KR20040001522A - 반도체소자의 시엠피 세정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체소자의 CMP 세정방법에 관한 것으로, 본 발명은 CMP 하고자하는 막이 형성된 웨이퍼를 준비하는 단계; CMP 하고자하는 막을 CMP 처리한후 CMP처리가 진행된 웨이퍼를 세정장비내에 유입시키는 단계; 및 상기 세정장비내의 제1브러시유니트내에 제타-포텐셜이 같아지도록하는 케미칼을 공급 하고, 제2브러시유니트에 NH₄OH를 공급한 상태에서 브러싱을 진행하는 단계;를 포함하여 구성되며, 이로 인해 CMP처리후의 슬러리잔류물과 브러시성 파티클을 제거하여 저항감소 및 수율을 향상시킬 수 있는 것이다.

Description

반도체소자의 시엠피 세정방법{Method for cleaning semiconductor device after CMP process}

본 발명은 반도체소자의 CMP 세정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CMP(chemical mechanical planarization) 공정에서 연마직후 웨이퍼를 세정하는 CMP 세정방법에 관한 것이다.

일반적인 CMP 공정은 웨이퍼의 연마를 보통 연마재가 포함된 슬러리를 이용하여 진행하기 때문에 연마후 웨이퍼 표면에 슬러리, 연마부산물 등이 남게 된다.

따라서, CMP후 웨이퍼의 클리닝이 매우 중요하며 실제로 CMP후 웨이퍼표면에 남는 이물질이 반도체의 수율에 미치는 영향은 매우 크다.

기존의 CMP 전 세정(post-cleaning)에서는 브러시 스크러빙(brush scrubb -ing)을 하고, 캐미칼을 공급하면서 진행한다. 이때, 브러시를 사용할 때 먼저 NH₄OH를 공급하면서 브러시 스크러빙한 다음, 브러시에서 DHF를 공급하면서 브러시 스크러빙을 하거나 DHF를 쓰지 않는 경우 NH₄OH를 공급하면서 브러시 스크러빙을 진행한다.

이러한 기존 공정의 문제점으로는, 우선 DHF를 쓰지 않는 경우 텅스텐 플러그위에 슬러리 잔류물(즉, 슬러리에 사용된 연마재가 남는 문제)이 남는 문제가 발생한다.

또한, NH₄OH를 사용하고 DHF를 이용하여 후속 세정을 하는 경우 브러시에서 떨어지는 파티클이 오염원이 되는 문제도 있다.

그리고, DHF를 사용하는 경우 농도가 너무 높으면 장벽금속인 Ti 어택이 생길 수 있다.

이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, CMP처리후의 슬러리잔류물과 브러시성 파티클을 제거하여 저항감소 및 수율을 향상시킬 수 있는 반도체소자의 CMP 세정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 CMP 전세정에 사용되는 세정장비의 개략적인 모습을 나타낸 도면로서, 제1브러시유니트에 DHF가 공급된 상태와 제2 브러시 유니트에 NH₄OH가 공급된 상태를 설명하기 위한 개략도.

도 2는 도 1에서의 제1브러시유니트에 DHF가 공급되었을 때 브러시와 DHF가 만나 생기는 파티클의 상태를 보여 주는 SEM 사진.

도 3의 (a)는 DHF를 사용하기 전, (b)는 DHF를 사용한 후의 텅스텐플러그에 남은 슬러리잔류물의 모습을 보여 주는 SEM 사진.

[도면부호의설명]

10 : 세정장치13 : 제1브러시 유니트

15 : 제2 브러시 유니트17 : 스핀린스드라이부

A : CMP후 웨이퍼 유입B : 세정후 웨이퍼배출

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자의 CMP 세정방법은, CMP 하고자하는 막이 형성된 웨이퍼를 준비하는 단계; CMP 하고자하는 막을 CMP처리한후 CMP처리가 진행된 웨이퍼를 세정장비내에 유입시키는 단계; 및 상기 세정장비내의 제1브러시유니트내에 제타-포텐셜이 같아지도록하는 케미칼을 공급 하고, 제2브러시유니트에 NH₄OH를 공급한 상태에서 브러싱을 진행하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로한다.

