KR20040044091A - 반도체 장치 세정액 및 이를 이용한 반도체 장치 세정방법 - Google Patents

반도체 장치 세정액 및 이를 이용한 반도체 장치 세정방법 Download PDF

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Abstract

반도체 장치 세정액 및 이를 이용한 반도체 장치의 세정방법이 개시되어 있다. 반도체 장치 세정액은 암모니아수, 상기 암모니아수 보다 높은 비율의 초산 및 상기 초산 보다 높은 비율의 탈이온수로 이루어진다. 상기 세정액을 이용한 반도체 장치의 세정방법은 금속 패턴이 노출된 반도체 기판에 암모니아수, 초산 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하여 세정액막을 형성하고 상기 세정액막에 메가소닉 에너지를 제공한다. 상기 메가소닉 에너지, 상기 메가소닉 에너지에 의한 세정액 내의 기포 파열 에너지 및 상기 세정액의 화학적 작용에 의해 금속 패턴이 노출된 반도체 기판을 세정한다.

Description

반도체 장치 세정액 및 이를 이용한 반도체 장치 세정방법{CLEANING SOLUTION FOR SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD OF CLEANING SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 반도체 장치 세정액 및 이를 이용한 반도체 장치 세정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 패턴이 노출된 반도체 장치 세정액 및 이를 이용한 반도체 장치 세정방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조공정은 다양한 종류의 물질을 사용하고, 여러 단계의 처리공정을 거쳐 패턴 및 배선을 형성하므로, 각 처리 단계 후에 후속의 공정에 오염을 방지하기 위해 반도체 웨이퍼 표면으로부터 불순물 입자 및 다른 오염물을 제거하는 것은 필수적이다.
종래에는 각 처리 단계 이후에 다수의 웨이퍼를 탈이온수(deionized water) 및 반응성 액체로 이루어진 세정 용액을 포함하는 용기 내에 장착하거나, 상기 세정 용액을 웨이퍼에 분사함으로써 반도체 웨이퍼가 세정되었다. 이때 세정 용액은 웨이퍼 표면을 적시어 세정하기에 충분한 양으로 공급된다. 예컨대, 세정 후, 웨이퍼는 고속 스피닝(spinning) 또는 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)로 표면 수를 치환함으로써 건조되며, 후속 처리시까지 청정 환경에 저장된다.
세정 방법은 단순히 세정 용액만을 이용하지 않고 불활성 기체의 버블링(bubbling), 자성 교반기(stirrers) 또는 소닉 에너지를 사용하거나, 이들 기술을 조합하는 방법 등에 의해 이루어진다. 그러한 습식 세정 처리에 있어서 웨이퍼 표면으로부터 입자를 제거하는 능력은 처리 온도, 웨이퍼 전처리, 세정 용액의 화학적 조성(composition) 및 소닉 에너지 파워 강도 등과 같은 많은 요인에 따라 달라지는 것으로 알려져 있다.
예컨대, 소닉 변환기는 세정 용기에 설치되고, 소닉 에너지는 세정 용기의 벽과 세정 용액을 통하여 웨이퍼로 통과된다. 이때, 소닉 에너지는 세정 용액 자체 내에서 형성되는 기포에 의한 세정을 촉진시킨다. 즉, 상기 세정 용액 내에서 형성된 기포를 소닉 에너지에 의해 파열시켜 상기 파열 압력 및 온도에 의해 웨이퍼 상의 불순물 입자를 물리적으로 제거하여 세정력을 증가시킨다.
