KR20050059702A - Method for removing defect in fabricating semiconductor device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체소자 제조공정시의 결함 제거방법을 개시한다. 개시된 발명은, 메탈층을 패터닝하여 감광막패턴을 제거한후 무기성 케미칼을 이용하여 반도체웨이퍼표면에 있는 유기물을 제거하고 이어 반도체웨이퍼를 DI 린스 및 건조시키는 단계를 포함하여 구성된다. The present invention discloses a method for removing defects in a semiconductor device manufacturing process. The disclosed invention comprises the steps of patterning a metal layer to remove a photoresist pattern, followed by removal of organic matter on the surface of the semiconductor wafer using inorganic chemicals, followed by DI rinsing and drying of the semiconductor wafer.

Description

반도체소자 제조공정시 결함 제거방법{Method for removing defect in fabricating semiconductor device} Method for removing defect in fabricating semiconductor device

본 발명은 반도체소자 제조공정시의 결함 제거방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체공정에서 메탈층 도입으로 인한 식각후 세정을 무기성 케미칼을 위주로 하는 약품을 사용하여 메탈손상을 최소화하면서 폴리머를 효과적으로 제거하기 위해 적용하는 반도체소자 제조공정시의 결함 제거방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for removing defects in a semiconductor device manufacturing process, and more particularly, to effectively clean a polymer while minimizing metal damage by using a chemical-based chemical agent for cleaning after etching due to introduction of a metal layer in a semiconductor process. The present invention relates to a method for removing defects in a semiconductor device manufacturing process applied for removal.

고집적화되어 가는 반도체공정에서 텅스텐, 알루미늄 등의 메탈필름이 도입되므로써 기존의 황산, 암모니아, 염산 위주의 반도체 전공정에서 사용하던 식각후 세정용액을 사용할 수가 없었다.Since the introduction of metal films such as tungsten and aluminum in the highly integrated semiconductor process, it was impossible to use the post-etching cleaning solution used in the conventional semiconductor preprocessing mainly for sulfuric acid, ammonia and hydrochloric acid.

그래서, 도 1에서와 같이, 기존에는 유기성 세정케미칼을 주로 사용하여 메탈층의 폴리머를 제거하고 아울러 메탈층의 손실을 방지하는 방법이 제안되었는데 이러한 기술에 대해 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다. Thus, as shown in FIG. 1, a method of removing the polymer of the metal layer and preventing the loss of the metal layer by using organic cleaning chemicals has been proposed. This technique will be described below with reference to FIG. 1. .

도 1은 종래기술에 따른 반도체소자 제조공정시의 공정순서도이다.1 is a process flowchart during a semiconductor device manufacturing process according to the prior art.

종래기술에 따른 반도체소자의 제조공정은, 도 1에 도시된 바와같이, 먼저 하부기판상에 메탈을 증착하고 이어 메탈층을 포토마스크를 이용한 식각공정을 통해 선택적으로 식각한다.In the manufacturing process of a semiconductor device according to the prior art, as shown in FIG. 1, first, a metal is deposited on a lower substrate, and then the metal layer is selectively etched through an etching process using a photomask.

그다음, 상기 포토마스크를 제거한후 습식조(wet bath)에서 다수의 반도체웨이퍼를 담근 상태에서 유기물 제거공정을 수행하는데, 이 유기물 제거공정은 먼저 유기용제 케미칼을 이용하여 세정공정을 진행한후 IPA 린스공정을 실시하여 유기용제를 제거하고 이어 QDR방식(quick dump rince method)에 의해 DI 린스공정을 진행한 다음 IPA 건조공정을 진행하여 유기물 제거공정을 완료한다.Then, after removing the photomask, the organic material removal process is performed while a plurality of semiconductor wafers are immersed in a wet bath. The organic material removal process is first performed using a organic solvent chemical and then rinsed with IPA. The organic solvent is removed by the process, followed by the DI rinse process by the QDR method (quick dump rince method), followed by the IPA drying process to complete the organic matter removal process.

그러나, 상기 유기성 세정케미칼의 구성성분을 살펴 보면 아민 계열의 케미칼을 사용하므로써 여러 가지 문제를 안고 있는 실정이다.However, looking at the constituents of the organic cleaning chemicals, there are various problems by using amine-based chemicals.

