KR20030035207A - cleaning solution for semiconductor device and for semiconductor device-cleaning method using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A cleaning solution of a semiconductor device is provided to easily eliminate byproducts like polymer or organic impurities generated during a fabrication process of the semiconductor device without using a dangerous material like hydroxylamine or catechol. CONSTITUTION: The cleaning solution of the semiconductor device includes ammonia water, hydrofluoric acid, acetic acid and deionized water to remove the byproducts generated in the fabrication process of the semiconductor device. The weight ratio of the ammonia water, the hydrofluoric acid, the acetic acid and the deionized water is 1-5 : 0.1-5 : 0.01-1 : 5-50.

Description

반도체 소자의 세정액 및 이를 이용한 세정 방법{cleaning solution for semiconductor device and for semiconductor device-cleaning method using the same}Cleaning solution for semiconductor device and for semiconductor device-cleaning method using the same

본 발명은 반도체 소자의 세정액 및 이를 이용한 세정 방법에 관한 것으로,더욱 구체적으로 반도체 소자의 제조 공정 중에 발생되는 폴리머(polymer)나 유기 불순물(organic impurity)과 같은 오염 물질을 제거하는데 사용되는 세정액 및 이를 이용한 세정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cleaning liquid of a semiconductor device and a cleaning method using the same, and more particularly, to a cleaning liquid used to remove contaminants such as a polymer or organic impurity generated during a manufacturing process of a semiconductor device. It relates to the washing method used.

일반적으로, 반도체 소자를 제조하기 위해서는 수많은 공정을 진행하여야 한다. 반도체 소자를 제조하는 공정 중에서도 금속 배선이나 콘택 홀 등과 같이 식각 공정을 필요로 하는 공정에서, 식각에 사용되는 가스가 플라즈마장(plasma field) 내에서 반도체 기판이나 층간 절연막 등과 같은 하지층 또는 포토레지스트와 상호 반응을 일으키면서 원하지 않은 부생성물(by-product)이 다량으로 생성된다.(상기 부생성물은 폴리머, 사이드 폴리머(side polymer), 베일(veil), 펜스(fence)라고 칭하기도 한다.)In general, a number of processes must be performed to manufacture a semiconductor device. In the process of manufacturing a semiconductor device, an etching process such as a metal wiring or a contact hole is required. The gas used for etching may be formed in a plasma field with a base layer or a photoresist such as a semiconductor substrate or an interlayer insulating film. Reacting with each other produces a large amount of unwanted by-products (sometimes referred to as polymers, side polymers, veils, fences).

상기와 같은 부생성물은 웨이퍼의 표면을 오염시켜서 후속 공정을 진행하는 데 장애요인으로 작용할 뿐만 아니라, 심할 경우 반도체 제조 공정의 전체적인 수율 저하 및 반도체 소자의 신뢰성을 저하시키는 등 많은 문제점을 유발시키게 된다. 따라서, 공정 후에 생성되는 부생성물을 적절한 방법으로 제거하여야만 한다.Such by-products not only act as a barrier to the subsequent process by contaminating the surface of the wafer, but also cause a number of problems such as lowering the overall yield of the semiconductor manufacturing process and lowering the reliability of the semiconductor device. Therefore, byproducts generated after the process must be removed in an appropriate manner.

현재 금속 배선을 형성하기 위해 금속층을 식각한후 폴리머와 같은 부생성물을 제거하는데 사용되는 화학제(Chemicals)는 대부분 유기 화학제(Organic Compound)이며, 주로 하이드록실아민(Hydroxylamine)이나 아민(Amine)을 주성분으로 사용하고 있다. 그리고 용매는 대부분 고온공정에서의 농도 변화를 방지하기 위하여 비등점이 높은 유기 용매를 사용하고 있다. 상기 주성분은 대부분 고가의 화학제이며, 인체에 해로운 자극성 물질, 발암물질 또는 돌연변이를 일으키는 위험물질으로서,Currently, chemicals used to remove by-products such as polymers after etching a metal layer to form a metal wiring are mostly organic compounds, mainly hydroxylamine or amine. Is used as the main ingredient. In addition, most solvents use organic solvents having a high boiling point to prevent concentration changes in high temperature processes. Most of the main components are expensive chemicals, dangerous substances that cause harmful stimulants, carcinogens or mutations to the human body,

특히 상기 하이드록실아민(Hydroxylamine)계열은 금속 배선에서 배리어 메탈(Barrier Metal)로 이용되는 Ti나, 주 물질로 사용되는 Al 에 대한 식각 속도가 매우 빠르므로 언더 컷(Under Cut)현상이 생길 확률이 매우 높다. 이는 종래 세정액으로 금속 배선을 세정한 후에 TEM으로 관찰한 금속 배선의 단면 사진인 도1에 잘 나타나 있다.(상기 도1은, 산화물로 형성된 하지층, 확산방지막 역할을 하는 TiN막, TiN막과 함께 배리어 메탈 역할을 하는 Ti막, Al과 같은 금속 물질로 된 금속 배선과 포토리소그라피(Photolithography) 공정 시 양호한 패턴 프로파일(Pattern Profile)을 얻기 위한 반사방지막 등으로 구성되어 있다.)In particular, the hydroxylamine series has a high etching rate with respect to Ti used as a barrier metal in the metal wiring or Al used as a main material, and thus an undercut phenomenon is likely to occur. Very high. This is well illustrated in Fig. 1, which is a cross-sectional photograph of a metal wiring observed by TEM after cleaning the metal wiring with a conventional cleaning solution. (The above Fig. 1 shows a base layer formed of an oxide, a TiN film and a TiN film serving as a diffusion barrier film. Ti film, which serves as a barrier metal, and metal wiring such as Al, and an anti-reflection film for obtaining a good pattern profile during the photolithography process.)