또한, 본 발명에 따른 반도체소자의 CMP 세정방법은, 상기 제타-포텐셜이 같아지도록하는 캐미칼로는 DHF 및 HBF₄및 장벽금속에 대한 어택을 주지 않는 캐미칼중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로한다.

그리고, 상기 DHF 공급시의 농도는 200 : 1 내지 600 : 1 정도의 비율로 희석하여 사용하는 것을 특징으로한다.

더욱이, 상기 CMP 세정공정은 텅스텐 CMP 전세정공정을 포함하는 것을 특징으로한다.

또한, 상기 DHF 공급시에 발생하는 브러시성 파티클은 NH₄OH가 공급되는 제2브러시 유니트에서 제거되는 것을 특징으로하는 반도체소자의 CMP 세정방법.

그리고, 상기 NH₄OH의 농도는 0.5 ∼ 4 wt%인 것을 특징으로한다.

(실시예)

이하, 본 발명에 따른 반도체소자의 CMP 세정방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 CMP 전세정에 사용되는 세정장비의 개략적인 모습을 나타낸 도면로서, 제1브러시유니트에 DHF가 공급된 상태와 제2브러시유니트에 NH₄OH가 공급된 상태를 설명하기 위한 개략도이다.

도 2는 도 1에서의 제1브러시유니트에 DHF가 공급되었을 때 브러시와 DHF가 만나 생기는 파티클의 상태를 보여 주는 SEM 사진이다.

도 3의 (a)는 DHF를 사용하기 전, (b)는 DHF를 사용한 후의 텅스텐플러그에 남은 슬러리잔류물의 모습을 보여 주는 SEM 사진이다.

본 발명에 따른 세정장비(cleaner)(10)는, 도 1에 도시된 바와같이, 제1 브러시 유니트(13)와 제2 브러시유니트(15) 및 스핀린스드라이부(spin rinse dry)(17)로 구성되어 있다.

기존의 공정에서는 제1브러시유니트(13)에서는 NH₄OH, 제2브러시유니트(15)에서는 NH₄OH 또는 DHF를 사용한다.

본 발명은 DHF를 사용하고 그 후속으로 NH₄OH를 공급하면서 브러시 스크러빙을 진행하는 것을 기술적 원리로 한다. 즉, 장벽금속 공격에 대한 염려 때문에 사용하기를 꺼려 하는 DHF (diluted HF)를 NH₄OH와 함께 사용한다.

이때, DHF를 사용할때의 농도는 200 : 1 ∼ 600 : 1 정도의 비율로 희석하여 사용한다. DHF의 사용목적은, 산화막 표면(여기서는 연마제인 SiO₂)을 살짝 식각하여 플러그 표면과 쉽게 떨어지도록 하는 역할이기 보다는 연마제와 플러그 표면의 제타-포텐셜이 같아지도록 하여 슬러리연마제(slurry abrasive)가 텅스텐 플러그위에 남지 않도록 하기 위함이다.

또한, DHF를 사용할 때 농도가 낮아도 가능한 것은 DHF가, 일반적으로 공지된 바와같이, 산화막을 식각하는 성질을 이용하는 것이 아니라 DHF가 제공하는 분위기, 즉 제타 포텐셜(zeta-potential)이 텅스텐 플러그와 슬러리와 같아지도록 하는 성질을 이용하기 위한 목적때문에 농도가 낮아도 충분히 가능하다. 그리고, DHF 농도를 최대한 낮게 가져 가는 것은 장벽금속(barrier metal)에 대한 공격(attack)을 방지하기 위함이다.

