KR20080088246A - Method of cleaning a semiconductor substrate - Google Patents

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KR20080088246A
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cleaning
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metal film
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배진혜
이금주
손현호
황인석
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삼성전자주식회사
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Abstract

A method for cleaning a semiconductor substrate is provided to enhance a yield and reliability in a manufacturing process by removing fully impurities without causing damage of a metal layer pattern. An impurity removal process is performed to remove residues of a first impurity on a semiconductor substrate including a metal layer pattern by using an organic or inorganic strip solution(S10). A removal process is performed to remove the residual organic or inorganic strip solution and residues of a second impurity on the semiconductor substrate by using a cleaning solution including nitrogen(S11). Megasonic energy is applied to the cleaning solution including the nitrogen. The cleaning solution is deionized water having density of nitrogen gas of 10 ppm to 20 ppm.

Description

반도체 기판 세정 방법{Method of cleaning a semiconductor substrate}Method of cleaning a semiconductor substrate

도 1은 종래의 반도체 기판 상의 잔류 불순물을 제거하기 위한 메가소닉을 이용한 세정 공정시 발생되는 금속막 패턴의 손상 불량을 나타내는 SEM 사진이다. FIG. 1 is a SEM photograph showing damage failure of a metal film pattern generated during a cleaning process using a megasonic for removing residual impurities on a conventional semiconductor substrate.

2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속막 패턴이 형성된 반도체 기판을 세정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 2 is a flowchart illustrating a method of cleaning a semiconductor substrate on which a metal film pattern is formed according to an embodiment of the present invention.

도 3a 내지 3d는 본 발명의 방법에 따른 반도체 기판 상에 금속막 패턴의 형성 방법을 공정 순서에 따라 나타낸 단면도들이다.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of forming a metal film pattern on a semiconductor substrate according to a method of the present invention in a process sequence.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Explanation of symbols for the main parts of the drawings *

200 : 반도체 기판 202 : 불순물 도핑 영역200 semiconductor substrate 202 impurity doped region

210 : 절연막 212 : 개구부210: insulating film 212: opening

220 : 금속 패턴 222 : Ti막220: metal pattern 222: Ti film

222a : Ti 패턴 224 : TiN막222a: Ti pattern 224: TiN film

224a : TiN 패턴 226 : 금속막224a: TiN pattern 226: metal film

226a : 금속막 패턴 230a : 포토레지스트 패턴226a: metal film pattern 230a: photoresist pattern

본 발명은 반도체 기판의 세정 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 기판 상에 금속 배선을 형성하는 식각 공정 후에 포토레지스트 패턴을 제거하기 위하여 사용되는 유기 또는 무기 스트립 용액의 세정 및 식각 부산물인 폴리머와 식각 장비의 내부에서 떨어져 나온 낙성 부산물을 제거하는 반도체 기판의 세정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for cleaning a semiconductor substrate. More specifically, polymers, which are cleaning and etching by-products of organic or inorganic strip solutions used to remove photoresist patterns after an etching process of forming metal interconnects on a semiconductor substrate, and falling fallen byproducts from inside of etching equipment are removed. It relates to a cleaning method of a semiconductor substrate.

반도체 기판의 제조시, 패턴 및 배선은 사진 공정 및 식각 공정에 의해 형성된다. 통상, 패턴 또는 배선 형성은 포토레지스트에 마스크 패턴을 전사하는 노광 공정과 플라즈마 기체를 이용하여 마스크 패턴을 따라 막을 에칭하는 식각 공정과 상기 포토레지스트 제거 공정 및 다음 단계를 위한 세정 공정으로 크게 대별된다.In the manufacture of a semiconductor substrate, patterns and wirings are formed by a photo process and an etching process. In general, pattern or wiring formation is roughly divided into an exposure process of transferring a mask pattern to a photoresist, an etching process of etching a film along a mask pattern using a plasma gas, a process of removing the photoresist, and a cleaning process for the next step.

상기 포토레지스트 제거 공정의 주요 이슈는 하부막을 손상(attack)시키지 않으면서 반도체 웨이퍼 표면으로부터 불순물 입자 및 다른 오염물을 완전하게 제거하는 것이다. 일반적으로, 상기 포토레지스트 제거 공정은 애싱(ashing) 공정과 같은 건식 스트립 공정과 유기 및 무기 스트립 용액(organic and inorganic stripper)를 사용하는 습식 스트립 공정의 조합으로 진행된다. The main issue of the photoresist removal process is the complete removal of impurity particles and other contaminants from the semiconductor wafer surface without damaging the underlying film. Generally, the photoresist removal process is a combination of a dry strip process such as an ashing process and a wet strip process using organic and inorganic strippers.

상기 습식 스트립 공정은 건식 스트립 공정인 애싱 공정시 완전히 제거되지 않고 잔존하는 포토레지스트와, 다양한 패턴, 예컨대 텅스텐, 알루미늄, 구리, 티타늄 또는 티타늄 질화물로 구성된 단층 또는 다층 배선 패턴을 형성하기 위한 식각 공정 또는 이 배선 패턴을 노출시키는 비아홀 또는 본딩 패드 홀들을 형성하기 위한 식각 공정 또는 애싱 공정시 발생한 식각 부산물과 같은 불순물을 반도체 기판의 표면으로부터 제거한다. The wet strip process is an etching process for forming a single layer or multilayer wiring pattern composed of various patterns, such as tungsten, aluminum, copper, titanium or titanium nitride, and photoresist that is not completely removed during the ashing process, which is a dry strip process. Impurities such as etching by-products generated during the etching process or the ashing process for forming the via holes or bonding pad holes exposing the wiring pattern are removed from the surface of the semiconductor substrate.

