KR20040007876A - 반도체 소자 제조공정에서의 세정액 및 이를 이용한세정방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CMP 공정후 이용되는 반도체 소자의 세정액 및 세정방법으로, NH4OH, H2O2및 H2O를 혼합한 SC-1 용액 및 슬러리 입자가 표면에 흡착되는 것을 방지하기 위해 계면활성제를 포함하여 이루어진다.
이러한 세정액을 통해서, CMP 공정후, 잔류한 슬러리를 표면으로부터 완전히 제거하는 등 세정 능력을 향상시켜 소자의 수율향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조공정에서의 세정액 및 세정방법에 관한 것으로, 특히, CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정후, 슬러리 입자들과 표면의 응집력을 완화시키기 위하여 계면활성제를 첨가하는 세정액 및 그 세정방법에 관한 것이다.
반도체소자의 집적도가 증가할수록 다층 배선의 필요성은 더욱 증가하고 있고, 이러한 다층배선을 형성함에 있어서 하부층의 배선과 상부층의 배선을 절연시키기 위한 층간 절연층을 증착한 후 이 층간 절연층을 평탄화(Planarization)하기 위한 공정이 진행된다. 평탄화 방법으로는 붕소와 인이 도우프된 BPSG(Borophosphosilicate Glass) 리플로우(reflow) 방법, SOG(Spin On Glass)에치백(etch-back) 방법, 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP)방법 등이 있다.
그 중에서 특히 CMP 공정이 많이 이용된다. CMP 방법은 단차를 가진 반도체 기판을 연마패드 위에 밀착시킨 후 연마제를 이용하여 반도체 기판을 연마함으로서평탄화하는 방법으로서 낮은 온도에서 전체적인 평탄화를 실시할 수 있다는 장점을 가지고 있어 최근의 고집적 메모리 소자의 평탄화 방법으로 주목받고 있다.
CMP 공정에서의 연마 대상으로는 산화막(SiO2), 폴리실리콘, 금속 등 여러 종류가 있고, 연마제로는 화학적 식각 성분인염기성 또는 산성 용액과 에칭 성분인 알루미나 또는 실리카를 혼합한 물질을 사용한다. 기본적으로 산화막 계열과 금속막 계열은 같은 시퀀스(sequence) 및 같은 장비로 CMP 공정이 진행되는데, 그 사용되는 슬러리(slurry)는 각각 다르다.
산화막 CMP 공정에서의 연마제로는 KOH와 같은 알칼리성 용액에 콜로이달 실리카(colloidal silica) 등을 분산시킨 슬러리를 사용하고, 금속 CMP 공정에서의 연마제로는 KIO3, AlO3 등의 슬러리를 사용한다.
한편, CMP 공정후 세정공정으로는 NH4OH, H2O2및 H2O를 조합한 SC-1 용액을 사용하고 있다. 그러나, 이 경우, 웨이퍼에서 슬러리입자, 예를 들어 실리카 입자를 완전히 제거하는데 많은 어려움이 있었다. 슬러리 입자는 통상적으로 양극성을 띠고, CMP 대상막은 음극성을 나타내는 경우, 강한 응집력을 가지기 때문이다.
따라서, 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 목적은 CMP 공정후, 잔류한 슬러리를 표면으로부터 완전히 제거하는 등 세정 능력을 향상시켜 소자의 수율향상을 도모하는 것이다.
도 1(a) CMP 공정후 세정을 실시할 표면상에 슬러리 입자들이 흡착되어 있는 상황을 도시한 그림이다.
도 1(b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 세정공정후, 슬러리 입자들이 표면과 격리된 상황을 도시한 그림이다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일태양은 CMP 공정후 이용되는 반도체 소자의 세정액에 있어서, NH4OH, H2O2및 H2O를 혼합한 SC-1 용액 및 슬러리 입자가 표면에 흡착되는 것을 방지하기 위해 계면활성제를 포함하여 이루어진 반도체 소자의 세정액을 제공한다.
본 발명의 다른 태양은 연마대상층을 CMP하는 단계, 연마대상층 상부에 NH4OH, H2O2및 H2O를 혼합한 SC-1 용액 및 계면활성제를 이용하여 세정하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 세정방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 계면활성제는 H2O 용액의 1 내지 5 wt%이며, H2O:HF가 100:1 내지 200:1의 비율로 혼합된 불화수소산(DHF) 및 H2O:NH4OH가 50:1 내지 33:1의 비율로 혼합된 NH4OH 용액을 더 포함할 수 있으며, 계면활성제는 폴리에틸렌글로콜이다.