즉, 종래 세정액은 그 속성(Property)에 의해 금속 배선 등에 반점이 생길 뿐만 아니라 Ti막에 언더컷 디펙트가 생기게 되어 원하는 패턴 프로파일을 얻기가 어렵다는 문제점이 있다.That is, the conventional cleaning liquid has a problem that it is difficult to obtain a desired pattern profile because not only spots occur on metal wirings, etc., but also undercut defects on the Ti film due to its property.

나아가 종래 세정액은 폴리머와 같은 부생성물과의 반응이 20℃~30℃의 상온에서는 잘 일어나지 않고 65℃∼85℃의 고온에서 반응이 일어나 부생성물을 제거시키게 되므로, 라이프 타임(Life Time)이 상대적으로 짧아 세정액인 화학제(예를 들어 ACT-935, EKC245, EKC265 등)교체를 적어도 8시간에서 12시간이내에 해주어야한다. 이에, 화학제의 소모량이 많아지는 동시에 화재의 위험성을 내포하고 있다.Furthermore, in the conventional cleaning solution, the reaction with the by-products such as polymer does not occur well at room temperature of 20 ° C. to 30 ° C., but the reaction occurs at a high temperature of 65 ° C. to 85 ° C. to remove the by-products. As a result, shorter cleaning fluids (eg, ACT-935, EKC245, EKC265, etc.) must be replaced within at least 8 to 12 hours. As a result, the consumption of chemicals increases, and the risk of fire is included.

한편, 아민(Amine) 계열의 화학제(Chemicals)는 순수만을 사용해서는 완전히 세정이 이루어지지 않으므로 부가적으로 IPA(Isopropyl Alcohol)를 린스 공정을 추가해야 하기 때문에 공정이 복잡해지고 공정시간이 길어져 생산성을 저하시키게 되는 원인이 된다는 문제점이 있다.On the other hand, since amine chemicals are not completely cleaned using pure water only, additionally, rinsing of IPA (Isopropyl Alcohol) must be added. There is a problem that causes a decrease.

또한 세정 공정의 중요성은 종래 세정액으로 세정한 금속 배선 상에 IMO막을 형성한 후에 SEM으로 관찰한 IMO막의 표면 사진을 도시한 도2에서 알 수 있듯이, 세정이 완전하게 이루어지지 않은 상태에서 IMO막을 형성하면 성장성 디펙트 즉 체인 디펙트(Chain Defect)의 원인이 되기도 하는데, 기존의 아민(Amine) 계열의 용매(Solvent)는 기판에 남아있는 포토레지스트를 제거하는 능력에 있어서 변성되지 않은 포토레지스트, 즉 패터닝(Patterning) 직후의 포토레지스트는 쉽게 제거하지만 식각 플라즈마(Etch Plasma)에 의해 변성이 되거나 포토레지스트 스트립 플라즈마(Photoresist Strip Plasma)에 의해 변성이 된 포토레지스트는 제거하지 못하는 경우가 발생된다. 이때 사용되는 아민(Amine) 계열은 주로 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone), MEA(Methylethyl Amine), DEA(Diethyl Amine)등이 사용되고 있다.In addition, the importance of the cleaning process is that the IMO film is formed in a state in which the cleaning is not completely performed, as shown in FIG. It also causes growth defects, or chain defects. Existing amine-based solvents have undenatured photoresists in their ability to remove photoresist remaining on a substrate. The photoresist immediately after patterning is easily removed, but the photoresist denatured by an etching plasma or denatured by a photoresist strip plasma may not be removed. At this time, the amine (Amine) series used are mainly NMP (N-Methyl-2-pyrrolidone), MEA (Methylethyl Amine), DEA (Diethyl Amine) and the like are used.

나아가 상술한 세정액의 화학제 성분(Chemical Component)들이 폴리머와 같은 부생성물을 제거할 때 일반적으로 고온에서 진행되므로 Al이나 Ti가 Attack을 받기 쉬우므로, 이를 방지하기 위해 카테콜(Catechol)과 같은 환원제(Reducing Agent or Anti-Corrosion Agent)를 첨가해야 한다. 이는 원가상승의 요인이 되는동시에 환원제 자체의 발화 위험성 때문에 화재의 위험성을 내포하고 있으며 실제 반도체 제조 공정에서 화재가 발생한 경우도 종종 있다는 문제점이 있다.Furthermore, since the chemical components of the above-described cleaning liquids generally proceed at a high temperature when removing the by-products such as polymers, Al or Ti are susceptible to attack, and thus, a reducing agent such as catechol is used to prevent them. (Reducing Agent or Anti-Corrosion Agent) should be added. At the same time, there is a risk of fire due to the risk of ignition of the reducing agent itself, which is a factor of cost increase, and there is a problem that a fire often occurs in the actual semiconductor manufacturing process.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서,The present invention is to solve the above problems,

본 발명의 목적은 위험 물질인 하이드록실아민이나 카테콜을 사용하지 않으면서, 반도체 소자의 제조 공정 중에 발생되는 폴리머나 유기 불순물과 같은 오염성 부생성물을 용이하게 제거할 수 있는 반도체 소자의 세정액 및 이를 이용한 세정 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention and cleaning liquid of a semiconductor device that can easily remove contaminant by-products such as polymers or organic impurities generated during the manufacturing process of the semiconductor device without using the dangerous substances hydroxylamine or catechol and It is to provide a cleaning method used.