이때, 제거되어야할 주요 식각 부산물로는 플라즈마 식각 또는 반응성 이온 식각(RIE) 공정시 형성되는 폴리머가 있다. In this case, the main etching by-products to be removed include polymers formed during plasma etching or reactive ion etching (RIE) processes.

종래에는 상기 습식 스트립 공정을 수행한 후에 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.Conventionally, after performing the wet strip process, a plurality of wafers are mounted in a container including a cleaning solution consisting of deionized water and a reactive liquid, or the semiconductor wafer is cleaned by spraying the cleaning solution onto the wafer. At this time, the cleaning solution is supplied in an amount sufficient to wet and clean the wafer surface. For example, after cleaning, the wafer is dried by fast spinning or by replacing the surface water with isopropyl alcohol and stored in a clean environment until subsequent processing.

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.The cleaning method is accomplished by bubbling of inert gas, magnetic stirrers or sonic energy without using only the cleaning solution, or by combining these techniques. In such wet cleaning processes, the ability to remove particles from the wafer surface is known to depend on many factors such as processing temperature, wafer pretreatment, chemical composition of the cleaning solution and sonic energy power strength.

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.For example, a sonic transducer is installed in the cleaning vessel, and the sonic energy is passed to the wafer through the walls of the cleaning vessel and the cleaning solution. At this time, the sonic energy promotes cleaning by bubbles formed in the cleaning solution itself. That is, the bubbles formed in the cleaning solution are ruptured by sonic energy to physically remove the impurity particles on the wafer by the burst pressure and temperature to increase the cleaning power.

현재 널리 사용되고 있는 반응성 세정 액체로는 염산(HCl), 암모니아수(NH4OH) 및 과산화수소수(H2O2)등을 들 수 있다. 그러나, 상기 세정 용액에 의한 세정방법은 입자 제거력이 우수한 반면, 노출된 미세한 금속 배선에 부식(corrosion)을 초래한다. 따라서, 반도체 기판의 저항을 증가시키거나, 소자의 배선 자체를 제거하여 소자로서의 기능을 수행하지 못한다.Hydrochloric acid (HCl), aqueous ammonia (NH 4 OH), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) and the like are widely used at present. However, while the cleaning method using the cleaning solution is excellent in particle removal power, it causes corrosion in the exposed fine metal wiring. Therefore, the semiconductor substrate may not increase its resistance or remove the wiring of the device itself to perform a function as a device.

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. 이때, 제거되지 않은 상기 폴리머는 부식의 원인이 되며 콘택 저항을 높여 결국에 금속 배선 패턴 불량을 유발하며 반도체 기판의 수율을 떨어뜨리는 요인으로 작용할 수 있다. However, when metal wiring such as aluminum is exposed, if physical cleaning is performed only with deionized water to prevent corrosion, impurity particles such as polymers and metals cannot be removed only by cleaning with deionized water. In this case, the polymer that is not removed may cause corrosion, increase contact resistance, and eventually cause metal wiring pattern defects, and may act as a factor of lowering the yield of a semiconductor substrate.

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. Therefore, although it must be accompanied by a chemical reaction, the use of such a reactive liquid to remove the impurity particles can cause the corrosion problem and apply to the cleaning of the stage where the metal wiring is exposed despite superior cleaning power. Can't.

또한, 식각 또는 에싱 설비의 내측벽에 흡착되어 있던 식각 가스들이 떨어져 나와 발생되는 낙성 오염물들이 여전히 존재하여 상기 금속 배선이 손상되는 불량을 유발하고 있다. In addition, falling contaminants generated by the etching gas adsorbed on the inner wall of the etching or ashing facility are still present, causing a defect in which the metal wiring is damaged.

뿐만 아니라, 도 1에 도시된 바와 같이, 낙성 오염물의 제거를 위해 메가소닉(megasonic) 세정시 형성되는 기포가 과도하여 소닉 에너지에 의해 기포가 파열되면 상기 파열 압력 및 온도에 의해 반도체 기판 상의 미세 패턴이 끊어지는 손상 불량(D)이 발생한다.In addition, as shown in FIG. 1, when bubbles formed during megasonic cleaning to remove fallen contaminants are excessive and the bubbles are ruptured by sonic energy, fine patterns on the semiconductor substrate are caused by the burst pressure and temperature. This broken damage D occurs.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 기판 상에 금속막 패턴을 형성하기 위한 식각 공정에서 발생된 잔류 불순물을 금속막 패턴의 손상 없이 제거시킬 수 있는 반도체 기판 세정 방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a semiconductor substrate cleaning method that can remove the residual impurities generated in the etching process for forming the metal film pattern on the semiconductor substrate without damaging the metal film pattern. .

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 세정 방법에 의하면, 유기 또는 무기 스트립 용액을 이용하여 금속막 패턴이 형성된 반도체 기판 상에 잔류하는 제1 불순물을 제거한다. 질소가 용해된 세정 용액을 이용하여 상기 반도체 기판 상에 잔류하는 유기 또는 무기 스트립 용액 및 제2 불순물을 제거한다. 여기서, 상기 질소가 용해된 세정 용액에는 메가소닉 에너지가 인가되는 것이 바람직하다.According to the semiconductor substrate cleaning method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the first impurity remaining on the semiconductor substrate on which the metal film pattern is formed using an organic or inorganic strip solution. The cleaning solution in which nitrogen is dissolved is used to remove the organic or inorganic strip solution and the second impurities remaining on the semiconductor substrate. Here, it is preferable that megasonic energy is applied to the cleaning solution in which nitrogen is dissolved.