이하, 본 발명의 일실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전 하도록 하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
먼저, 하부층 상에 연마 대상층을 형성하고 이를 통상의 화학기계 연마공정을 통해서 연마를 수행한다.
연마대상층은 금속막, 질화막, 특별히 한정되지 않고 다양하게 가능하며, 예를 들어, 실리콘 산화막(SiO2), 텅스텐(W), 실리콘 질화막(Si3N4) 알루미늄 산화막(Al2O3) 등을 사용할 수 있다. 바람직하게는, HDP 산화막, HLD 산화막, BPSG, PETEOS막이다.
연마 공정후, SC-1 용액(Standard Cleaning-1 용액; NH4OH, H2O2및 H2O가 혼합된 용액)에 계면활성제를 첨가한다. 계면활성제는 비전해 계면활성제, 양이온 계면활성제 또는 음이온 계면활성제를 사용할 수 있고, 바람직하게는, 계면활성제로 폴리에틸렌글로콜을 사용할 수 있다. 바람직하게는, 계면활성제의 투여양은 H2O 용액의 1 내지 5 wt%이다. 또한, H2O:HF가 100:1 내지 200:1의 비율로 혼합된 불화수소산(DHF) 및 H2O:NH4OH가 50:1 내지 33:1의 비율로 혼합된 NH4OH 용액을 추가하여 세정을 진행할 수도 있다.
세정공정시, 온도는 상온으로, 15 내지 20 ℃이다. 세정공정 방식은 배쓰(bath)세정으로 침지형 방식, 브러쉬 스크러빙(brush scrubbing)방식 등이 가능하다.
도 1a는 CMP 공정후 세정을 실시할 표면상에 슬러리 입자들이 흡착되어 있는 상황을 도시한 그림이다.
그 후, 상술한 바와 같은 세정공정의 실시에 의하여, 계면활성제 입자들이 슬러리 입자들을 에워싸고 있어 슬러리가 표면에 재흡착되는 현상을 방지할 수 있게 된다. 특히, 실리콘 산화막(SiO2), 텅스텐(W), 실리콘 질화막(Si3N4) 알루미늄 산화막(Al2O3) 등은 모두 염기성 분위기에서 음의 제타 포텐셜(Zeta potential)을 가지므로 계면활성제의 단부를 역시 같은 부호의 제타 포텐셜(Zeta potential)을 갖는 기를 사용함으로써 더욱 우수한 효과를 가져올 수 있다.
이와 같은 세정공정을 통해서, 슬러리 입자가 표면으로부터 격리되어 있는 상황은 도 1b에 도시한 바와 같다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 구성을 통하여, CMP 공정후, 잔류한 슬러리를 표면으로부터 완전히 제거하는 등 세정 능력을 향상시켜 소자의 수율향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.
Claims (9)
- CMP 공정후 이용되는 반도체 소자의 세정액에 있어서,NH4OH, H2O2및 H2O를 혼합한 SC-1 용액; 및슬러리 입자가 표면에 흡착되는 것을 방지하기 위해 계면활성제를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 세정액.
- 제 1 항에 있어서,상기 계면활성제는 H2O 용액의 1 내지 5 wt%인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 세정액.
- 제 1 항에 있어서.H2O:HF가 100:1 내지 200:1의 비율로 혼합된 불화수소산(DHF) 및 H2O:NH4OH가 50:1 내지 33:1의 비율로 혼합된 NH4OH 용액을 더 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 세정액.
- 제 1 항에 있어서,상기 계면활성제는 폴리에틸렌글로콜인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 세정액.
- 반도체 소자의 세정방법에 있어서,연마대상층을 CMP하는 단계;상기 연마대상층 상부에 NH4OH, H2O2및 H2O를 혼합한 SC-1 용액 및 계면활성제를 이용하여 세정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 세정방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 연마대상층은 실리콘 산화막(SiO2), 텅스텐(W), 실리콘 질화막(Si3N4) 또는 알루미늄 산화막(Al2O3)인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 세정방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 계면활성제는 H2O 용액의 1 내지 5 wt%인 것을 특징으로 하는 반도체소자의 세정 방법.
- 제 5 항에 있어서.H2O:HF가 100:1 내지 200:1의 비율로 혼합된 불화수소산(DHF) 및 H2O:NH4OH가 50:1 내지 33:1의 비율로 혼합된 NH4OH 용액으로 세정하는 단계를 더 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 세정액.
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