본 발명의 다른 목적은 반도체 소자의 제조 공정을 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 인체나 환경 친화적인 반도체 소자의 세정액 및 이를 이용한 세정 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is not only to simplify the manufacturing process of the semiconductor device, but also to provide a cleaning liquid and a cleaning method using the same for a human body or an environment-friendly semiconductor device.

본 발명의 또 다른 목적은 반도체 소자의 제조 공정 중 발생하는 부생성물의 제거 시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 세정액 및 이를 이용한 세정 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a cleaning liquid for a semiconductor device and a cleaning method using the same, which can improve productivity by shortening the removal time of by-products generated during the manufacturing process of the semiconductor device.

본 발명의 또 다른 목적은 세정액의 구성성분으로서 유기 성분(Organic Component)의 사용을 배제시켜 기존에 진행했던 추가적인 IPA 세정 공정의 생략으로 반도체 제조 단가를 낮출 수 있는 반도체 소자의 세정액 및 이를 이용한 세정 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to remove the use of organic components as a constituent of the cleaning liquid (omission of the conventional IPA cleaning process by eliminating the conventional process to reduce the manufacturing cost of the semiconductor device cleaning liquid and a cleaning method using the same) To provide.

도1은 종래 세정액으로 금속 배선을 세정한 후에 TEM(투과전자현미경)으로 관찰한 금속 배선의 단면 사진이다.1 is a cross-sectional photograph of a metal wiring observed with a TEM (transmission electron microscope) after cleaning the metal wiring with a conventional cleaning solution.

도2는 종래 세정액으로 세정한 금속 배선 상에 IMO막을 형성한 후에 SEM(주사전자현미경)으로 관찰한 IMO막의 표면 사진이다.Fig. 2 is a photograph of the surface of an IMO film observed with a scanning electron microscope (SEM) after forming an IMO film on a metal wiring cleaned with a conventional cleaning solution.

도3a 내지 도3b는 본 발명의 실시예인 세정액으로 금속 배선을 세정한 후에 TEM으로 관찰한 금속 배선의 단면 사진이다.3A and 3B are cross-sectional photographs of metal wires observed by TEM after cleaning metal wires with a cleaning solution of an embodiment of the present invention.

도4는 금속 배선을 형성한 후 1)세정 전 2)본 발명의 세정액으로 세정한 후 및 3)피라냐로 세정한 후의 접촉 각을 각각 나타낸 것이다.4 shows contact angles after forming the metal wiring, 1) before washing, 2) after washing with the cleaning solution of the present invention, and 3) after washing with piranha.

이하 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention for solving the above problems will be described in detail.

세정액의 실시예료서 반도체 소자의 제조 공정중에 발생되는 부생성물이 제거되도록 암모니아수, 불산, 초산 및 탈이온수를 포함하는 세정용 화학제가 제공되며, 상기 세정용 화학제는 암모니아수, 불산, 초산 및 탈이온수의 조성비(중량비)가 1∼5 : 0.1∼5 : 0.01∼1 : 5∼50이고, pH가 7∼12인 약 염기성임을 특징으로 한다.Example of Cleaning Liquid A cleaning chemical including ammonia water, hydrofluoric acid, acetic acid and deionized water is provided to remove by-products generated during the manufacturing process of a semiconductor device, and the cleaning chemical is ammonia water, hydrofluoric acid, acetic acid and deionized water. The composition ratio (weight ratio) is 1-5: 0.1-5: 0.01-1: 5-50, and pH is 7-12, It is characterized by weak basicity.

또한, 본 발명에 따른 반도체 소자의 세정액을 이용한 세정 방법의 실시예는 식각 공정을 통한 금속 배선의 형성으로 반도체 기판에 금속성 식각 폴리머 및 유기 디펙트와 같은 부생성물이 생성되는 단계; 상기 반도체 기판을 암모니아수, 불산, 초산 및 탈이온수를 포함하는 약염기성의 세정액에 담그는 단계; 상기 세정 액에 의해 부생성물을 제거하여 세정을 완료하는 단계; 및 세정이 완료된 상기 반도체 기판을 상기 세정 화학제로부터 빼내는 단계를 포함한다.In addition, an embodiment of the cleaning method using a cleaning liquid of the semiconductor device according to the present invention comprises the steps of generating by-products such as metallic etching polymer and organic defects on the semiconductor substrate by the formation of the metal wiring through the etching process; Dipping the semiconductor substrate in a weakly basic cleaning solution including ammonia water, hydrofluoric acid, acetic acid, and deionized water; Removing the by-products by the cleaning liquid to complete the cleaning; And removing the semiconductor substrate from which the cleaning is completed, from the cleaning chemical.