현재 널리 사용되고 있는 반응성 세정 액체로는 염산(HCl), 암모니아수(NH4OH) 및 과산화수소수(H2O2)등을 들 수 있다. 일본 공개특허 소60-07233에 염산, 암모니아수수 및 과산화수소수를 포함하는 세정액에 의한 세정방법이 개시되어 있다. 염산은 알루미늄, 마그네슘, 철, 약알칼리 이온을 제거하고 용액으로부터 치환 재도금을 방지하는데 효과적이다. 따라서, 상기 염산을 포함하는 세정 용액은 금속 패턴이 노출된 반도체 소자의 세정 단계에 적용하는 것을 불가능하다. 과산화수소수는 분해된 과산화수소로부터 용해된 산소를 제공하여 기포를 발생시켜 물리적 세정을 촉진시킨다. 그러나 상기 과산화수소수는 알루미늄과 같은 금속 자체를 제거하게 된다. 반응성 액체로서 사용되는 암모니아수는 카드뮴, 코발트, 구리, 수은, 니켈, 은과 같은 중금속과 함께 아미노 복합체(amino complexes)를 형성함으로써 이러한 종류의 중금속들을 효과적으로 제거한다. 상기 암모니아수를 포함한 세정 용액에 의한 세정방법은 대한민국 공개특허 특2001-0056346에도 개시되어 있다.
그러나, 상기 세정 용액에 의한 세정방법은 입자 제거력이 우수한 반면, 노출된 미세한 금속 배선에 부식(corrosion)을 초래한다. 따라서, 반도체 소자의 저항을 증가시키거나, 소자의 배선 자체를 제거하여 소자로서의 기능을 수행하지 못한다.
그러나, 알루미늄과 같은 금속 배선이 노출되었을 때, 부식을 방지하기 위해 탈이온수만으로 물리적으로 세정을 하게되면, 폴리머 및 금속 등과 같은 불순물 입자들은 탈이온수를 이용한 세정만으로는 제거하는 것이 불가능하다. 따라서, 화학적인 반응을 수반하여야 하지만, 불순물 입자를 제거하기 위해 상기와 같은 반응성 액체를 사용하게 되면, 상기 부식의 문제가 발생하여 월등한 세정력에도 불구하고 금속 배선이 노출된 단계의 세정에는 적용할 수 없다.
뿐만 아니라, 형성되는 기포가 과도하여 소닉 에너지에 의해 기포가 파단되면 상기 파단 압력 및 온도에 의해 미세 패턴이 끊어지는 현상이 발생한다.
예컨대, 세정 용액 내에는 분해된 과산화 수소로부터 용해된 산소와, 탈이온수에 존재하는 다른 기체를 구비할 수 있다. 상기 세정 용액 내의 탈이온수의 기체 함유량은 세정 용액 전체 기체 농도를 좌우한다. 세정 용액에 용해된 각각의 기체의 양은 용액에 용해된 각각의 기체의 양에 의해 결정되는 전체 기체 포화도에 더해진다. 온도와 압력이 또한 용액에 용해될 수 있는 기체의 양에 영향을 미친다.
따라서, 노출된 패턴에 손상을 주지 않기 위해 탈이온수만을 사용하고 세정력을 증가시키기 위해 온도를 높이면 용해될 수 있는 기체의 양이 감소될 것이며 따라서 용해된 기체 중 일부가 기포를 통해 방출될 것이다.
즉, 웨이퍼 세정 용액에 열을 가하여 과도하게 기체가 발생하는 경우에는 상기 기체에 의한 기포의 파열에 의해 미세한 금속 패턴에 결함을 발생시키고, 일반적인 반응성 세정 액체를 사용한 세정 용액은 노출된 금속 패턴을 부식시키게 된다.
따라서, 본 발명의 제1목적은 금속 패턴에 부식 등의 손상을 방지할 수 있는 반도체 장치 세정액을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2목적은 미세한 금속 패턴에 손상을 주지 않고 안정적으로 세정할 수 있는 반도체 장치의 세정방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3목적은 미세한 금속 패턴이 노출된 반도체 장치를 용이하게 세정할 수 있는 반도체 장치의 세정방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세정액을 사용하여 금속 패턴이 형성되어 노출된 반도체 장치를 세정하기 위한 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 세정액을 사용하여 금속 패턴이 형성되어 노출된 반도체 장치를 세정하기 위한 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
상기 제1목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 암모니아수, 상기 암모니아수 보다 높은 비율의 초산 및 상기 초산 보다 높은 비율의 탈이온수로 이루어지는 반도체 장치 세정액을 제공한다.