이러한 아민 계열의 메탈세정액은 1갤론당 40 달러 이상이며, 세정온도가 70℃ 이상에서 진행되며, 세정시간도 15분에서 30분정도여서 공정효율의 증대측면에서 유리하지 못하다.The amine-based metal cleaning solution is more than $ 40 per gallon, the cleaning temperature is more than 70 ℃, the cleaning time is 15 minutes to 30 minutes, it is not advantageous in terms of increasing the process efficiency.

또한, 아민 계열의 케미칼은 안전환경 측면에서 유해한 물질이며, 전세계적으로 수급 부족을 안고 있는 문제가 있다.In addition, amine-based chemicals are harmful substances in terms of safety environment, there is a problem that there is a shortage of supply and demand worldwide.

이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 반도체공정에서 메탈층 도입으로 인한 식각후 세정을 무기성 케미칼을 위주로 하는 약품을 사용하여 메탈손상을 최소화하면서 폴리머를 효과적으로 제거 할 수 있는 반도체소자 제조공정시의 결함 제거방법을 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems of the prior art, by using a chemical-based chemicals for cleaning after etching due to the introduction of the metal layer in the semiconductor process to effectively remove the polymer while minimizing metal damage. It is an object of the present invention to provide a method for removing defects in a semiconductor device manufacturing process.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자 제조공정시의 결함 제거방법은, 반도체웨이퍼상에 메탈층을 증착하는 단계;Defect removal method in the semiconductor device manufacturing process according to the present invention for achieving the above object comprises the steps of depositing a metal layer on a semiconductor wafer;

상기 메탈층상에 포토마스크로 사용하기 위한 감광막패턴을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern on the metal layer for use as a photomask;

상기 포토마스크용 감광막패턴을 이용하여 상기 메탈층을 패터닝하는 단계;Patterning the metal layer using the photomask photoresist pattern;

상기 감광막패턴을 제거한후 무기성 케미칼을 이용하여 반도체웨이퍼표면에 있는 유기물을 제거하는 단계; 및Removing the photoresist pattern and then removing an organic material on the surface of the semiconductor wafer using an inorganic chemical; And

반도체웨이퍼를 DI 린스 및 건조시키는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로한다.And rinsing and drying the semiconductor wafer.

여기서, 상기 무기성 케미칼 물질로는 암모니아 하이드록사이드(ammomium hydroxide), 오존(ozon), 하이드로겐 퍼옥사이드(hydrogen peroxide), 암모니아 플루오르(ammonium fluoride), DIW(DI water)로 구성된 케미칼을 이용하는 것을 특징으로한다.Herein, the inorganic chemical material may include a chemical composition consisting of ammonia hydroxide, ozone, hydrogen peroxide, ammonium fluoride, and DIW. To be characterized.

또한, 상기 오존과 하이드로겐 퍼옥사이드의 조성비율은 3.0 vol%와 1×10-5 M을 유지하는 것을 특징으로한다.In addition, the composition ratio of the ozone and hydrogen peroxide is characterized in that to maintain 3.0 vol% and 1 × 10 -5 M.

그리고, 상기 암모니아 플루오르, DIW의 조성비율은 0.005 : 7.5 ∼ 0.01 : 8인 것을 특징으로한다.The composition ratio of the ammonia fluorine and DIW is 0.005: 7.5 to 0.01: 8.

더욱이, 상기 무기물 케미칼을 이용한 세정공정은, 암모니아 하이드록사이드, 오존, 하이드로겐 퍼옥사이드, 암모니아 플루오르, DIW 용액의 pH는 5.0∼8.0이고, 100" 이하의 세정시간 및 25∼40℃ 온도범위를 갖는 것을 특징으로한다.In addition, the cleaning process using the inorganic chemicals, pH of ammonia hydroxide, ozone, hydrogen peroxide, ammonia fluorine, DIW solution is 5.0 ~ 8.0, the cleaning time of 100 "or less and 25-40 ℃ temperature range It is characterized by having.

한편, 상기 무기질 케미칼을 이용한 세정공정은 반도체웨이퍼를 한 장씩 장착하여 실시하는 스핀장비를 이용하는 것을 특징으로한다.On the other hand, the cleaning process using the inorganic chemical is characterized in that using the spin equipment is carried out by mounting the semiconductor wafer one by one.