본 발명은 종래에 사용했던 하이드록실아민(Hydroxylamine)이나 카테콜(Catechol)을 사용하지 않고 현재 반도체 제조공정에서 일반적으로 사용하고 있는 제품인 "RCA Cleaning"의 화학제(Chemicals)를 기초물질을 사용하여 세정액이 제조된다.The present invention does not use hydroxylamine or catechol which have been used in the past, but uses chemicals of "RCA Cleaning", which is a product generally used in semiconductor manufacturing processes, using basic materials. Washing liquid is prepared.

본 발명의 세정액에 대한 구체적인 조성 및 물리적인 성질과 공정 조건을 설명하면 다음과 같다.Referring to the specific composition, physical properties and process conditions for the cleaning solution of the present invention.

본 발명의 세정액을 그 기본 구성 물질이 암모니아수(NH4OH), 불산(HF) 및 초산(CH3COOH)을 포함하며, 주 용매(Main Solvent)는 탈이온수(DIW)이다. 기본 구성 물질의 조성비(중량비)는 암모니아수 : 불산 : 초산 : 탈이온수 = 1∼5 : 0.1∼5 : 0.01∼1 : 5∼50이며, PH는 7∼12가 바람직하다.The cleaning solution of the present invention includes ammonia water (NH 4 OH), hydrofluoric acid (HF) and acetic acid (CH 3 COOH), and the main solvent is deionized water (DIW). The composition ratio (weight ratio) of the basic constituent substance is ammonia water: hydrofluoric acid: acetic acid: deionized water = 1-5: 0.1-5: 0.01-1: 5-50, and PH is preferably 7-12.

PH가 12보다 커지는 경우에는 프로파일 어택(Profile Attack), 즉 Al이나 Ti등과 같이 금속성 물질 등에 어택(Attack)이 나타나게 되어 양호한 패턴 프로파일을 얻을 수 없기 때문이다.This is because when the pH is greater than 12, an attack occurs on a profile attack, that is, on a metallic material such as Al, Ti, or the like, and thus a good pattern profile cannot be obtained.

본 발명의 세정액의 기본 구성 성분에서,In the basic constituents of the cleaning liquid of the present invention,

상기 불산의 역할은 식각 후의 폴리머와 같은 부생성물을 제거하는 것이다. 주의할 것은 불산을 과량으로 사용하면 금속 배선에 사용되는 Ti와 같은 금속 물질이나 하지층을 이루는 산화층(Oxide Layer)에 어택(Attack)이 발생하므로 전술한 조성비를 기준으로 소량 사용하는 것이 바람직하다.The role of hydrofluoric acid is to remove byproducts such as polymers after etching. It should be noted that when an excessive amount of hydrofluoric acid is used, an attack occurs in an oxide layer constituting a metal material or a base layer, such as Ti, which is used for metal wiring.

암모니아수와 초산은 본 발명의 세정액을 완충 용액(Buffer Solution)으로 유지시켜 시간의 경과에 따른 세정 능력의 변화를 방지해 주는 동시에 폴리머내의 금속 성분(Metallic Component)과 킬레이트 화합물(Chelate Compound)을 형성하여 불산이 보다 쉽게 폴리머와 같은 부생성물의 제거 작용을 할 수 있도록 도와주는 역할을 할 뿐만 아니라, 본 발명의 세정액의 PH를 조절하는 주 성분으로 사용된다.Ammonia water and acetic acid maintain the cleaning solution of the present invention as a buffer solution to prevent the change of cleaning ability over time, and to form a metal component and a chelate compound in the polymer, thereby producing hydrofluoric acid. This not only serves to help remove the by-products such as polymers more easily, it is also used as a main component for controlling the pH of the cleaning solution of the present invention.

본 발명의 세정액을 사용한 공정 단계는 다음과 같다.Process steps using the cleaning solution of the present invention are as follows.

본 발명의 세정액이 적용되는 공정은 여러 경우가 있겠지만, 반도체 소자의 제조 공정중 금속 배선 공정에 본 발명의 세정액을 적용하는 것을 실시예로 한다.Although the process to which the cleaning liquid of this invention is applied may be various, it is set as an Example to apply the cleaning liquid of this invention to the metal wiring process of the manufacturing process of a semiconductor element.

금속 배선 형성 공정은 통상의 공정 단계에 따라 설명될 것이며, 따라서 본 발명에서는 금속 배선 형성 방법에 따른 설명은 생략한다.The metal wiring forming process will be described according to the usual process steps, and therefore the description according to the metal wiring forming method is omitted in the present invention.

포토레지스트를 식각 공정으로 반도체 기판에 금속 배선을 형성한다. 식각 공정에 의해 반도체 기판에는 부생성물이 생성된다. 포토레지스트를 제거한 후 부생성물이 생성된 반도체 기판을 본 발명의 세정액인 세정 화학제에 담근다.The metal resist is formed on the semiconductor substrate by etching the photoresist. By-products are formed in the semiconductor substrate by the etching process. After removing the photoresist, the semiconductor substrate on which the by-product is produced is immersed in a cleaning chemical which is the cleaning liquid of the present invention.