상기 제2목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 금속 패턴이 노출된 반도체 기판에 암모니아수, 초산 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하여 세정액막을 형성하는 단계, 상기 세정액막에 메가소닉 에너지를 제공하는 단계 및 상기 메가소닉 에너지, 상기 메가소닉 에너지에 의한 세정액 내의 기포 파열 에너지 및 상기 세정액의 화학적 작용에 의해 금속 패턴이 노출된 반도체 기판을 세정하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 세정방법을 제공한다.
상기 제3목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 금속 패턴이 노출된 반도체 기판을 암모니아수, 초산 및 탈이온수로 이루어지는 세정액에 침지하는 단계, 상기 세정액에 메가소닉 에너지를 제공하는 단계 및 상기 메가소닉 에너지, 상기 메가소닉 에너지에 의한 세정액 내의 기포 파열 에너지 및 상기 세정액의 화학적 작용에 의해 금속 패턴이 노출된 반도체 기판을 세정하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 세정방법을 제공한다.
이와 같이, 암모니아수, 초산 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하고 메가소닉 에너지를 제공하여 미세한 금속 패턴에 부식등의 손상을 가하지 않고 안정적으로 제거할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
알루미늄과 같은 금속으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 소자의 세정액에 있어서, 암모니아수, 초산 및 탈이온수로 이루어지는 세정액은 암모니아수를 기준으로 할 때, 상기 암모니아수 보다 높은 비율로 초산을 포함하고, 상기 초산 보다 높은 비율로 탈이온수를 포함한다.
상기 세정액을 구성하고 있는 물질의 비율에 있어서, 초산보다 암모니아수가 과량 함유된 경우에는 노출된 금속 패턴에 부식이 발생하고, 상기 암모니아수보다 초산이 약 100배를 초과하여 포함되어 있으면 불순물 입자 제거력이 저하되었다. 또한, 상기 암모니아수보다 탈이온수를 약 1000배 미만으로 혼합하면 금속 패턴에 부식이 발생하고 상기 암모니아수 보다 탈이온수를 약 100000배 초과하여 혼합하게 되면 불순물 입자 제거력이 저하될 뿐 아니라, 불필요하게 세정액의 부피가 증가되거나, 제어할 수 없을 정도로 암모니아수 및 초산을 혼합하여야 하므로 공정상으로 번거로움을 초래하게 된다. 따라서, 세정액은 암모니아수:초산:탈이온수를 약 1:1 내지 100:1000 내지 100000의 비율로 혼합한다.
상기 세정액의 산도가 약 7로 중성일 때에는 세정액으로서 탈이온수의 세정력과 차별성이 없고, 약 pH 7을 초과하여 염기성을 나타낼 때에는 노출된 금속 패턴을 부식시킨다. 따라서, 상기 세정액의 산도는 약 pH 6.5 이하로 한다.
상기 세정액을 사용한 반도체 장치의 세정방법에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 세정액을 사용하여 금속 패턴이 형성되어 노출된 반도체 장치를 세정하기 위한 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 1을 참조하면, 금속 패턴이 노출된 반도체 기판에 암모니아수, 초산 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하여 세정액막을 형성한다.(S100) 상기 세정액은 낮은 압력으로 분사되어 반도체 기판에 제공된다. 상기 세정액은 공정이 진행되는 동안 계속적으로 진행되어 반도체 기판 상에 세정액막이 일정하게 존재하도록 유지한다.
상기 세정액막에 메가소닉 에너지를 제공한다.(S120) 상기 메가소닉 에너지는 메가소닉 바에 의해 전해지며, 상기 메가소닉 바는 세정액막이 형성되기 전 또는 후에 상기 반도체 기판 상에 제공된다. 상기 메가소닉 바는 반도체 기판의 반지름과 같거나 조금 길다. 따라서, 반도체 기판을 회전시키면서 동시에 메가소닉 에너지를 인가하여 반도체 기판 전체에 대해 에너지를 전달할 수 있다.