(실시예)(Example)

이하, 본 발명에 따른 반도체소자 제조공정시의 결함 제거방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method for removing defects in a semiconductor device manufacturing process according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 반도체소자 제조공정시의 공정순서도이다.2 is a process flowchart during a semiconductor device manufacturing process according to the present invention.

본 발명에 따른 반도체소자 제조공정시의 결함 제거방법은, 도면에는 도시 하지 않았지만, 먼저 하부기판상에 메탈층을 증착하고 이어 메탈층을 포토마스크를 이용한 식각공정을 통해 선택적으로 식각한다.Although not shown in the drawing, a method for removing defects in a semiconductor device manufacturing process according to the present invention first deposits a metal layer on a lower substrate and then selectively etches the metal layer through an etching process using a photomask.

그다음, 상기 포토마스크를 제거한후 반도체웨이퍼 한 개씩 스핀장치(spin machine)에 의해 돌리면서 반도체웨이퍼표면에 있는 유기물을 제거하는 공정을 수행하는데, 이러한 유기물 제거공정은 먼저 무기성 케미칼을 이용하여 세정공정을 진행한후 DI 린스공정을 실시하고 이어 N2 건조공정을 진행하는 순으로 진행한다.Then, after removing the photomask, the semiconductor wafer is rotated by a spin machine one by one to remove organic substances on the surface of the semiconductor wafer, which is first cleaned using inorganic chemicals. After proceeding to DI rinse step and then proceed to the N 2 drying step in order.

여기서, 반도체 전공정에서 사용하고 있는 무기성 케미칼은 아래와 같은 비율로 구성한다.Here, the inorganic chemicals used in the semiconductor front-end process are comprised in the following ratio.

상기 무기성 케미칼 물질로는 암모니아 하이드록사이드(ammomium hydroxide), 오존(ozon), 하이드로겐 퍼옥사이드(hydrogen peroxide), 암모니아 플루오르(ammonium fluoride), DIW(DI water)로 구성된 케미칼을 사용한다. 여기서, 상기 암모니아 하이드록사이드, 오존, 암모니아 플루오르 등은 염기성과 산성 무기성 케미칼이다. 그러나, 여기에서 주성분은 암모니아 하이드록사이드와 오존의 무기성 위주의 케미칼이며, 암모니아 플루오르는 보조기능을 수행한다.As the inorganic chemical material, a chemical agent composed of ammonia hydroxide, ozone, hydrogen peroxide, ammonium fluoride, and DI water is used. Here, the ammonia hydroxide, ozone, ammonia fluorine and the like are basic and acidic inorganic chemicals. However, the main component here is the inorganic oriented chemicals of ammonia hydroxide and ozone, and ammonia fluorine performs an auxiliary function.

또한, 오존의 비율은 3.0% 부피(vol)의 농도 및 하이드로겐 퍼옥사이드는 1×10-5M의 농도를 유지하고, 암모니아 플루오르는 암모니아 하이드록사이드를 1로 기준할 때 0.005∼0.01정도 첨가하고, 나머지는 초순수로 한다. In addition, the ratio of ozone maintains a concentration of 3.0% by volume (vol) and hydrogen peroxide at a concentration of 1 × 10 −5 M, and ammonia fluorine is added at 0.005 to 0.01 based on ammonia hydroxide as 1 , The rest is ultrapure water.

그리고, 세정장비로는 단일 스핀 장비를 이용하며, pH는 5.0∼8.0 의 중성범위를 유지하게 하며, 25∼40℃의 저온에서 세정시간은 100" 이하의 공정조건을 유지하도록 한다.As the cleaning equipment, a single spin equipment is used, and the pH is maintained at a neutral range of 5.0 to 8.0, and the cleaning time is maintained at a process condition of 100 "or less at a low temperature of 25 to 40 ° C.

이렇게 하여, 상기 용액은 케미칼이 반응하여 오존(O3)과 H2O2에 의해 산화되므로써 암모니아 플루오르에 의해 기판에 흡착되어 있는 폴리머 유기물을 식각하여 제거할 수 있으며, 약한 농도에 의해 메탈층의 손상을 방지하기 위한 역할을 한다.In this way, the solution can be removed by etching the polymer organic matter adsorbed on the substrate by ammonia fluorine by chemical reaction and oxidization by ozone (O 3 ) and H 2 O 2 , by a weak concentration of the metal layer It serves to prevent damage.