기존에는 60℃∼80℃의 온도에서 20∼30분 동안 부생성물이 생성된 반도체 기판을 기존의 세정액에 담근 후에 추가적으로 IPA를 사용하여 반도체 기판의 세정을 완료하는데 반해, 본 발명은 20℃∼30℃의 상온에서 약 5분 전후의 시간 동안 부생성물이 생성된 반도체 기판을 본 발명의 세정액인 세정 화학제에 담그는 것만으로 세정이 완료되고, 세정이 완료된 반도체 기판을 세정 화학제로부터 빼낸다.Conventionally, in the present invention, 20 ° C. to 30 ° C. is obtained by dipping a semiconductor substrate in which a by-product is formed in an existing cleaning solution for 20 to 30 minutes at a temperature of 60 ° C. to 80 ° C., followed by additionally using IPA. The cleaning is completed simply by dipping the semiconductor substrate in which the by-product is generated in the cleaning chemical of the present invention for about 5 minutes at a room temperature of about ℃, and the semiconductor substrate having been cleaned is removed from the cleaning chemical.

따라서, 추가적으로 유기 화합물(Organic Component)을 사용하지 않아 기존과 달리 IPA를 사용하지 않고도 세정을 완료시킬 수 있다. 또한, 세정 공정 중 서브-층(Sub-Layer) 예를 들어, Al, Ti, TiN, PE-TEOS, SOG, 등에 대한 식각 비(Etch Rate)를 5∼30Å/min으로 한정하여 패턴 프로파일의 어택(Attack)을 최소화한다.Therefore, it is possible to complete the cleaning without using the IPA unlike the conventional organic component (Organic Component). In addition, during the cleaning process, the etching rate of the sub-layer, for example, Al, Ti, TiN, PE-TEOS, SOG, and the like, is limited to 5 to 30 dB / min to attack the pattern profile. Minimize Attack.

상기한 본 발명의 세정액과 공정 조건으로 실험한 결과가 도3a 내지 도3c 및 도4이다.Experimental results with the cleaning solution of the present invention described above are shown in FIGS. 3A to 3C and FIG. 4.

도3a 내지 도3c는 본 발명의 세정액으로 금속 배선을 세정한 후에 TEM으로 관찰한 금속 배선의 단면 사진으로, 종래 세정액으로 금속 배선을 세정한 후에 TEM으로 관찰한 금속 배선의 단면 사진인 도1과 비교해 볼 때 언더 컷이 보이지 않았을 뿐만 아니라. 패턴 프로파일이 양호함을 알 수 있다.3A and 3C are cross-sectional photographs of metal wirings observed by TEM after cleaning the metal wiring with the cleaning solution of the present invention, and FIG. 1 is a cross-sectional photograph of metal wirings observed by TEM after cleaning the metal wiring with the conventional cleaning solution. In comparison, not only did the undercut be visible. It can be seen that the pattern profile is good.

도3a 내지 도3c에서 보듯이, 전체적인 구조는 산화물로 형성된 하지층과, 확산방지막 역할을 하는 TiN막, 이와 함께 배리어 메탈 역할을 하는 Ti막, 그리고 Al과 같은 금속 물질로 된 금속 배선 등이며, 포토리소그라피(Photolithography) 공정시 양호한 패턴 프로파일(Pattern Profile)을 얻기 위한 반사방지막 등으로 구성되어 있다.3A to 3C, the overall structure is an underlayer formed of an oxide, a TiN film serving as a diffusion barrier film, a Ti film serving as a barrier metal, a metal wiring made of a metal material such as Al, and the like. It is composed of an antireflection film or the like for obtaining a good pattern profile in a photolithography process.

도1과 다른 점은 본 발명의 세정액 및 공정 조건을 적용했을 때 Ti막에 언더 컷이 발생되는지를 분명히 확인하기 위하여 도1의 Ti막보다 훨씬 두껍게 형성했다는 점이다. 그럼에도 불구하고 Ti막에 언더 컷이 발생되지 않았을 뿐만 아니라, 금속 물질층에도 기존 금속 물질층에 나타난 반점이 보이지 않았다.The difference from FIG. 1 is that the Ti film is formed much thicker than the Ti film of FIG. 1 in order to clearly check whether an undercut is generated in the Ti film when the cleaning solution and the process conditions of the present invention are applied. Nevertheless, not only the undercut did not occur in the Ti film, but also the spots of the existing metal material layer were not seen in the metal material layer.