여기서, 상기 세정 용액은 탈이온수에 질소 가스를 10ppm 내지 20ppm의 농도를 갖도록 용해시켜 형성한 것이다. 일 예로서, 상기 질소 가스를 용해시키는 동안 상기 탈이온수에 메가소닉 에너지가 인가될 수 있다. Here, the cleaning solution is formed by dissolving nitrogen gas in deionized water to have a concentration of 10 ppm to 20 ppm. As an example, megasonic energy may be applied to the deionized water while dissolving the nitrogen gas.

이때, 상기 질소가 용해된 세정 용액을 이용한 세정 공정은 5분 내지 15분 동안 진행되는 것이 바람직하다.In this case, the cleaning process using the cleaning solution in which nitrogen is dissolved is preferably performed for 5 to 15 minutes.

여기서, 상기 제1 불순물은 상기 금속막 패턴을 형성하는 식각 공정에서 발생되는 폴리머를 포함하며, 상기 제2 불순물은 상기 식각 공정에서 사용되는 식각 가스와 상기 금속막 사이의 반응에 의해 발생되는 식각 부산물을 포함한다.The first impurity may include a polymer generated in an etching process of forming the metal film pattern, and the second impurity may be an etch byproduct generated by a reaction between the etching gas and the metal film used in the etching process. It includes.

이어서, 상기 유기 또는 무기 스트립 용액 및 제2 불순물을 제거한 후에 건조 공정을 더 수행할 수 있다.Subsequently, after the organic or inorganic strip solution and the second impurities are removed, a drying process may be further performed.

본 발명에 의하면, 금속막 패턴이 형성된 반도체 기판을 유기 또는 무기 스트립 용액을 이용하여 스트립한 다음 질소 가스가 용해된 세정 용액을 사용하여 메가소닉 세정하는 공정을 통해 폴리머와 함께 식각 가스와 금속막 사이의 반응에 의해 발생되는 식각 부산물도 금속 배선에 손상을 최소화시키면서 제거할 수 있다. According to the present invention, a semiconductor substrate on which a metal film pattern is formed is stripped using an organic or inorganic strip solution and then megasonicly cleaned using a cleaning solution in which nitrogen gas is dissolved. Etch by-products generated by the reaction can also be removed with minimal damage to metal wiring.

이하, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있으며, 막(층)이 다른 막(층) 또는 기판 상에 위치하는 것으로 언급되는 경우, 다른 막(층) 또는 기판 상에 직접 형성되거나 그들 사이에 추가적인 막(층)이 개재될 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments and may be implemented in other forms. The embodiments introduced herein are provided to make the disclosure more complete and to fully convey the spirit and features of the invention to those skilled in the art. In the drawings, the thickness of each device or film (layer) and regions has been exaggerated for clarity of the invention, and each device may have a variety of additional devices not described herein. When (layer) is mentioned as being located on another film (layer) or substrate, an additional film (layer) may be formed directly on or between the other film (layer) or substrate.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속막 패턴이 형성된 반도체 기판을 세정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method of cleaning a semiconductor substrate on which a metal film pattern is formed, according to an exemplary embodiment.

도 2를 참조하면, 우선 반도체 기판 상에 금속막 패턴을 형성한다. Referring to FIG. 2, first, a metal film pattern is formed on a semiconductor substrate.

구체적으로, 반도체 기판의 상부에 금속막을 형성하고, 상기 금속막 상부에 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상하여 식각하고자 하는 부분을 노출시킨 다음 상기 금속막에 식각 공정을 진행하여 금속막 패턴을 형성한다. 여기서, 상기 금속막 패턴은 금속 배선으로 이용될 수 있다.Specifically, a metal film is formed on the semiconductor substrate, a photoresist is applied on the metal film, exposed and developed to expose a portion to be etched, and then the metal film is etched to form a metal film pattern. . Here, the metal film pattern may be used as a metal wire.

상기 식각 공정은 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정으로 이루어진다. 상기 건식 식각 공정시 상기 포토레지스트 패턴을 구성하는 C, H, O 등의 성분과 배선 물질이 플라즈마와 반응하여 C를 포함하는 폴리머를 생성하여 상기 금속막 패턴 상에 위치하게 된다. The etching process is a dry etching process using a plasma. In the dry etching process, components such as C, H, and O constituting the photoresist pattern and a wiring material react with the plasma to generate a polymer including C to be positioned on the metal layer pattern.

상기 금속막 패턴을 형성한 후에, 상기 사용된 포토레지스트를 제거하기 위하여 애싱을 수행하며, 상기 에싱은 주로 O2 가스를 포함한 플라즈마를 사용하여 수행한다.After the metal film pattern is formed, ashing is performed to remove the used photoresist, and the ashing is mainly performed using a plasma containing O 2 gas.

상기 애싱 공정의 수행 후 상기 반도체 기판은 세정 장치로 이송한다. After the ashing process, the semiconductor substrate is transferred to a cleaning apparatus.

상기 세정 장치로 이송된 금속막 패턴이 형성된 반도체 기판 상에 잔류하는 상기 애싱 공정에서 제거되지 않은 제1 불순물을 유기 또는 무기 스트립 용액을 이용하여 제거한다(S10). 상기 제1 불순물은 상기 금속막 패턴을 형성하는 식각 및 애싱 공정 후에 잔존하는 포토레지스트 등의 폴리머로 이루어져 있다. The first impurity not removed in the ashing process remaining on the semiconductor substrate on which the metal film pattern transferred to the cleaning apparatus is formed is removed using an organic or inorganic strip solution (S10). The first impurity is made of a polymer such as a photoresist remaining after etching and ashing to form the metal film pattern.

