KR20110012449A - 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 구리배선이 형성된 웨이퍼에 대하여 상기 웨이퍼 후면에 발생된 오염물을 제거하기 위해서 세정 공정을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법에 있어서, 상기 세정 공정은 상기 웨이퍼의 후면에 오염물 제거용 에천트를 분사시키면서 상기 웨이퍼의 전면에 수소를 포함하는 환원제를 동시에 분사시켜 수행한다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 구리배선이 형성된 웨이퍼의 세정 공정시 구리가 산화되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 반도체 제조 공정은 크게 사진 공정, 확산 공정, 식각 공정 및 박막 증착 공정으로 구성되어 있으며, 이러한 공정들을 반복적으로 수행하는 것을 통해서 소망하는 형태의 반도체 소자를 제조하고 있다.
아울러, 상기의 각 단위 공정들을 진행한 후에는 해당 단위 공정들 중에 원치 않게 발생되는 파티클(Particle) 및 잔류물(Residue)과 같은 오염물을 제거하기 위하여 세정 공정을 진행하고 있다. 상기 세정 공정을 통해서 반도체 기판의 표면을 깨끗한 상태로 유지시킬 수 있으며, 따라서, 상기 세정 공정은 반도체 소자의 품질을 결정하는 중요한 공정이다.
일 예로, 구리배선이 형성된 전면과 후면을 갖는 웨이퍼에 대하여 상기 웨이퍼 후면에 발생된 오염물을 제거하기 위해서 HF 및 H2O2를 포함하는 FPM(Hydrogen fluoride peroxide mixture) 용액을 사용하여 세정 공정을 수행한다.
그런데, 상기 세정 공정시 상기 FPM 용액이 상기 웨이퍼 후면 뿐만 아니라 상기 웨이퍼 전면 가장자리부에도 접촉하게 되며, 상기 FPM 용액에 의하여 상기 웨이퍼 전면 가장자리부, 자세하게, 구리 표면에 있는 Cu2O막이 상기 FPM 용액의 HF에 의하여 제거되어 상기 구리 표면이 노출되는 문제가 발생한다.
이로 인해, 상기 노출된 구리 표면이 상기 FPM 용액의 H2O2 및 공기(O2)와 접촉하여 구리의 산화가 발생되며, 상기 구리의 산화로 인하여 스탠바이 전류(ISB) 불량이 발생하여 소자의 제조 수율을 저하시키는 문제가 발생한다.
본 발명은 구리배선이 형성된 웨이퍼의 세정 공정시 구리가 산화되는 것을 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 스탠바이 전류 및 소자의 제조 수율을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 구리배선이 형성된 웨이퍼에 대하여 상기 웨이퍼 후면에 발생된 오염물을 제거하기 위해서 세정 공정을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법에 있어서, 상기 세정 공정은 상기 웨이퍼의 후면에 오염물 제거용 에천트를 분사시키면서 상기 웨이퍼의 전면에 수소를 포함하는 환원제를 동시에 분사시켜 수행한다.
상기 오염물 제거용 에천트는 H2O2를 포함하는 혼합액이다.
상기 오염물 제거용 에천트는 HF와 H2O2의 혼합액을 포함한다.
상기 수소를 포함하는 환원제는 NH2OH를 포함한다.
상기 수소를 포함하는 환원제는 30∼50℃의 온도로 분사시킨다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 상기 세정 공정을 수행하는 단계 후, 순수(DI water)로 린스하는 단계를 더 포함한다.
본 발명은 구리배선이 형성된 웨이퍼의 세정 공정시 상기 웨이퍼의 후면에 HF 계열의 에천트를 분사시키면서 상기 웨이퍼의 전면에 수소를 포함하는 환원제를 동시에 분사시켜 수행한다. 이처럼, 본 발명은 상기 수소를 포함하는 환원제를 동시에 분사시킴으로써, 상기 웨이퍼의 전면 가장자리부에서 발생 가능한 구리의 산화를 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 에이퍼 후면을 안정적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 상기 웨이퍼 전면 가장자리부에서 발생 가능한 구리의 산화를 방지할 수 있으므로, 상기 구리의 산화로 인하여 발생하는 스탠바이 전류 불량을 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 소자의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명 하도록 한다.