한편, 본 발명에 따른 케미칼의 전반적인 동작은 오존(O3)에 의해 다음과 같다.On the other hand, the overall operation of the chemical according to the present invention is as follows by ozone (O 3 ).

1. 직접 O3 조성비1. Direct O 3 composition ratio

O3 + C6H5OH → O2 + C6H4(OH)2 O 3 + C 6 H 5 OH → O 2 + C 6 H 4 (OH) 2

2. OH 생성 반응 2. OH production reaction

3O3 + H2O → 2OH + 4O2 3O 3 + H 2 O → 2OH + 4O 2

H2O2 + 2O3 → 2OH + 3O2 H 2 O 2 + 2 O 3 → 2OH + 3 O 2

3. OH 촉매(catalyzed) O3 분해(decomposition03.OH Catalyzed O 3 Decomposition

OH + 2O3 → OH + 3O2 OH + 2O 3 → OH + 3O 2

4. OH 배기(scavenging)4. OH scavenging

OH + (CH3)3COH → H2O + (CH3)2COHCH2 → (CH3)2COHCH2OOOH + (CH 3 ) 3 COH → H 2 O + (CH 3 ) 2 COHCH 2 → (CH 3 ) 2 COHCH 2 OO

5. O3 촉진 (시드업(seed up) O3 소모)5.O 3 promotion (seed up O 3 consumption)

OH + CH3OH → H2O + H2COH → H2COOOH + O2 + H 2COOH + CH 3 OH → H 2 O + H 2 COH → H 2 COOOH + O 2 + H 2 CO

여기서, O3의 용해도는 온도에 의존하는데, 공정온도 및 오존 케미스트리(ozon chemistry)는 최적화되어야 한다.Here, the solubility of O 3 depends on temperature, process temperature and ozone chemistry should be optimized.

또한, H2O2의 첨가는 O3의 수명(lifetime)을 감소시키나 OH의 형성을 증가시킨다. 이때, 상기 OH 가 유기물질(organic substance)의 제거를 가속화시킨다.In addition, the addition of H 2 O 2 reduces the lifetime of O 3 but increases the formation of OH. At this time, the OH accelerates the removal of the organic substance (organic substance).

한편, 본 발명이 적용되는 기술분야는 모든 메탈층 식각후 유기물 제거 세정공정등에 적용이 가능하다.On the other hand, the technical field to which the present invention is applied can be applied to the organic material removal cleaning process after etching all metal layers.

상기에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 반도체소자 제조공정시의 결함 제거방법에 의하면, 무기성 케미칼 사용으로 인해 케미칼은 약 80% 이상 비용절감이 가능하다.As described above, according to the method for removing defects in the semiconductor device manufacturing process according to the present invention, the use of inorganic chemicals can reduce the cost of the chemicals by about 80% or more.

또한, 세정시간 100" 이내로 기존 유기물 세정용제의 15분 이상에 비하여 웨이퍼당 80% 이상의 공정향상 효과가 있어 기존 세정시간인 1시간 이상에서 약 40분 정도로 감소되어 웨이퍼 가공량이 많아진다.In addition, there is a process improvement effect of 80% or more per wafer compared to 15 minutes or more of the existing organic cleaning solvent within the cleaning time of 100 "within the existing cleaning time is reduced to about 40 minutes to increase the amount of wafer processing.

그리고, 아민 계열의 유기용제가 없어 기존의 세정공정에서 유기용제를 린스하는 이소플로필알콜 공정을 생략할 수 있다.In addition, since there is no amine organic solvent, the isoflophyl alcohol process of rinsing the organic solvent in the existing washing process may be omitted.

더욱이, 기존의 75℃의 온도가 아닌 25℃ 실온에서 공정조절이 가능하여 안전성에 훨씬 우월하다.Moreover, the process control is possible at room temperature of 25 ° C instead of the existing temperature of 75 ° C, which is far superior to safety.