상기 유기 또는 무기 스트립 용액의 예로는 염산(HCl), 초산(CH3COOH), 암모니아수(NH4OH), 수산화암모늄(ammonium hydroxide) 및 과산화수소수(H2O2) 중 적어도 하나의 용액과 탈이온수와의 혼합액을 들 수 있다. 상기 초산 및 암모니아의 화학적 반응에 의해 상기 반도체 기판 상에 존재하는 폴리머 및 불순물 입자들이 반 도체 기판으로부터 제거될 수 있다. 따라서, 암모니아수, 초산 및 탈이온수를 혼합한 혼합액을 스트립 용액으로서 사용하는 것이 바람직하다. 상기 사용된 스트립 용액은 부식을 발생시키는 암모니아수를 초산 및 탈이온수를 혼합하여 희석시켜, 부식은 방지하면서 양호한 세정력을 유지시킬 수 있다. 상기 유기 또는 무기 스트립 용액의 구체적인 예로는 EKC 용액 또는 NE 용액 등을 들 수 있다. Examples of the organic or inorganic strip solution include a solution of at least one of hydrochloric acid (HCl), acetic acid (CH 3 COOH), aqueous ammonia (NH 4 OH), ammonium hydroxide, and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). The liquid mixture with ionized water is mentioned. The polymer and impurity particles present on the semiconductor substrate may be removed from the semiconductor substrate by the chemical reaction of acetic acid and ammonia. Therefore, it is preferable to use the mixed liquid which mixed ammonia water, acetic acid, and deionized water as a strip solution. The strip solution used can dilute ammonia water causing corrosion by mixing acetic acid and deionized water to maintain good cleaning power while preventing corrosion. Specific examples of the organic or inorganic strip solution may include an EKC solution or an NE solution.

상기 스트립을 진행한 후에, 상기 금속막 패턴이 노출된 반도체 기판 상에 잔류하는 유기 또는 무기 스트립 용액 및 제2 불순물을 제거하기 위해 질소가 용해된 탈이온수로 이루어지는 세정 용액을 사용하여 세정한다(S11). 상기 제2 불순물은 식각 공정에서 사용된 식각 가스와 상기 금속막 사이의 반응에 의해 발생되는 식각 부산물을 포함한다. After proceeding with the strip, the organic or inorganic strip solution remaining on the semiconductor substrate exposed the metal film pattern and the cleaning solution consisting of deionized water in which nitrogen is dissolved to remove the second impurities (S11). ). The second impurity includes an etch byproduct generated by a reaction between the etching gas used in the etching process and the metal film.

상기 세정 방법의 일 예로는 상기 세정 용액을 상기 스트립한 반도체 기판이 충분히 잠길 수 있을 정도의 용기에 보관시키며, 상기 반도체 기판을 상기 세정 용액에 침지시켜 반도체 기판 전체에 제공시킬 수 있다. As an example of the cleaning method, the cleaning solution may be stored in a container such that the stripped semiconductor substrate is sufficiently submerged, and the semiconductor substrate may be immersed in the cleaning solution to be provided to the entire semiconductor substrate.

상기 질소 용해된 세정 용액은 탈이온수에 질소 가스를 공급하여 10ppm 내지 20ppm의 농도를 유지하도록 형성시킬 수 있다. 상기 질소 가스를 용해시키는 동안 상기 탈이온수에 메가소닉 에너지를 인가한다.The nitrogen-dissolved cleaning solution may be formed to supply nitrogen gas to deionized water to maintain a concentration of 10 ppm to 20 ppm. Megasonic energy is applied to the deionized water while dissolving the nitrogen gas.

또한, 상기 질소 용해된 세정 용액의 온도는 상온 상태(25℃)로 유지시키고, 세정 시간은 5분 내지 15분 미만 동안 수행할 수 있다. 이때, 상기 세정 용액의 온도는 일반적으로 고온으로 갈수록 화학 반응이 빨라지나 상기 금속막 패턴과 쉽게 반응하여 패턴이 끊어지는 손상을 발생시키므로 식각 부산물의 제거력과 금속막 패 턴의 표면과의 반응 정도에 따라 상기 세정 시간은 적절하게 조정될 수 있다. In addition, the temperature of the nitrogen-dissolved cleaning solution is maintained at room temperature (25 ℃), the cleaning time may be performed for 5 minutes to less than 15 minutes. At this time, the temperature of the cleaning solution generally increases the chemical reaction as the temperature increases, but easily reacts with the metal film pattern, thereby causing damage to the pattern. Thus, the cleaning time can be appropriately adjusted.

이때, 상기 질소가 용해된 세정 용액에는 메가소닉 에너지가 인가된다. 상기 세정 용액이 담긴 용기 전체는 메가소닉 에너지를 전달할 수 있는 매개체로서 외부로부터 파워를 인가하여 상기 용기 전체로 메가소닉 에너지를 제공한다.At this time, megasonic energy is applied to the cleaning solution in which nitrogen is dissolved. The entire container containing the cleaning solution is a medium capable of delivering megasonic energy to provide megasonic energy to the entire container by applying power from the outside.