도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 전면(100a) 및 상기 전면(100a)에 대향하는 후면(100b)을 가지며, 상기 전면(100a)에 구리배선(도시안됨)이 형성된 웨이퍼(100)를 세정 장치에 배치시킨다.
여기서, 상기 세정 장치는 상기 웨이퍼(100)가 놓여지는 웨이퍼 척(1)과, 상기 웨이퍼 척(1) 상에 배치되어 실질적으로 웨이퍼(100)를 고정시키도록 역할하는 고정 핀(P)과, 상기 웨이퍼 척(1)의 하부에 배치되어 상기 웨이퍼(100)를 포함한 상기 웨이퍼 척(1)을 지정된 속도록 회전시키도록 역할하는 회전 축(2)을 포함하며, 상기 웨이퍼 척(1) 및 상기 회전축(2) 내부에 상기 웨이퍼(100)의 상기 전면(100a)에 공기, 가스, 분말 및 액체 따위를 뿜어내는 구멍(도시안됨)을 갖는 분사구(3)가 설치되어 있다.
따라서, 상기 전면(100a)에 구리배선이 형성된 웨이퍼(100)는 상기 고정 핀(P)에 의하여 상기 웨이퍼 척(1)의 상부에 놓여진 것으로 이해될 수 있으며, 또한, 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(100)는 구리배선이 형성된 전면(100a)이 상기 웨이퍼 척(1)과 마주보도록 배치된 것으로 이해될 수 있다.
한편, 상기 웨이퍼(100)의 상기 후면(100b)에는, 도시하지 않았으나, 질화막이 형성되어 있으며, 상기 질화막은 구리배선을 형성하기 전에 캐패시터를 형성하기 위한 공정 단계에서 식각방지막으로서 형성된 것이다.
도 1b를 참조하면, 상기 웨이퍼(100)의 후면(100b)에 발생된 오염물(도시안됨)을 제거하기 위하여 상기 웨이퍼(100)의 상기 후면(100b)에 오염물 제거용 에천트, 즉, HF 계열의 에천트(Etchant)를 분사시키는 방식으로 세정 공정을 실시한다.
이때, 상기 세정 공정의 세정 대상층인 상기 웨이퍼(100)의 상기 후면(100b)에 대하여 상기 HF 계열의 에천트를 분사함과 동시에 상기 웨이퍼 척(1) 및 상기 회전축(2) 내에 구비된 상기 분사구(3)를 통하여 상기 웨이퍼(100)의 상기 전면(100a)에 수소를 포함한 강환원제를 동시에 분사시킨다. 상기 HF 계열의 에천트는 산화막을 식각하는 에천트로, 예를 들어, HF 및 H2O2를 포함하는 FPM(Hydrogen fluoride peroxide mixture) 용액을 포함하며, 상기 수소를 포함한 강환원제는 NH2OH를 포함한다.
여기서, 상기 수소를 포함한 강환원제인 상기 NH2OH는 유기성 물질을 용해시키는 역할을 하기 때문에, 구리의 산화 및 부식을 방지하기 위하여 분사시켜 주는 것이며, 또한, 상기 NH2OH는 공기 중의 AMC(Air molecule contamination)를 제거하여 상기 웨이퍼(100)를 안정적으로 프레쉬(Fresh)하게 분위기를 조정할 수 있기 때문에, 상기 구리의 산화 및 부식을 방지할 수 있다.
한편, 상기 수소를 포함한 강환원제는 구리의 산화, 즉, 부식(Corrosion)을 방지하기 위하여 상기 웨이퍼(100)의 상기 전면(100a)에 분사시키는데, 이때, 상기 수소를 포함한 강환원제는 상기 수소의 반응성 및 환원성을 증대시키기 위하여, 예를 들어, 30∼50℃의 온도로 분사시키고, 상기 수소를 포함한 강환원제는 상기 회 전축(2)을 이용하여, 예를 들어, 700∼1000rpm의 속도 및 반시계 방향으로 회전시킨다.