도4는 금속 배선을 형성한 후 세정전, 본 발명의 세정액으로 세정한 후, 및 피라냐로 세정한 후의 접촉 각을 각각 나타낸 그래프인데, 본 발명의 세정액은 pH가 7∼12사이의 약염기성(Weak Basic)인 물리적 속성(Physical Property)을 가지기 때문에 도4에서 나타난 것과 같이 접촉 각(Contact Angle)이 20˚∼40˚를 가지게 되어 유기 디펙트(Organic Defect)의 제거능력을 나타냄을 알 수 있다. 즉, 기존 세정액은 부생성물을 제거한 후에 유기 불순물(Organic Impurity)이나 변성된 포토레지스트, 즉 헤비 유기 디펙트(Heavy Organic Defect)를 전혀 제거하지 못하지만, 본 발명의 세정액은 접촉 각(Contact Angle)의 실험결과 유기 디펙트(Organic Defect)를 Piranha(or SPM) Chemical의 제거 능력에 필적할 정도로 효과적으로 제거되는 것으로 나타났으며, 이는 기존의 용매가 단순히 폴리머(Polymer)의 제거 및 포토레지스트의 제거만을 수행하는 것에 비해, 본 발명의 세정액은 이러한 제거 능력 이외에도 기판(Substrate)을 FEOL(Front End of Line)에서 세정에 사용되는 "RCA Cleaning"과 유사한 세정 능력을 나타내어 반도체 제조 공정에 있어서 BEOL(Back End of Line)에서 획기적인 수율 향상을 가져올 수 있다.Fig. 4 is a graph showing contact angles after the formation of the metal wiring, before washing, after washing with the washing liquid of the present invention, and after washing with piranha. The washing liquid of the present invention has a weak basicity (pH 7-12). Since it has a physical property (weak basic), as shown in FIG. 4, the contact angle is 20 ° to 40 °, indicating that the organic defect can be removed. . That is, the conventional cleaning solution does not remove organic impurities or modified photoresist, that is, heavy organic defects, after removing the by-products, but the cleaning solution of the present invention has a contact angle. Experimental results showed that the organic defects were effectively removed as comparable to that of Piranha (or SPM) Chemical, and the existing solvents merely removed the polymer and the photoresist. In addition, the cleaning solution of the present invention exhibits a cleaning ability similar to "RCA Cleaning" used for cleaning substrates in the front end of line (FEOL) in addition to the removal ability thereof. Line) can lead to dramatic yield improvement.

도4에서, "Reference" 그래프는 세정전의 접촉 각을 나타낸 것이고, "X-A" 그래프는 본 발명의 세정액으로 세정한 도3a의 접촉 각을 나타낸 것이고, "X-B" 그래프는 본 발명의 세정액으로 세정한 도3b의 접촉 각을 나타낸 것이고, "X-C" 그래프는 본 발명의 세정액으로 세정한 도3c의 접촉 각을 나타낸 것이고, "Piranha" 그래프는 피라냐로 세정한 접촉 각을 나타낸 것이다.In Fig. 4, the "Reference" graph shows the contact angle before cleaning, the "XA" graph shows the contact angle of Fig. 3A cleaned with the cleaning solution of the present invention, and the "XB" graph shows the contact angle with the cleaning solution of the present invention. The contact angle of FIG. 3B is shown, the "XC" graph shows the contact angle of FIG. 3C cleaned with the cleaning liquid of the present invention, and the "Piranha" graph shows the contact angle cleaned with piranha.

상기한 바와 같이, 본 발명은 불소(Fluoride)를 사용하여 금속성 식각 폴리머(Metallic Etch Polymer)를 제거할 수 있고, 바이덴테이트 리간드(Bidentate Ligand) 예를 들어, 카복실레이트 이온(Carboxylate Ion)을 이용하여 킬레이트 화합물(Chelate Compound)을 형성하여 금속성 식각 폴리머를 제거할 수 있고, 약염기와 약산을 혼합하여 PH 7∼12로 완충 용액을 형성시켜 금속성 식각 폴리머를 제거할 수 있고, 약염기와 짝염기(Conjugate Base)가 바이덴테이트 속성(Bidentate Property)을 갖는 약산과 그 유도체 예를 들어, 카복실산(Carboxylic Acids), 에테르(Ethers), 아미드(Amides) 등을 이용하여 기판(Substrate)에 금속층(Metal Layer)이 존재하는 상태인 BEOL에서 유기 디펙트(Organic Defect)를 제거할 수 있고, 폴리머 및 유기 디펙트를 20℃∼30℃의 상온에서 2∼10분 사이에 제거할 수 있고, 세정 공정중 서브-층(Sub-Layer) 예를 들어, Al, Ti, TiN, PE-TEOS, SOG, 등에 대한 식각 비(Etch Rate)를 5∼30Å/min이 되도록 화학제의 식각 비를 조절하여 금속성 식각 폴리머를 제거할 수 있고, 접촉 각(Contact Angle)이 20˚∼40˚ 가 되도록 설정하여 금속성 식각 폴리머와 유기 디펙트를 제거할 수 있고, 암모니아수 : 불산 : 초산 : 탈이온수의 비율을 1∼5 : 0.1∼5 : 0.01∼1 : 5∼50으로 설정하여 BEOL에서 금속성 식각 폴리머와 유기 디펙트를 제거할 수 있고, 반도체 제조 공정에 있어서 금속층으로 인해 피라냐 세정(Piranha Cleaning)을 사용하지 못할 때 약염기, 바이덴테이트(Bidentate) 약산, 불산, DIW를 이용하여 유기 불순물(Organic Impurity)을 제거하는 전 세정(Pre-dep Cleaning)을 할 수 있게 한다.As described above, the present invention can remove a metal etching polymer (Fluoride) using a metal etch polymer (Bidentate Ligand), for example, using a carboxylate ion (Carboxylate Ion) To form a chelate compound (Chelate Compound) to remove the metal etching polymer, the weak base and the weak acid by mixing the buffer solution to form a pH 7-12 to remove the metal etching polymer, weak base and conjugate base (Conjugate Base ) Is a weak acid having a Bidentate Property and its derivatives, such as Carboxylic Acids, Ethers, Amides, etc. Organic defects can be removed from the existing BEOL, polymers and organic defects can be removed at room temperature between 20 ° C and 30 ° C for 2 to 10 minutes, and during the cleaning process. Sub-Layer For example, the metal etching polymer is controlled by adjusting the etching rate of the chemical so that the etching rate of Al, Ti, TiN, PE-TEOS, SOG, etc. is 5-30 kW / min. Can be removed, the contact angle is set to 20 ° to 40 ° to remove the metal etching polymer and organic defects, the ratio of ammonia water: hydrofluoric acid: acetic acid: deionized water 1 to 5: 0.1-5: 0.01-1: 5-50 can be used to remove metallic etching polymer and organic defects from BEOL, and weak base, when Piranha Cleaning is not available due to metal layer in semiconductor manufacturing process Bidentate Weak pre-dep cleaning to remove organic impurity using weak acid, hydrofluoric acid, DIW.