상기 메가소닉 에너지가 상기 질소가 용해된 세정 용액에 제공되면 메가소닉에 의해 제공된 파동에 의해 세정 용액 내부에 존재하는 탈이온수의 기포를 파열시키고, 상기 파열 압력 및 온도에 의해 물리적으로 반도체 기판 상에 잔류하는 폴리머 및 식각 부산물로 이루어진 제1 및 제2 불순물을 제거하게 된다.When the megasonic energy is provided to the nitrogen-dissolved cleaning solution, the bubbles provided by the megasonic rupture bubbles of deionized water present inside the cleaning solution, and the burst pressure and the temperature are physically applied to the semiconductor substrate. The first and second impurities, which consist of residual polymer and etching byproducts, are removed.

이때, 상기 세정 용액 내부에 용존된 질소 가스는 상기 온도에서 마이크로 크기의 기포를 발생시켜 상기 파열 압력을 감소시키게 된다. At this time, the nitrogen gas dissolved in the cleaning solution generates micro-sized bubbles at the temperature to reduce the burst pressure.

상기 세정 방법의 다른 예로는 상기 질소 가스 용해된 탈이온수로 이루어진 세정 용액을 낮은 압력으로 분사시켜 반도체 기판에 세정액막을 형성시키면서, 상기 세정액막에 메가소닉 에너지를 제공시킬 수 있다. As another example of the cleaning method, the cleaning solution consisting of the nitrogen gas dissolved deionized water may be sprayed at a low pressure to form a cleaning liquid film on the semiconductor substrate while providing megasonic energy to the cleaning liquid film.

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. The megasonic energy is delivered by the megasonic bar, and the megasonic bar is provided on the semiconductor substrate before or after the cleaning liquid film is formed. The megasonic bar is equal to or slightly longer than the radius of the semiconductor substrate. Therefore, while rotating the semiconductor substrate, the megasonic energy may be simultaneously applied to transfer energy to the entire semiconductor substrate.

구체적으로, 상기 반도체 기판을 회전시켜 균일하게 세정액막을 반도체 기판 상에 형성하고 메가소닉 에너지를 인가시킬 경우의 세정 과정을 설명하면, 상기 세 정 용액 내에서 용해되어 있는 질소는 메가소닉 에너지에 의해 파열되어 상기 파열 압력 및 온도에 의해 물리적으로 반도체 가판 상에 존재하는 불순물 입자를 제거하여 반도체 기판을 세정하게 된다.Specifically, when the semiconductor substrate is rotated to uniformly form the cleaning liquid film on the semiconductor substrate and the megasonic energy is applied to the cleaning process, the nitrogen dissolved in the cleaning solution is ruptured by the megasonic energy. The semiconductor substrate is cleaned by removing the impurity particles physically present on the semiconductor substrate by the burst pressure and temperature.

상기와 같이 질소 가스 용해된 탈이온수로 이루어진 세정 용액을 포함하는 용기에 장착하거나, 상기 세정 용액을 반도체 기판에 분사하고, 메가소닉 에너지를 사용하는 세정 공정은 용해된 질소의 마이크로 버블링 효과(micro bubbling effect)로 소리 압력(sound pressure)이 감소되므로, 종래의 세정 용액에 메가소닉 에너지를 제공하는 경우 발생되었던 금속막 패턴이 끊어지는 손상(attack) 불량을 크게 감소시킬 수 있다. As described above, the cleaning process using a cleaning solution made of nitrogen gas dissolved deionized water or spraying the cleaning solution onto a semiconductor substrate, and using megasonic energy may provide a microbubbling effect of dissolved nitrogen. Since the sound pressure is reduced due to the bubbling effect, it is possible to greatly reduce the failure defect in which the metal film pattern generated when the megasonic energy is provided to the conventional cleaning solution is broken.

따라서, 상기 공정에 의해 기판에 남아있는 폴리머 및 식각 부산물로 이루어진 제1 및 제2 불순물이 하부의 금속막 패턴의 손상없이 모두 제거된다. Therefore, the first and second impurities made of the polymer and the etching by-products remaining on the substrate are removed by the above process without damaging the underlying metal film pattern.

연속적으로 상기 린스액을 건조하기 위하여 건조를 실시한다(S12). 상기 건조 공정은 고속 스피닝 또는 이소프로필 알코올을 제공하여 표면 소수성기를 치환함으로써 건조된다. In order to dry the rinse liquid continuously (S12). The drying process is dried by providing fast spinning or isopropyl alcohol to replace the surface hydrophobic group.

이로써, 상기 반도체 기판 상에 형성된 금속막 패턴 표면을 세정하는 공정을 마치게 된다.This completes the process of cleaning the surface of the metal film pattern formed on the semiconductor substrate.

이어서, 상기 기판을 언로더부를 통해 후속 공정을 위해 이송한다.The substrate is then transferred through the unloader section for subsequent processing.

따라서, 반도체 기판 상에 금속막 패턴을 형성하는 공정에서 포토레지스트 패턴을 제거하기 위하여 사용된 유기 또는 무기 스트립 용액을 스트립하며, 스트립된 기판을 질소가 용해된 탈이온수에 메가소닉 에너지를 제공하여 세정함으로써, 종래의 메가소닉 에너지를 사용하는 세정에 비해 폴리머 및 식각 반응의 부산물로 이루어지는 제1 및 제2 불순물들을 금속막 패턴의 손상없이 제거하게 된다. Therefore, in the process of forming a metal film pattern on the semiconductor substrate, stripping the organic or inorganic strip solution used to remove the photoresist pattern, cleaning the stripped substrate by supplying megasonic energy to deionized water dissolved in nitrogen As a result, the first and second impurities, which are made up of by-products of the polymer and the etching reaction, are removed without damaging the metal film pattern as compared with the conventional cleaning using megasonic energy.