또한, 기존 아민계열의 유해 물질을 배제하여 안정성을 증대시킬 수 있다.In addition, it is possible to exclude the existing amine-based harmful substances to increase the stability.

그리고, 기존 유기물 공정에서의 반응 부산물이 단일 장비에서는 발생하지 않는다.And reaction byproducts from existing organic processes do not occur in a single piece of equipment.

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.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various changes can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the invention claimed in the claims. will be.

도 1은 종래기술에 따른 반도체소자 제조공정시의 공정순서도,1 is a process flowchart during a semiconductor device manufacturing process according to the prior art;

도 2는 본 발명에 따른 반도체소자 제조공정시의 공정순서도.2 is a process flowchart during a semiconductor device manufacturing process according to the present invention.

Claims (6)

반도체웨이퍼상에 메탈층을 증착하는 단계;Depositing a metal layer on the semiconductor wafer; 상기 메탈층상에 포토마스크로 사용하기 위한 감광막패턴을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern on the metal layer for use as a photomask; 상기 포토마스크용 감광막패턴을 이용하여 상기 메탈층을 패터닝하는 단계;Patterning the metal layer using the photomask photoresist pattern; 상기 감광막패턴을 제거한후 무기성 케미칼을 이용하여 반도체웨이퍼표면에 있는 유기물을 제거하는 단계; 및Removing the photoresist pattern and then removing an organic material on the surface of the semiconductor wafer using an inorganic chemical; And 반도체웨이퍼를 DI 린스 및 건조시키는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로하는 반도체소자 제조공정시의 결함 제거방법.DI rinsing and drying the semiconductor wafer. 제1항에 있어서, 상기 무기성 케미칼 물질로는 암모니아 하이드록사이드(ammomium hydroxide), 오존(ozon), 하이드로겐 퍼옥사이드(hydrogen peroxide), 암모니아 플루오르(ammonium fluoride), DIW(DI water)로 구성된 케미칼을 이용하는 것을 특징으로하는 반도체소자 제조공정시의 결함 제거방법.The method of claim 1, wherein the inorganic chemical material comprises ammonia hydroxide (ammomium hydroxide), ozone (ozon), hydrogen peroxide (hydrogen peroxide), ammonia fluoride (ammonium fluoride), DIW (DI water) A method for removing defects in a semiconductor device manufacturing process, characterized by using a chemical. 제2항에 있어서, 상기 오존과 하이드로겐 퍼옥사이드의 조성비율은 3.0 vol%와 1×10-5 M을 유지하는 것을 특징으로하는 반도체소자 제조공정시의 결함 제거방법.The method of claim 2, wherein the composition ratio of ozone and hydrogen peroxide is 3.0 vol% and 1 × 10 −5 M. 제2항에 있어서, 암모니아 플루오르, DIW의 조성비율은 0.005 : 7.5 ∼ 0.01 : 8인 것을 특징으로하는 반도체소자 제조공정시의 결함 제거방법.The method for removing defects in a semiconductor device manufacturing process according to claim 2, wherein the composition ratio of ammonia fluorine and DIW is 0.005: 7.5 to 0.01: 8. 제2항에 있어서, 상기 무기물 케미칼을 이용한 세정공정은, 암모니아 하이드록사이드, 오존, 하이드로겐 퍼옥사이드, 암모니아 플루오르, DIW 용액의 pH는 5.0∼8.0이고, 100" 이하의 세정시간 및 25∼40℃ 온도범위를 갖는 것을 특징으로하는 반도체소자 제조공정시의 결함 제거방법.The cleaning process using the inorganic chemicals of claim 2, wherein the pH of the ammonia hydroxide, ozone, hydrogen peroxide, ammonia fluorine, DIW solution is 5.0 to 8.0, the cleaning time of 100 "or less and 25 to 40 A method for removing defects in a semiconductor device manufacturing process, characterized by having a temperature range of ℃. 제1항에 있어서, 상기 무기질 케미칼을 이용한 세정공정은 반도체웨이퍼를 한 장씩 장착하여 실시하는 스핀장비를 이용하는 것을 특징으로하는 반도체소자 제조공정시의 결함 제거방법.The method for removing defects in a semiconductor device manufacturing process according to claim 1, wherein the cleaning process using the inorganic chemical uses spin equipment for mounting the semiconductor wafer one by one.
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