본 발명은 위험 물질인 하이드록실아민(Hydroxylamine)이나 카테콜(Catechol)을 사용하지 않고 현재 반도체 제조공정에서 일반적으로 사용하고 있는 RCA Cleaning의 화학제를 기초 물질로 사용하여 제조되기 때문에 제조단가가 기존의 용매보다 낮고, 인체나 환경 친화적인 면에서 매우 유리하며, 폴리머와 같은 부생성물을 상온에서 제거하는 동시에, 주 성분중 용매가 탈이온수(DIW)이므로 화재의 위험성이 없고 공정단가도 낮아진다.Since the present invention is manufactured using the chemicals of RCA Cleaning, which is generally used in the semiconductor manufacturing process, as a base material, without using hydroxylamine (Hydroxylamine) or catechol, which are dangerous substances, the manufacturing cost is existing. It is lower than the solvent, and is very advantageous in terms of human body and environment-friendly, and removes by-products such as polymers at room temperature, and since the solvent of the main component is deionized water (DIW), there is no risk of fire and the process cost is low.

또한 실험 결과 폴리머의 제거 시간이 기존에 사용되던 용매보다 매우 단축되어 메탈(Metal)이나 비아 식각후의 세정 공정(Via Etch Post Cleaning Process)의 생산량(Throughput)을 향상시키는 효과를 가져왔다. 이와 함께 유기 성분(Organic Component)을 사용하지 않았으므로 추가적인 IPA의 세정이 필요 없게 되어 반도체 소자의 제조단가가 낮아진다.In addition, the result of the experiment is that the removal time of the polymer is much shorter than that of the conventional solvent, thereby improving the throughput of the metal etching process (Via Etch Post Cleaning Process). In addition, since no organic component is used, no additional IPA cleaning is required, thereby lowering the manufacturing cost of the semiconductor device.

또한 본 발명은 세정 공정(Cleaning Process)중에 패턴 프로파일의 어택(Attack)이 전혀 일어나지 않을 뿐만 아니라, 접촉 각의 실험결과 유기 디펙트(Organic Defect)를 Piranha(or SPM) Chemical의 제거능력에 필적할 정도로 효과적으로 제거하는 것으로 나타나므로 기판(Substrate)을 FEOL(Front End of Line)에서 세정에 사용되는 "RCA Cleaning"과 유사한 세정 능력을 나타내어 반도체제조 공정에 있어서 BEOL(Back End of Line)에서 획기적인 수율 향상을 가져온다.In addition, the present invention does not cause any attack of the pattern profile during the cleaning process, and the results of the contact angle test show that the organic defect is comparable to the removal ability of Piranha (or SPM) chemical. As it appears to be effectively removed to a degree, substrates exhibit cleaning ability similar to "RCA Cleaning" used for cleaning at front end of line (FEOL), which significantly improves yield at back end of line (BEOL) in semiconductor manufacturing process. Bring it.

Claims (18)