상기 메가소닉 에너지가 세정액막에 제공되면 상기 세정액을 이루고 있는 물질들은 메가소닉에 의해 제공된 파동에 의해 세정액 내부에 존재하는 기포가 파열되고, 상기 파열 에너지 및 상기 세정액 자체의 화학적 작용에 의해 기판 상에 존재하는 불순물 입자를 제거하여 반도체 기판을 세정한다.(S140)
상기 세정액막 형성과정에 대해 자세히 설명하고자 한다.
상기 세정액은 상기 기판의 상부로부터 분사에 의해 연속적으로 공급된다. 바람직하게는, 상기 세정액은 기판 상부의 중앙에서부터 공급된다. 상기 반도체 기판은 세정액이 공급되는 동시에 회전하거나, 세정액을 공급하여 반도체 기판을 충분히 적신 후에 회전하여 전체 반도체 기판 상에 세정액막을 균일하게 형성한다. 이때, 상기 반도체 기판은 약 8 내지 50 rpm의 낮은 속도로 회전하여 세정액막이반도체 기판 상에 약 0.7 내지 2.7 mm로 형성되어 기판 세정에 충분히 기여할 수 있도록한다. 불순물 입자가 제거되면, 세정액 대신 탈이온수로 린스한 후 건조하여 마무리한다.
상기 세정액막 내에서의 물리적 화학적 세정과정을 자세히 설명한다.
반도체 기판을 회전시켜 균일하게 세정액막을 반도체 기판 상에 형성하고, 메가소닉 에너지를 제공하면, 상기 세정액을 이루고 있는 암모니아수 및 초산의 화학적 반응에 의해 상기 반도체 기판 상에 존재하는 폴리머 및 불순물 입자들을 반도체 기판으로부터 제고한다. 또한, 상기 세정액 내에서 포화되어 생성된 암모니아수 기체는 메가소닉 에너지에 의해 파열되어 상기 파열 압력 및 온도에 의해 물리적으로 반도체 가판 상에 존재하는 불순물 입자를 제거하게 된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 세정액을 사용하여 금속 패턴이 형성되어 노출된 반도체 장치를 세정하기 위한 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 2를 참조하면, 금속 패턴이 노출된 반도체 기판을 암모니아수, 초산 및 탈이온수로 이루어지는 세정액에 침지시킨다.(S200) 상기 세정액은 반도체 기판이 충분히 잠길 수 있을 정도의 용기에 보관되며 상기 세정액은 반도체 기판 전체에 제공된다.
상기 세정액에 메가소닉 에너지를 제공한다.(S220) 상기 세정액이 담긴 용기 전체는 메가소닉 에너지를 전달할 수 있는 매개체로서 외부로부터 파워를 인가하여 상기 용기 전체로 메가소닉 에너지를 제공한다.
상기 메가소닉 에너지에 의해 생성된 파동은 상기 세정액을 이루고 있는 물질의 기포를 파열시킨다. 또한, 상기 세정액을 이루고 있는 물질은 반도체 기판 상에 존재하는 불순물 입자와 화학적으로 반응한다. 따라서, 상기 다중적인 작용에 의해 금속 패턴이 노출된 반도체 기판을 세정한다.(S240)
이하, 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.