따라서, 자세하게 도시하지 않고 설명하지 않았으나, 상기 수소를 포함한 강환원제는 상기 분사구(3)의 상기 구멍을 통하여 상기 웨이퍼(100)의 상기 전면(100a)에 분사될 수 있다.
이하에서는, 상기 HF 계열의 에천트와 상기 수소를 포함한 강환원제를 이용하여 상기 구리의 산화 방지를 설명하도록 한다.
하기의 반응식 1은 상기 NH2OH가 상기 FPM의 H2O2 및 공기(O2)와 반응하여 구리의 산화를 방지하는 것을 보여주는 반응식이고, 반응식 2는 상기 NH2OH가 상기 웨이퍼 후면에 발생된 오염물, 예를 들어, 카본기를 가지는 유기화합물을 제거하는 것을 보여주는 반응식이다.
2H ＋ (aq) ＋ 2e- → H2(g)
2H ＋ (aq) ＋ H2O2(aq) → 2H2O(aq)
2H ＋ (aq) ＋ 1/2 O2(aq) → 2H2O(aq)
R-X ＋ NH2OH → R-NHOH ＋ HX
반응식 1에서, 상기 NH2OH의 수소(H2)가 구리(Cu) 산화를 일으키는 O2 및 H2O2와 반응하여 H2O로 전환하여 구리의 산화시키는 소오스를 제거함을 알 수 있으며, 반응식 2에서는 상기 NH2OH가 웨이퍼 후면에 발생된 오염물, 예를 들어, 카본기를 가지는 유기화합물을 제거함을 알 수 있다. 여기서, R은 상기 카본기를 가지는 유기화합물을 말하고, H는 수소 원자를 말하며, 그 옆에 붙는 X는 중합체를 말한다. 그 예로, R-CH2를 들 수 있다.
이어서, 상기 웨이퍼(100)에 대하여 상기 세정 공정을 수행한 후에 순수(DI water)를 이용하여 상기 웨이퍼(100)를 린스(Rinse)한다. 여기서, 미설명된 도면부호 E는 상기 웨이퍼(100)의 전면(100a) 가장자리부를 말한다.
이후, 공지된 일련의 후속 공정들을 차례로 수행하여 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조를 완성한다.
전술한 바와 같이, 본 발명은 구리배선이 형성된 웨이퍼의 세정 공정시 상기 웨이퍼의 후면에 HF 계열의 에천트, 예를 들어, HF와 H2O2의 혼합액을 분사시키면서 상기 웨이퍼의 전면에 수소를 포함하는 환원제, 예를 들어, NH2OH를 동시에 분사시켜 수행함으로써, 상기 웨이퍼의 전면 가장자리부에서 발생 가능한 구리의 산화를 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 에이퍼 후면을 안정적으로 제거할 수 있을 뿐만 아니라 상기 웨이퍼 전면 가장자리부에 발생가능한 구리의 산화를 방지할 수 있으므로, 소자의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.
도 1a 내지 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 웨이퍼 척 2 : 회전축
3 : 분사구 100 : 웨이퍼
100a: 전면 100b: 후면
P : 고정 핀 E : 가장자리부
Claims (6)
- 구리배선이 형성된 웨이퍼에 대하여 상기 웨이퍼 후면에 발생된 오염물을 제거하기 위해서 세정 공정을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법에 있어서,상기 세정 공정은 상기 웨이퍼의 후면에 오염물 제거용 에천트를 분사시키면서 상기 웨이퍼의 전면에 수소를 포함하는 환원제를 동시에 분사시켜 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 오염물 제거용 에천트는 H2O2를 포함하는 혼합액인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 오염물 제거용 에천트는 HF와 H2O2의 혼합액을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 수소를 포함하는 환원제는 NH2OH를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도 체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 수소를 포함하는 환원제는 30∼50℃의 온도로 분사시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 세정 공정을 수행하는 단계 후,순수(DI water)로 린스하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
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