형성되는 다마슨 패턴이란 층간절연막의 사이에 금속배선층이 상감(象嵌)되어 있는 패턴을 지칭한다. 그런데, 다마슨 패턴을 형성하기 위하여는 CMP 공정을 실시하여야 하는데, 이 CMP 공정이 완료되면 층간절연막과 그 사이에 상감되어 있는 금속배선층이 모두 노출된다.
도 1은 CMP 공정이 완료된 후의 다마슨 패턴의 하나의 예를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 절연막(3)이 형성된 반도체 기판(1) 상에 제1 구리배선층(5)이 형성되어 있다. 제1 구리배선층(5) 상에 제1 층간절연막(7) 및 식각 저지막(9)이 순차적으로 형성되어 있다. 식각 저지막(9)은 제조공정중 식각 저지를 위하여 적정한 두께를 가지고 있어야 한다. 마지막으로, 제1 구리배선층(5) 위의 콘택홀을 매몰하여 제1 구리배선층(5)과 콘택을 형성하는 제2 구리배선층(13)이 제2 층간절연(11)막의 사이에 상감되도록 형성되어 있다.
이처럼, 도 1에 나타난 바와 같이 다마슨 공정에서 CMP 공정이 완료되면 층간절연막(11)과 그 사이에 상감되어 있는 구리배선층(13)이 모두 표면에 노출되게 된다.
CMP 공정이 완료된 후에는 슬러리 잔류물 및 층간절연막 상의 각종 금속 오염물이 반도체 기판의 표면에 남아 후속 공정에서의 미세 패턴을 형성하는데 있어장애가 되며, 반도체 장치 제조 공정의 전체 수율을 저하시키며, 나아가서는 반도체 장치의 신뢰성을 저하하는 요인으로까지 작용하기도 한다.
따라서, CMP 공정이 완료된 후에 후속 공정을 진행하기 위해서는 반도체 기판 표면의 슬러리 잔류물 및 층간절연막 상의 각종 금속 오염물을 적절한 방법으로 제거하여야 한다. 종래에는 이를 위하여 HF 용액, 인산 용액, NH4OH 용액 등을 이용하여 CMP 공정이 완료된 반도체 기판을 세정하고 있다. 그러나 구리는 부식에 매우 약하기 때문에 종래의 이러한 세정액을 이용하여 층간절연막과 구리배선층의 다마신 패턴을 표면에 갖는 반도체 기판을 그대로 세정하면 구리 금속배선층이 심하게 손상되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점들을 개선함으로써 구리배선층의 부식을 최소화하면서 층간절연막과 구리배선층의 다마신 패턴을 표면에 갖는 반도체 기판을 세정하는 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 CMP 공정이 완료된 후의 다마슨 패턴의 하나의 예를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 층간절연막과 구리배선층의 다마신 패턴을 표면에 갖는 반도체 기판을 세정하는 방법을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 세정액 조성물중의 일 성분인 우레아 또는 티오우레아가 구리를 부식으로부터 안정화시키는 메커니즘을 설명하기 위한 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 층간절연막과 구리배선층이 모두 표면에 노출되도록 반도체 기판을 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 이용하여 연마하는 단계;
탈이온수 및 상기 탈이온수의 중량을 기준으로 0.01 ~ 10중량%의 우레아 또는 티오우레아를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정액 조성물을 이용하여 상기 반도체 기판을 1차 세정함으로써 상기 노출된 구리배선층을 안정화시키는 단계: 및탈이온수, 불화수소산을 상기 탈이온수의 중량을 기준으로 0.05 ~ 0.5중량%, 및 상기 탈이온수의 중량을 기준으로 0.01 ~ 10중량%의 우레아 또는 티오우레아를 포함하는 세정액 조성물을 이용하여 상기 반도체 기판을 2차 세정함으로써 상기 노출된 층간절연막상의 금속입자 오염을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 구리배선층 안정화 단계에 있어서 상기 반도체 기판을 스크러빙(scrubbing) 또는 브러싱하여 상기 반도체 기판상의 슬러리 잔류물을 제거하는 단계와 동시에 실시되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 층간절연막은 실리콘 산화막으로 이루어진 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 반도체 장치의 세정방법에 의하면 구리배선층의 부식을 최대한 억제하면서 층간절연막과 구리배선층의 다마신 패턴을 표면에 갖는 반도체 기판으로부터 구리금속 및 기타 부산물을 효과적으로 제거할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하면서 본 발명에 따른 세정방법을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 층간절연막과 구리배선층의 다마신 패턴을 표면에 갖는 반도체 기판을 세정하는 방법을 설명하기 위하여 공정 순서에 따라서 작성한 순서도이다.