도 3a 내지 3d는 본 발명의 방법에 따른 반도체 기판 상에 금속막 패턴의 형성 방법을 공정 순서에 따라 나타낸 단면도들이다.3A to 3D are cross-sectional views illustrating a method of forming a metal film pattern on a semiconductor substrate according to a method of the present invention in a process sequence.

도 3a를 참조하면, 불순물 도핑 영역(202)이 형성된 반도체 기판(200)의 상부에는 사진식각 공정에 의해 형성된 개구부(212)를 갖는 실리콘 산화물의 절연막(210)이 형성되어 있다.Referring to FIG. 3A, an insulating film 210 of silicon oxide having an opening 212 formed by a photolithography process is formed on the semiconductor substrate 200 on which the impurity doped region 202 is formed.

도 3b를 참조하면, 금속 패턴을 형성하기 위한 공정을 수행하는데, 먼저, Ti을 스퍼터링이나 CVD법으로 약 30∼500Å 두께로 증착하여 Ti막(222)을 형성하도록 한다. Ti막(222)은 후속으로 증착되는 금속 물질과 하부의 실리콘 산화물층간의 부착력을 향상시키기 위해 적용된다. 이의 상부에 후속 공정에서 형성되는 금속막의 금속 물질이 하부의 활성 영역으로 침투하는 것을 방지하기 위한 장벽층으로서 TiN막(224)을 약 50∼2000Å 두께로 형성한다. 이후 Al, W, Ti, TiN 등과 같은 금속을 약 300∼8000Å 두께로 도포하여 금속막(226)을 형성하도록 한다. 바람직하게는 Al 금속을 약 5500Å 두께로 도포하여 Al 금속막을 형성하도록 한다. Referring to FIG. 3B, a process for forming a metal pattern is performed. First, Ti is deposited to a thickness of about 30 to 500 mW by sputtering or CVD to form a Ti film 222. The Ti film 222 is applied to improve adhesion between the subsequently deposited metal material and the underlying silicon oxide layer. On top of this, a TiN film 224 is formed to a thickness of about 50 to 2000 micrometers as a barrier layer for preventing the metal material of the metal film formed in a subsequent process from penetrating into the lower active region. Thereafter, a metal such as Al, W, Ti, TiN, or the like is applied to a thickness of about 300 to 8000 Å to form the metal film 226. Preferably, Al metal is applied to a thickness of about 5500 kPa to form an Al metal film.

이후, 포토레지스트를 도포하고 사진식각 공정에 의해 포토레지스트 패턴(230a)을 형성하도록 한다.Thereafter, a photoresist is applied and the photoresist pattern 230a is formed by a photolithography process.

도 3c를 참조하면, 포토레지스트 패턴(230a)을 식각 마스크로 하여 상부막부터 차례로 이방성 식각을 수행하여 원하는 막의 패턴으로 얻도록 한다. 얻어지는 패턴을 보면 상부에서부터 포토레지스트 패턴(230a)이 있고, 금속막 패턴(226a), TiN 패턴(224a) 및 Ti 패턴(222a)이 차례로 형성되어 있다. 이러한 패턴을 형성하면 도면에 나타난 바와 같이 각 패턴의 측벽 즉, Ti 패턴의 측벽, TiN 패턴의 측벽, 금속막 패턴의 측벽이 노출된다는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 3C, anisotropic etching is sequentially performed from the upper layer using the photoresist pattern 230a as an etching mask to obtain a desired layer pattern. In the obtained pattern, the photoresist pattern 230a is formed from the top, and the metal film pattern 226a, the TiN pattern 224a, and the Ti pattern 222a are sequentially formed. When the pattern is formed, it can be seen that the sidewalls of each pattern, that is, the sidewalls of the Ti pattern, the sidewalls of the TiN pattern, and the sidewalls of the metal film pattern are exposed as shown in the drawing.

도 3d를 참조하면, 이후 애싱 공정에 의해 포토레지스트 패턴(230a)을 제거하고 유기 또는 무기 스트립 용액을 사용하여 애싱 공정에서 제거되지 않은 제1 불순물을 세정한다. Referring to FIG. 3D, the photoresist pattern 230a is removed by an ashing process and the first impurities not removed in the ashing process are cleaned using an organic or inorganic strip solution.

이때, 상기 제1 불순물은 상기 금속막 패턴을 형성하는 식각 및 애싱 공정 후에 잔존하는 포토레지스트 등의 폴리머로 이루어져 있다. 상기 유기 또는 무기 스트립 용액의 예로는 염산(HCl), 초산(CH3COOH), 암모니아수(NH4OH), 수산화암모늄(ammonium hydroxide) 및 과산화수소수(H2O2) 중 적어도 하나의 용액과 탈이온수와의 혼합액을 들 수 있다. 즉, 초산 및 암모니아의 화학적 반응에 의해 상기 반도체 기판(200) 상에 존재하는 폴리머 및 불순물 입자들이 반도체 기판(200)으로부터 제거될 수 있으므로, 암모니아수, 초산 및 탈이온수를 혼합한 혼합액을 스트립 용액으로서 사용하는 것이 바람직하다. 상기 유기 또는 무기 스트립 용액의 구체적인 예로는 EKC 용액, NE 용액 등을 들 수 있다. In this case, the first impurity is made of a polymer such as a photoresist remaining after etching and ashing to form the metal film pattern. Examples of the organic or inorganic strip solution include a solution of at least one of hydrochloric acid (HCl), acetic acid (CH 3 COOH), aqueous ammonia (NH 4 OH), ammonium hydroxide, and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). The liquid mixture with ionized water is mentioned. That is, since the polymer and impurity particles present on the semiconductor substrate 200 can be removed from the semiconductor substrate 200 by chemical reaction of acetic acid and ammonia, a mixed solution of ammonia water, acetic acid and deionized water is used as a strip solution. It is preferable to use. Specific examples of the organic or inorganic strip solution include EKC solution, NE solution and the like.