실시예 1
암모니아수, 초산 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 암모니아수:초산:탈이온수의 비율은 약 1:2:2000이다. 상기 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
실시예 2
암모니아수, 초산 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 암모니아수:초산:탈이온수의 비율은 약 1:2:4000이다. 상기 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
실시예 3
암모니아수, 초산 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 암모니아수:초산:탈이온수의 비율은 약 1:1:1000이다. 상기 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
실시예 4
암모니아수, 초산 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 암모니아수:초산:탈이온수의 비율은 약 1:2:1000이다. 상기 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
실시예 5
암모니아수, 초산 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 암모니아수:초산:탈이온수의 비율은 약 1:3:1000이다. 상기 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
비교예 1
암모니아수 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 암모니아수:탈이온수의 비율은 약 1:8000이다. 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
비교예 2
암모니아수 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 암모니아수:탈이온수의 비율은 약 1:4000이다. 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
비교예 3
암모니아수 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 암모니아수:탈이온수의 비율은 약 1:2000이다. 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
비교예 4
암모니아수 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 암모니아수:탈이온수의 비율은 약 1:1000이다. 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
비교예 5
암모니아수 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 암모니아수:탈이온수의 비율은 약 1:250이다. 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
비교예 6
암모니아수 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 암모니아수:탈이온수의 비율은 약 1:125이다. 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
비교예 7
황산 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 황산:탈이온수의 비율은 약 1:2000이다. 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
비교예 8
황산 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 황산:탈이온수의 비율은 약 1:1000이다. 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 30초간 제공되었다.
비교예 9
황산 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 황산:탈이온수의 비율은 약 1:500이다. 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
비교예 10
황산 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 황산:탈이온수의 비율은 약 1:250이다. 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
비교예 11
이소프로필알콜(IPA) 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 이소프로필알콜:탈이온수의 비율은 약 1:1000이다. 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
비교예 12
초산 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 상기 세정액의 초산:탈이온수의 비율은 약 1:1000이다. 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
비교예 13
탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 상온에서 30초간 제공되었다.
비교예 14
탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하였다. 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 기판을 약 20rpm으로 회전시키면서 상기 반도체 기판 상에 상기 세정액을 제공하였다. 상기 세정액은 약 2mm의 두께로 형성되며 65℃에서 30초간 제공되었다. 또한, 5psi의 압력으로 공기가 강제 주입되었다.
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 6에서 제공된 암모니아수는 30중량% 암모니아수 원액으로써 상업적으로 이용 가능하다.
상기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 14는 반도체 기판 상에 통상의 사진 식각 공정에 의해 알루미늄으로 이루어진 약 0.12um의 폭을 갖는 금속 패턴을 형성한 샘플에 대해 시행되었다. 각각의 샘플은 알루미늄 금속 패턴을 동일한 공정으로 형성하고 불순물 입자의 분포 상태를 검사한 후, 상기 실시예 및 비교예를 시행한 후, 불순물 입자의 분포 상태를 다시 검사하였다.
세정액의 종류에 따른 불순물 입자 제거능력 시험 평가
포토레지스트 종류 10W 30W 50W 100W
실시예 1 -
실시예 2 -
실시예 3 -
실시예 4 -
실시예 5 -
비교예 1 -
비교예 2 -
비교예 3 -
비교예 4 -
비교예 5 -
비교예 6 -
비교예 7 -
비교예 8 -
비교예 9 -
비교예 10 -
비교예 11 - - -
비교예 12 - - -
비교예 13 X - X X
비교예 14
* 범례 : ○ 좋음, △ 보통, X 나쁨, - 평가하지 않음.
○ : 세정 공정 전에 반도체 기판 상에 존재하던 불순물 입자가 세정 공정 후에 약 70%이상 제거된 상태
△ : 세정 공정 전에 반도체 기판 상에 존재하던 불순물 입자가 세정 공정 후에 약 50%미만으로 제거된 상태
X : 세정 공정 전에 반도체 기판 상에 존재하던 불순물 입자가 세정 공정 후에 약 20%미만으로 제거된 상태
* 상기 10W, 30W, 50W 및 100W는 각 세정 공정 중에 인가된 메가소닉 에너지의 파워를 나타낸다.
상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 5의 세정액 뿐만 아니라 비교예 1 내지 10의 세정액 또한 양호한 세정 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
그러나, 비교예 11 및 12는 세정 후에도 반도체 기판 상에 불순물 입자가 약 50% 이상 잔류하여 세정 특성이 좋지 않았다.
비교예 13은 세정 후에도 반도체 기판 상에 불순물 입자가 약 80% 이상으로 잔류하여 대부분 세정되지 않는 것으로 나타나 세정액으로서의 역할을 제대로 수행하지 못하는 것으로 나타났다.