도 2를 상세히 설명하면, 먼저 층간절연막과 구리배선층이 차례로 형성된 반도체 기판에 대하여 CMP 공정(20)을 실시하여 층간절연막과 구리배선층이 모두 표면에 노출되도록 한다. 상기 층간절연막은 통상적으로는 실리콘 산화막으로 이루어진 것이다.
이어서, 탈이온수 및 상기 탈이온수의 중량을 기준으로 0.01 ~ 10중량%의 우레아(urea) 또는 티오우레아(thiourea)로 이루어진 제1 세정액 조성물을 이용하여 상기 반도체 기판을 1차 세정(30)함으로써 상기 노출된 구리배선층을 안정화시킨다.
이 단계는 CMP 공정에서 사용된 화학약품에 의하여 이미 구리배선층의 부식이 진행되고 있으므로 상기 화학약품을 희석하여 제거하고, 후속 제2 세정단계에서 구리배선층이 세정액에 직접 노출되어 부식되는 것을 방지하기 위한 것이다.
우레아 또는 티오우레아가 구리를 부식으로부터 안정화시킬 수 있는 것은 이들이 도 3에 도시한 것과 같이 구리배선층의 구리표면에 흡착층을 형성함으로써 구리배선층이 후속 제2 세정단계에서 사용되는 불소 화합물의 부식작용에 직접 노출되는 것을 방지하기 때문이다.
상기 1차 세정은 침지법 및 스프레이법 모두에 의하여 실시될 수 있지만 스프레이법이 금속 역오염을 방지할 수 있는 측면에서 바람직하다. 또한, 본 제1 세정단계이 진행되는 동안 반도체 기판을 스크러빙 또는 브러싱하여 반도체 기판상의 슬러리 잔류물을 제거한다.
계속하여, 탈이온수, 불화수소산을 상기 탈이온수의 중량을 기준으로 0.05 ~ 0.5중량%, 및 상기 탈이온수의 중량을 기준으로 0.01 ~ 10중량%의 우레아 또는 티오우레아로 이루어진 제2 세정액 조성물을 이용하여 상기 반도체 기판을 2차세정(40)함으로써 층간절연막상의 구리 및 기타 금속입자 오염을 제거한다.
여기서, 층간절연막상의 구리 및 기타 금속 등의 오염입자가 제거되는 것은 불화수소산이 실리콘 산화막 등의 층간절연막의 표면을 용해하여 제거하기 때문이다. 우레아 및 티오우레이는 역시 제2 세정단계가 진행되는 동안 구리배선층의 부식을 최소화하기 위한 것이다.
계속해서, 반도체 기판을 탈이온수로 충분히 린스하여 반도체 기판에 잔류하는 세정액을 제거(50)함으로써 화학기계적 연마 공정에 후속되는 세정공정을 완료한다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 반도체장치의 세정액인 상기 제1 및 제2 세정액 조성물에 0.01 ~ 5000ppm농도의 불소계 계면활성제를 더 첨가하면, 세정액 조성물의 가용성(Wettability)를 더욱 증가시켜 효과적이다.
상술한 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 공정의 세정방법은 구리막에 대한 화학기계적 연마공정에 후속되는 세정방법으로 적합하며 15 ∼ 40℃의 온도범위에서 세정효과를 극대화 시킬수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.
따라서, 본 발명에 의하면 구리배선층의 부식을 최대한 억제하면서 층간절연막과 구리배선층의 다마신 패턴을 표면에 갖는 반도체 기판으로부터 구리금속 및 기타 부산물을 효과적으로 제거함으로써 반도체 소자 제조 공정의 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Claims (3)
- 층간절연막과 구리배선층이 모두 표면에 노출되도록 반도체 기판을 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 이용하여 연마하는 단계;탈이온수 및 상기 탈이온수의 중량을 기준으로 0.01 ~ 10중량%의 우레아 또는 티오우레아를 포함하는 것을 특징으로 하는 세정액 조성물을 이용하여 상기 반도체 기판을 1차 세정함으로써 상기 노출된 구리배선층을 안정화시키는 단계: 및탈이온수, 불화수소산을 상기 탈이온수의 중량을 기준으로 0.05 ~ 0.5중량%, 및 상기 탈이온수의 중량을 기준으로 0.01 ~ 10중량%의 우레아 또는 티오우레아를 포함하는 세정액 조성물을 이용하여 상기 반도체 기판을 2차 세정함으로써 상기 노출된 층간절연막상의 금속입자 오염을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정방법.
- 제1항에 있어서, 상기 구리배선층 안정화 단계에 있어서 상기 반도체 기판을 스크러빙(scrubbing) 또는 브러싱하여 상기 반도체 기판상의 슬러리 잔류물을 제거하는 단계와 동시에 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정방법.
- 제1항에 있어서, 상기 층간절연막은 실리콘 산화막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정방법.
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