이때, 상기 반도체 기판(200)에 잔류하는 유기 또는 무기 스트립 용액 및 제2 불순물을 상온 상태의 질소가 용해된 탈이온수로 세정하여 Ti 패턴(222a), TiN 패턴(224a) 및 금속막 패턴(226a)으로 이루어진 금속 패턴(220)을 형성하도록 한다. 상기 제2 불순물은 식각 공정에서 사용된 식각 가스에 함유된 불소 이온과 상 기 Al 금속막 사이의 반응에 의해 발생되는 식각 부산물을 포함한다. At this time, the organic or inorganic strip solution and the second impurity remaining in the semiconductor substrate 200 are washed with deionized water in which nitrogen is dissolved at room temperature, and then the Ti pattern 222a, the TiN pattern 224a, and the metal film pattern 226a. To form a metal pattern 220. The second impurity includes an etch byproduct generated by a reaction between the fluorine ions contained in the etching gas used in the etching process and the Al metal film.

상기 세정 방법의 일 예로는 상기 세정 용액을 상기 스트립한 반도체 기판(200)이 충분히 잠길 수 있을 정도의 용기에 보관시키며, 상기 반도체 기판(200)을 상기 세정 용액에 침지시켜 반도체 기판(200) 전체에 제공시킬 수 있다. As an example of the cleaning method, the cleaning solution is stored in a container such that the stripped semiconductor substrate 200 can be sufficiently immersed, and the semiconductor substrate 200 is immersed in the cleaning solution so that the entire semiconductor substrate 200 is immersed. Can be provided.

상기 질소 용해된 세정 용액은 탈이온수에 질소 가스를 공급하여 10ppm 내지 20ppm의 농도를 유지하도록 형성시킬 수 있다. 또한, 상기 질소 용해된 세정 용액의 온도는 상온 상태(25℃)로 유지시키고, 세정 시간은 5분 내지 15분 미만 동안 수행한다. 그리고, 상기 질소 가스를 용해시키는 동안 상기 탈이온수에 메가소닉 에너지가 인가된다. 이때, 상기 세정 용액이 담긴 용기 전체는 메가소닉 에너지를 전달할 수 있는 매개체로서 외부로부터 파워를 인가하여 상기 용기 전체로 메가소닉 에너지를 제공한다.The nitrogen-dissolved cleaning solution may be formed to supply nitrogen gas to deionized water to maintain a concentration of 10 ppm to 20 ppm. In addition, the temperature of the nitrogen-dissolved cleaning solution is maintained at room temperature (25 ℃), the cleaning time is carried out for 5 minutes to less than 15 minutes. And, while dissolving the nitrogen gas, megasonic energy is applied to the deionized water. In this case, the entire container containing the cleaning solution is a medium capable of delivering megasonic energy to provide megasonic energy to the entire container by applying power from the outside.

상기 세정 방법의 다른 예로는 상기 질소 가스 용해된 탈이온수로 이루어진 세정 용액을 낮은 압력으로 분사시켜 반도체 기판(200)에 세정액막을 형성시키면서, 상기 세정액막에 메가소닉 에너지를 제공시킬 수 있다. As another example of the cleaning method, megasonic energy may be provided to the cleaning liquid film while forming the cleaning liquid film on the semiconductor substrate 200 by spraying the cleaning solution composed of the nitrogen gas dissolved deionized water at a low pressure.

그런데, 포토레지스트 패턴(230a)의 제거후 형성된 금속 패턴(220)을 살펴보면 패턴의 상면이 깨끗하게 형성되어 부분적인 막의 탈락이 없어서 매우 양호한 패턴 프로파일을 갖는다는 것을 확인할 수 있다. 이는 상기 메가소닉 에너지가 상기 질소가 용해된 세정 용액에 제공되면 메가소닉에 의해 제공된 파동에 의해 세정 용액 내부에 존재하는 탈이온수의 기포를 파열시키고, 상기 파열 압력 및 온도에 의해 물리적으로 반도체 기판 상에 잔류하는 폴리머 및 식각 부산물로 이루어진 제1 및 제2 불순물이 제거되는 것으로 이해된다.However, looking at the metal pattern 220 formed after the removal of the photoresist pattern 230a, it can be seen that the upper surface of the pattern is cleanly formed so that there is no partial dropout of the pattern and thus a very good pattern profile is obtained. This causes the bubbles of deionized water present inside the cleaning solution by the waves provided by the megasonic when the megasonic energy is provided to the nitrogen-dissolved cleaning solution, and physically onto the semiconductor substrate by the burst pressure and temperature. It is understood that the first and second impurities consisting of polymer and etching byproducts remaining in the are removed.