반도체 소자의 제조 공정 중에 발생되는 부생성물이 제거되도록 암모니아수, 불산, 초산 및 탈이온수를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 세정액.A cleaning liquid for a semiconductor device comprising ammonia water, hydrofluoric acid, acetic acid, and deionized water to remove by-products generated during a semiconductor device manufacturing process. 제1항에서, 상기 세정액은 PH가 7∼12인 약 염기성인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 세정액.The cleaning liquid of claim 1, wherein the cleaning liquid is about basic having a pH of 7 to 12. 제1항에서, 상기 암모니아수, 불산, 초산 및 탈이온수의 조성비(중량비)는 1∼5 : 0.1∼5 : 0.01∼1 : 5∼50인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 세정액.The cleaning liquid for a semiconductor device according to claim 1, wherein the composition ratio (weight ratio) of the ammonia water, hydrofluoric acid, acetic acid, and deionized water is 1 to 5: 0.1 to 5: 0.01 to 1: 5 to 50. 제3항에서, 상기 불산은 부생성물을 제거하면서 반도체소자의 구성요소의 어택을 방지할 수 있도록 사용되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 세정액.The cleaning liquid of claim 3, wherein the hydrofluoric acid is used to prevent attack of components of the semiconductor device while removing by-products. 제3항에서, 상기 암모니아수와 초산은 세정액을 완충 용액으로 유지시켜 시간의 경과에 따른 세정능력의 변화를 방지하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의세정액.4. The cleaning solution of claim 3, wherein the aqueous ammonia solution and the acetic acid are kept in a buffer solution to prevent a change in cleaning ability over time. 제3항에서, 상기 암모니아와 초산은 부생성물 내의 금속 성분과 킬레이트 화합물을 형성하여 상기 불산이 부생성물을 제거하도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 세정액.The cleaning liquid of claim 3, wherein the ammonia and acetic acid form a chelate compound with a metal component in the byproduct so that the hydrofluoric acid removes the byproduct. 제3항에서, 상기 암모니아와 초산은 세정액의 PH를 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 세정액.The cleaning solution of claim 3, wherein the ammonia and acetic acid control the pH of the cleaning solution. 제3항에서, 상기 세정액은 세정 공정 시 20°~ 40°의 접촉각을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 세정액.The cleaning liquid of claim 3, wherein the cleaning liquid has a contact angle of 20 ° to 40 ° in the cleaning process. 포토레지스터 식각 마스크로한 식각 공정을 통한 금속 배선의 형성으로 반도체기판에 금속성 식각 폴리머 및 유기 디펙트와 같은 부생성물이 생성되는 단계;Forming by-products such as metallic etching polymers and organic defects on the semiconductor substrate by forming metal wirings through an etching process using a photoresist etching mask; 상기 반도체기판을 암모니아수, 불산, 초산 및 탈이온수로 조성된 약염기성의 세정액에 담그는 단계; 및Dipping the semiconductor substrate in a weakly basic cleaning solution composed of ammonia water, hydrofluoric acid, acetic acid, and deionized water; And 세정이 완료된 상기 반도체 기판을 세정액으로부터 빼내는 단계;Removing the cleaned semiconductor substrate from the cleaning liquid; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 세정액을 이용한 세정 방법.Cleaning method using a cleaning liquid of a semiconductor device comprising a. 제9항에서, 상기 세정액은 암모니아수, 불산, 초산 및 탈이온수를 포함하며, 그 조성비(중량비)가 1∼5 : 0.1∼5 : 0.01∼1 : 5∼50이고, PH가 7∼12사이의 약염기성인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 세정액을 이용한 세정 방법.10. The cleaning liquid of claim 9, wherein the cleaning liquid includes ammonia water, hydrofluoric acid, acetic acid, and deionized water, the composition ratio (weight ratio) of which is 1 to 5: 0.1 to 5: 0.01 to 1: 5 to 50, and a pH of 7 to 12. A cleaning method using a cleaning liquid of a semiconductor device, characterized in that the weak basic. 제9항에서, 상기 세정액의 불소성분에 의해 금속성 식각 폴리머와 같은 부생성물이 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 세정액을 이용한 세정 방법.10. The method of claim 9, wherein a by-product such as a metallic etching polymer is removed by the fluorine component of the cleaning solution. 제9항에서, 상기 세정액의 카복실레이트 이온과 같은 바이덴테이트 리간드를 이용함으로서, 킬레이트 화합물을 형성하여 상기 금속성 식각 폴리머와 같은 부생성물이 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 세정액을 이용한 세정 방법.The method of claim 9, wherein by using a bidentate ligand such as carboxylate ions of the cleaning solution, a chelate compound is formed to remove by-products such as the metallic etching polymer. 제9항에서, 상기 세정액의 약염기와 약산이 혼합되어 pH 7∼12로 완충 용액이 형성됨으로서 상기 금속성 식각 폴리머와 같은 부생성물이 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 세정액을 이용한 세정 방법.The method of claim 9, wherein the weak base and the weak acid of the cleaning solution are mixed to form a buffer solution at a pH of 7 to 12, thereby removing by-products such as the metallic etching polymer. 제13항에서, 약염기와 짝염기가 바이덴테이트 속성을 갖는 약산과 그 유도체를 이용하여 기판에 금속층이 존재하는 상태인 BEOL에서 유기디펙트가 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 세정액을 이용한 세정 방법.15. The method of claim 13, wherein the organic defect is removed from the BEOL in which the metal layer is present on the substrate by using a weak acid and a weak base having a weak acid having a bidentate property and a derivative thereof. . 제14항에서, 상기 유도체는 카복실 산, 에테르 및 아미드중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 세정액을 이용한 세정 방법.15. The method of claim 14, wherein the derivative is at least one of carboxylic acid, ether, and amide. 제9항 내지 제15항 중 어느 한 항에서, 상기 부생성물은 20℃∼30℃의 상온에서 2-10분 사이에 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 세정액을 이용한 세정 방법.The cleaning method according to any one of claims 9 to 15, wherein the by-products are removed at a normal temperature of 20 ° C to 30 ° C for 2 to 10 minutes. 제9항에서, 상기 반도체기판의 서브-층에 대한 식각 비를 5∼30Å/min이 되도록 상기 세정액의 식각 비를 조절하여 상기 금속성 식각 폴리머와 같은 부생성물이 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 세정액을 이용한 세정 방법.10. The method of claim 9, wherein the by-product ratio such as the metal etching polymer is removed by adjusting the etching ratio of the cleaning solution to the etching ratio of the sub-layer of the semiconductor substrate to 5 ~ 30 Å / min Washing method using a cleaning liquid. 제9항에서, 상기 세정액의 접촉각이 20°~40°가 되도록하여 상기 금속성 식각폴리머와 유기 디펙트가 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 세정액을 이용한 세정 방법.The cleaning method of claim 9, wherein the metal etching polymer and the organic defect are removed such that the contact angle of the cleaning solution is 20 ° to 40 °.
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