그러나, 비교예 14는 메가소닉 에너지가 약 100W 일때는 불순물 입자가 세정되는 것으로 나타났으나, 대체적으로 세정 후에도 반도체 기판 상에 불순물 입자가 약 50% 이상 잔류하여 세정 특성이 좋지 않았다.
세정액의 종류에 따른 금속 패턴 부식 발생 시험 평가
포토레지스트 종류 10W 30W 50W 100W
실시예 1 X - X X
실시예 2 X - X X
실시예 3 X - X X
실시예 4 X - X X
실시예 5 X - X X
비교예 1 -
비교예 2 -
비교예 3 -
비교예 4 -
비교예 5 -
비교예 6 -
비교예 7 X - X X
비교예 8 X - X X
비교예 9 X - X X
비교예 10 X - X X
비교예 11 - - - -
비교예 12 X - X X
비교예 13 X - X X
비교예 14
* 범례 : ○ 다량발생, △ 발생, X 없슴, - 평가하지 않음.
○ : 세정 공정 후에 반도체 기판 상에 존재하는 알루미늄 패턴에 부식이 다량 발생한 상태
△ : 세정 공정 후에 반도체 기판 상에 존재하는 알루미늄 패턴에 부식이 소량이지만 발생한 상태
X : 세정 공정 후에 반도체 기판 상에 존재하는 알루미늄 패턴에 부식이 발생하지 않은 상태
* 상기 10W, 30W, 50W 및 100W는 각 세정 공정 중에 인가된 메가소닉 에너지의 파워를 나타낸다.
실시예 1 내지 5 및 비교예 7 내지 10은 세정 후에 반도체 기판 상에 존재하는 알루미늄 패턴에 부식이 발생하지 않아 세정 특성이 양호한 것으로 나타났다.
반면, 비교예 1 내지 6은 세정 후에 반도체 기판 상에 존재하는 알루미늄 패턴에 부식이 다량 발생하여 세정 특성이 매우 불량한 것으로 나타났다.
실시예 12 내지 13은 부식에 대한 특성은 양호한 것으로 나타났으며, 실시예 14는 부식의 정도가 심하지는 않으나, 알루미늄 패턴에 부식을 발생시켜 세정액으로서 부적당한 것으로 나타났다.
세정액의 종류에 따른 패턴 손상 발생 시험 평가
포토레지스트 종류 10W 30W 50W 100W
실시예 1 X -
실시예 2 X -
실시예 3 X -
실시예 4 X -
실시예 5 X -
비교예 1 X -
비교예 2 X -
비교예 3 X -
비교예 4 X -
비교예 5 X -
비교예 6 X -
비교예 7 X -
비교예 8 X -
비교예 9 X -
비교예 10 X -
비교예 11 - - - -
비교예 12 X -
비교예 13 X -
비교예 14 X
* 범례 : ○ 다량발생, X 없슴, - 평가하지 않음.
○ : 세정 공정 후에 반도체 기판 상에 존재하는 패턴이 끊어지거나 갈라지는 것과 같이 손상되는 부분이 다량 발생한 상태
X : 세정 공정 후에 반도체 기판 상에 존재하는 패턴이 끊어지거나 갈라지는 것과 같이 손상되는 부분이 없이 초기 상태를 그대로 유지하는 양호한 상태
* 상기 10W, 30W, 50W 및 100W는 각 세정 공정 중에 인가된 메가소닉 에너지의 파워를 나타낸다.
실시예 1 내지 비교예 14의 모든 세정액에 대해 메가소닉 에너지가 일정 파워를 넘기게 되면 기판에 존재하는 패턴에 금이 가거나 완전히 끊어지는 현상이 발생하였다. 특히, 비교예 14와 같이 부가적으로 공기를 주입하게 되면, 과도한 힘에 의해 패턴에 심한 손상을 초래하게 된다. 따라서, 메가소닉 에너지는 약 20W 이하로 유지하여야 하며, 바람직하게는 약 10W에서 세정을 시행한다.