통상적인 경우에 실시하는 유기 또는 무기 스트립 용액 처리후의 메가소닉 에너지를 인가하는 탈이온수 세정 공정으로 수행된다. 그러나, 본 발명에서는 질소가 용해된 탈이온수를 세정 용액으로 사용하고 있다. 질소의 마이크로 버블링 효과에 의해 메가소닉 에너지로 인한 소리 압력의 증가가 감소되기 때문에 금속막 패턴(226a)의 식각이 유발되지 않는 것으로 판단된다. 보통의 경우 소닉 에너지에 의한 물리적인 손상이 액상에서 보다 빠르게 전달되기 때문이다. 그래서 통상적으로 사용되는 탈이온수를 그대로 사용하되 질소 가스를 사용하면 질소 가스가 버블링되는 부위에서 소닉 에너지의 파장이 느리게 전달되어 하부의 금속막 패턴(226a) 식각이 유발되는 것을 크게 줄일 수 있는 것이다. It is carried out in a deionized water washing process to apply megasonic energy after treatment of organic or inorganic strip solution, which is carried out in the usual case. However, in the present invention, deionized water in which nitrogen is dissolved is used as a washing solution. Since the increase in sound pressure due to megasonic energy is reduced by the microbubbling effect of nitrogen, it is determined that the etching of the metal film pattern 226a is not induced. This is because physical damage caused by sonic energy is usually transmitted faster in the liquid phase. Therefore, using deionized water that is commonly used, but using nitrogen gas, the wavelength of the sonic energy is slowly transmitted at the site where the nitrogen gas is bubbled, thereby greatly reducing the etching of the lower metal layer pattern 226a. .

세정 처리된 반도체 기판(200)은 후속으로 건조 공정을 거쳐서 다음 공정으로 진행하게 된다. The cleaned semiconductor substrate 200 is subsequently subjected to a drying process to the next process.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 금속막 패턴이 형성된 반도체 기판을 유기 또는 무기 스트립 용액을 이용하여 스트립한 다음 질소 용해된 세정 용액을 사용하면서 메가소닉 에너지가 인가되는 세정 공정을 통해 식각 부산물인 잔여 폴리머의 제거뿐 아니라 식각 가스와 금속막 사이의 반응에 의해 발생되는 불순물의 제거도 금속 배선에 손상을 주지 않으면서 수행할 수 있다. 따라서, 불순물이 완전히 제거되고 손상이 없는 금속막 패턴이 형성된 반도체 기판이 제조되어, 반도체 제조 공정에서의 생산 수율 및 신뢰도를 향상시킬 수 있다. According to the present invention as described above, the residual polymer as an etch byproduct through a cleaning process in which a megasonic energy is applied while stripping a semiconductor substrate on which a metal film pattern is formed using an organic or inorganic strip solution and then using a nitrogen-dissolved cleaning solution. The removal of impurities as well as the removal of impurities generated by the reaction between the etching gas and the metal film can be performed without damaging the metal wiring. Thus, a semiconductor substrate on which impurities are completely removed and a metal film pattern without damage is formed can be manufactured, thereby improving production yield and reliability in the semiconductor manufacturing process.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

Claims (6)

유기 또는 무기 스트립 용액을 이용하여 금속막 패턴이 형성된 반도체 기판 상에 잔류하는 제1 불순물을 제거하는 단계; 및Removing first impurities remaining on the semiconductor substrate on which the metal film pattern is formed by using an organic or inorganic strip solution; And 질소가 용해된 세정 용액을 이용하여 상기 반도체 기판 상에 잔류하는 유기 또는 무기 스트립 용액 및 제2 불순물을 제거하는 단계를 포함하되, Removing an organic or inorganic strip solution and a second impurity remaining on the semiconductor substrate by using a nitrogen-dissolved cleaning solution, 상기 질소가 용해된 세정 용액에는 메가소닉 에너지가 인가되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 방법. Megasonic energy is applied to the cleaning solution in which nitrogen is dissolved. 제1항에 있어서, 상기 세정 용액은 탈이온수에 질소 가스를 10ppm 내지 20ppm의 농도를 갖도록 용해시킨 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 방법.The semiconductor substrate cleaning method according to claim 1, wherein the cleaning solution is dissolved in deionized water to have a concentration of 10 ppm to 20 ppm. 제2항에 있어서, 상기 질소 가스를 용해시키는 동안 상기 탈이온수에 메가소닉 에너지가 인가되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 방법.3. The method of claim 2, wherein megasonic energy is applied to the deionized water while dissolving the nitrogen gas. 제1항에 있어서, 상기 질소가 용해된 세정 용액을 이용한 세정 공정은 5분 내지 15분 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 방법.The method of claim 1, wherein the cleaning process using the nitrogen-dissolved cleaning solution is performed for 5 to 15 minutes. 제1항에 있어서, 상기 제1 불순물은 상기 금속막 패턴을 형성하는 식각 공정에서 발생되는 폴리머를 포함하며, 상기 제2 불순물은 상기 식각 공정에서 사용되 는 식각 가스와 상기 금속막 사이의 반응에 의해 발생되는 식각 부산물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 방법.The method of claim 1, wherein the first impurity comprises a polymer generated in an etching process of forming the metal film pattern, and the second impurity is a reaction between an etching gas used in the etching process and the metal film. A method of cleaning a semiconductor substrate comprising etching by-products generated by the process. 제1항에 있어서, 상기 유기 또는 무기 스트립 용액 및 제2 불순물을 제거하는 단계 이후에, 건조하는 단계를 더 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 세정 방법.The method of claim 1, further comprising drying the organic or inorganic strip solution and the second impurity.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160016479A (en) * 2014-08-05 2016-02-15 칩본드 테크놀러지 코포레이션 Method for photoresist stripping

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