한편, DHF 대신에 HBF₄등의 캐미칼을 사용해도 가능하다. 즉, 제타-포텐셜(zeta-potential)이 같아지도록 하는 캐미칼이고, 장벽금속에 대한 공격을 주지 않는 캐미칼이면 모두 사용가능하다. 특히, HBF₄의 경우 장벽금속에 대한 공격도 HF에 비해 덜한 것으로 알려져 있다.

그리고, NH₄OH를 사용할 때의 목적은 기타 파티클 (예를들어, 패드찌꺼기,슬러리 입자, 연마부산물 등)을 제거하기 위함이며, NH₄OH의 농도는 0.5 ∼ 4 wt% 정도면 적당하다.

또한, 캐미칼을 사용하여 세정공정을 진행할 때 캐미칼의 공급순서에 대해 설명하면, 먼저 CMP처리된 반도체웨이퍼(미도시)를 세정장비(10)내로 유입(A)시킨후 제1브러시유니트에 DHF를 공급하고 이어 제2브러시유니트에 NH₄OH를 공급하는 순으로 세정공정을 진행한후 반도체웨이퍼(미도시)를 스핀린스 드라이부(spin rinse dry)(17)를 거쳐 외부로 배출(B)한다.

이때, DHF의 경우 브러시와 만나는 과정에서 파티클을 발생시키는 경우가 있는데, 이처럼 브러시에서 발생되는 파티클의 사진이 도 2에 도시되어 있다. 이러한 문제는 기존과 같이 NH₄OH - DHF 순으로 진행하는 세정공정에서 발생하기 때문에 본 발명에서와 같이 DHF-NH₄OH 순으로 진행하면 NH₄OH를 이용한 브러시 스크러빙에 의해 제1 브러시 유니트에서 발생한 파티클이 제거된다.

한편, 본 발명에서는 텅스텐 CMP 전 세정공정뿐만 아니라 기타 다른 CMP공정에서도 적용이 가능한다. 특히, DHF를 쓰는 전 세정공정(post cleaning)에 적용가능하다.

상기에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 반도체소자의 텅스텐 CMP처리후 세정방법에 의하면, DHF나 HBF₄등의 캐미칼을 사용하므로써 플러그위와 슬러리잔류물의 제타 포텐셜이 같아져서 슬러리 잔류물이 플러그위로부터 잘 떨어져 나오게 된다.

즉, 도 3에 도시된 바와같이, DHF를 사용하기 전에 비해 DHF를 사용한 후에 텅스텐플러그위의 슬러그잔류물의 효과적으로 제거됨을 알 수 있다.

또한, DHF를 공급하고 이어 NH₄OH의 순으로 공급하므로써, 도 2에 도시된 바와같이, 브러시성 입자가 제2 브러시유니트에서 제거되는 효과가 있다.

그리고, 텅스텐플러그위의 슬러리잔류물이 완벽하게 제거되고, 브러시성 입자도 함께 제거되므로써 저항의 감소 및 수율향상 등의 효과가 있다.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (3)

1. CMP 하고자하는 막이 형성된 웨이퍼를 준비하는 단계;

   CMP 하고자하는 막을 CMP처리한후 CMP처리가 진행된 웨이퍼를 세정장비내에 유입시키는 단계; 및

   상기 세정장비내의 제1브러시유니트내에 제타-포텐셜이 같아지도록하는 케미칼을 공급하고, 제2브러시유니트에 NH₄OH를 공급한 상태에서 브러싱을 진행하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로하는 반도체소자의 CMP 세정방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제타-포텐셜이 같아지도록하는 캐미칼로는 DHF 및 HBF₄및 장벽금속에 대한 어택을 주지 않는 캐미칼중에서 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 CMP 세정방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 DHF 공급시의 농도는 200 : 1 내지 600 : 1 정도의 비율로 희석하여 사용하는 것을 특징으로하는 반도체소자의 CMP 세정방법.