표 1을 참조하면, 암모니아수, 초산 및 탈이온수로 이루어진 본 발명의 세정액을 사용한 실시예 1 내지 5 및 암모니아수 또는 황산으로 이루어진 비교예 1 내지 10의 세정액은 불순물 입자의 제거능력이 거의 대등한 것으로 나타났다. 그러나, 표 2를 참조하면, 암모니아수 및 탈이온수로 이루어진 비교예 1 내지 6의 세정액은 알루미늄 패턴에 부식을 발생시켜 적합하지 않는 것으로 나타났다. 상기 결과에 의하면, 황산 및 탈이온수로 이루어진 비교예 7 내지 10의 세정액 또한 양호한 특성을 보이고 있느나, 상기 비교예 7 내지 10의 세정액은 세정 후, 기판 표면에 물반점 등을 유발하여 부가적인 처리작업을 요하거나, 불량으로 잔류하게 된다. 따라서, 세정액으로는 부적당하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 암모니아수, 초산 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 이용하고 메가소닉 에너지를 약 10W로 제공하여 알루미늄으로 이루어진 패턴이 노출된 반도체 장치를 세정한다.
이와 같이, 세정력은 뛰어나지만, 알루미늄에 부식을 발생시켰던 암모니아수에 초산 및 탈이온수를 혼합하여 희석함으로써, 부식은 방지하면서도 양호한 세정력은 유지할 수 있다. 또한, 상기 세정액의 화학작용에 상기 메가소닉 에너지의 물리적 작용을 부가하여 세정력을 향상시킬 수 있다.
상기 세정액을 이루고 있는 물질은 저렴하며 손쉽게 구할 수 있는 물질로서 희석하여 사용함으로서 반도체 소자의 원가절감을 유발할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 암모니아수, 상기 암모니아수 보다 높은 비율의 초산 및 상기 초산 보다 높은 비율의 탈이온수로 이루어지는 반도체 장치 세정액.
  2. 제1항에 있어서, 상기 암모니아수:초산:탈이온수는 1:1 내지 100:1000 내지 100000의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 세정액.
  3. 제2항에 있어서, 상기 암모니아수:초산:탈이온수는 6.5 이하의 산도를 나타내는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 세정액.
  4. 금속 패턴이 노출된 반도체 기판에 암모니아수, 초산 및 탈이온수로 이루어진 세정액을 제공하여 세정액막을 형성하는 단계;
    상기 세정액막에 메가소닉 에너지를 제공하는 단계; 및
    상기 메가소닉 에너지, 상기 메가소닉 에너지에 의한 세정액 내의 기포 파열 에너지 및 상기 세정액의 화학적 작용에 의해 금속 패턴이 노출된 반도체 기판을 세정하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 세정방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 세정액은 상기 기판의 상부로부터 분사에 의해 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 세정액을 이루고 있는 초산은 암모니아수 보다 높은 비율이고, 탈이온수는 초산 보다 높은 비율로 혼합되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 암모니아수:초산:탈이온수는 1:1 내지 100:1000 내지 100000의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 반도체 기판을 회전시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기판은 8 내지 50 rpm으로 회전하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정방법.
  10. 제4항에 있어서, 상기 금속 패턴은 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정방법.
  11. 제4항에 있어서, 상기 세정액막은 0.7 내지 2.7 mm로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정방법.
  12. 제4항에 있어서, 탈이온수로 린스하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정방법.
  13. 금속 패턴이 노출된 반도체 기판을 암모니아수, 초산 및 탈이온수로 이루어지는 세정액에 침지하는 단계;
    상기 세정액에 메가소닉 에너지를 제공하는 단계; 및
    상기 메가소닉 에너지, 상기 메가소닉 에너지에 의한 세정액 내의 기포 파열 에너지 및 상기 세정액의 화학적 작용에 의해 금속 패턴이 노출된 반도체 기판을 세정하는 단계를 포함하는 반도체 장치의 세정방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 암모니아수:초산:탈이온수는 1:1 내지 100:1000 내지 100000의 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정방법.
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