KR980012033A - 반도체 장치의 세정방법 - Google Patents

Abstract

티CMP공정후에 발생되어 잔존하는 세척된 산화물의 잔류물 및 현탁액을 효과적으로 제거하며, 동시에 금속의 오염을 방지 할 수 있는 반도체 장치의 세정 방법에 대하여 개시한다. 상기 반도체 장치의 세정 방법은 CMP공정후 세척을 위한 용액으로 아세트 산 및 상기 아세트산의 양을 기준으로 할 때 0.002wt%∼25 wt%의 불화암모늄, 불화수소 및 불화붕산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 불소화합물 및 탈이온수 또는 이들의 혼합물을 포함하거나 또는 카르보닐군을 포함하는 킬레이트 화합물을 첨가한 세척용액을 사용하여 세척한 후, 암모늄 포르메이트 및 암모늄 바이카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 킬레이팅 화합물을 포함하는 헹굼액으로 헹군다. 베리어 금속으로 사용되는 Ti/TiN 및 금속전극에 손상을 주지않는 세정용액을 제조하여 사용함으로써, CMP후 잔존하는 폴리싱된 산화막의 잔류물 및 현탁액을 효과적으로 제거할 수 있다.

Description

반도체 장치의 세정방법

본 발명은 반도체 장치의 세정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다층의 배선을 가지는 고밀도의 반도체 디바이스를 CMP(Chemical Mechanical Polishing)공정이후에 세정하기 위한 반도체 장치의 세정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조공정이란 웨이퍼를 대상으로 하여 목적하는 바에 따라 가공 처리하는 과정이다. 반도체 결정속에 전자회로를 구성하는 트랜지스터, 다이오드, 커패시터 및 저항 등을 만들어 넣고 상호 배선을 연결하여 하나의 전자회로로서의 기능을 갖게하기 위한 반도체 장치의 집적회로를 제조하는 경우에는, 기본적인 공정인 산화(Oxidation) 공정, 확산(Diffusion) 공정, 사진식각(Photolithography) 공정, 화학증착(Chemical Vapor Deposition) 공정 및 이온 주입(Ion-Implation) 공정 등으로 분류되며, 그에 따르는 여러 가지 단위공정의 반복이나 조합으로 이루어지게 된다.

이러한 여러 가지 단위공정을 거치는 동안 외부의 영향에 의해 반도체기판 표면에 유기물과 자연산화막이 형성되는데 이를 제거하기 위하여 다수의 H₂SO 또는 H₂O₂등이 세정용액 및 세정장치를 이용하고 있다. 즉, 웨이퍼의 가공 공정에서 생기는 오염이 다음 공정에 영향을 미치지 못하게 하기 위하여, 주요 미세가공의 처리에 앞서 웨이퍼 표면을 세척 처리하는 공정이 설치되어 있다. 웨이퍼의 표면에 박막을 형성하는 경우, 웨이퍼의 표면에 미립자, 유기물 및 무기물 등의 유해 오염물질이 발생하게 되는데, 먼지(dust)의 경우에는 박막에 핀홀이 형성되는 원인이 되고, 유기물의 경우에는 박막과 웨이퍼와의 부착력을 약화시키는 원인이 되며, 무기물 및 자연산화막의 경우에는 웨이퍼의 표면에서 막의 박리현상이 발생되는 원인이 된다.

이와 같이, 웨이퍼에 형성되는 회로패턴의 미세화가 계속되고, LSI가 고밀도, 고집적화됨에 따라 미립자(paricle)나 금속 불순물등으로 대표되는 미세오염(micro-contamination)이 제품의 수율과 신뢰성에 큰 영향을 미치게 되었다. 이 때문에 초LSI공정의 청정화의 중요성이 한층 높아지고 있다.

최근 반도체 디바이스의 고집적화와 더불어 반도체 공정의 복잡화 및 디바이스내의 멀티메탈(multi-metal)구조를 도입하게 되었다. 특히 SPU 디바이스에서는 처리속도를 증가시키기 위하여 더욱 더 많은 메탈라인(metal line)을 도입하고 있다. 이러한 다층의 배선을 가지는 디바이스의 형성을 위하여 현재 많은 공정 중에서 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 과정을 포함시키고 있다. 즉, BPSG VSG, SOG등과 같은 유동성 막질을 이용하고 에칭백(etch back)공정을 도입하기도 하며, 알루미늄(Al)에 대해서는 플로우(flow)공정이 이루어지고 있기도 하다.

그러나 상기와 같은 막질의 이용 및 플로우 방법보다 절대적인 평탄도를 얻기 위해 최근에 CMP(Chemical Mechanical Polishing)공정이 도입 되었다. CMP공정은 뛰어난 평탄도를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면, 폴리싱(Polishing)되는 막질 및 CMP 슬러리에 의한 입자(particle)가 발생되며, 따라서 폴리싱 되는 막질 및 슬러리에 포함되어 있는 금속 오염물질(metal contamination)을 제거해야하는 문제가 발생된다.

일반적인 반도체 기판들의 세척방법으로서, 종래기술에서는 증기세척 및 건조법이 사용되어 왔으며, 종래 방법에서 대부분의 오염물을 제거하는 방법은 기판을 수성 세척액 또는 탈이온수(De-Ionized Water : D.I.Water)에 침지시킨 상태에서 초음파 또는 고주파 진동으로 기판에 붙은 이물질을 제거하는 방법과, 수성 세정액 또는 탈이온수를 사용하여 PVA포옴(foam)의 브러시로 마찰세력을 행하는 방법, 또는 기판을 H₂SO₄또는 SC-1용액에 침지시켜 유기물질의 제거 후 기판을 이소프로필알콜 또는 플론(플루오르카본)의 세척용제증기에 방치함으로써 기판표면에 증기가 응축하여 기판표면이 세척되며, 기판의 온도와 증기의 온도가 같아질때 기판이 건조되는 것을 이용한 방법등이 있다.

본 발명은 세정후에 손상된 산화막질을 적절히 에칭시켜 제거하고 배리어 메탈(barrier metal)로 사용되는 티타늄/ 질화티타늄(Ti/TiN) 및 금속전극(metal plug)에 손상을 주지 않는 반도체 장치의 세정 방법을 제공하며, 또한, 본 발명은 CMP공정후에 발생되어 잔존하는 세척된 산화물의 잔류물 및 슬러리를 효과적으로 제거하고, 동시에 금속의 오염을 방지 하는데 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 반도체 장치의 세정방법은 먼저, CMP후 드러나는 손상된 산화(oxide)막질을 적정한 두께(약 20∼300Å)로 식각하여 제거한다.

다음, 아세트산(CHC₃OOH) 및 불소(F)를 포함하는 화합물을 사용하여 세정한다. CMP공정 이후 잔존하는 폴리싱된 산화막의 잔류물 및 현탁액을 효과적으로 제거할 수 있으며, 금속 오염의 제지효과 또한 볼 수 있다. 상기 아세트산은 또한 금속의 침입을 방지하는 반응억제제(inhibitor)의 역할을하여 금속층을 보호하며, 상기 아세트산에 존재하는 카르복실산군의 금속 조정(coordination)에 의해 금속오염의 제거에도 효과가 있다.

상기 아세트산에 탈이온수(De-Ionized Water) 또는 불소화합물을 소량 첨가하면 금속의 손상없이 손상된 상기 산화막질을 제거할 수 있다. 특히, 상기 아세트산에 상기 아세트산의 양을 기준으로하여 약 0.001 wt%∼25 wt% 에 해당하는 화학농도 만큼의 탈이온수 및 불소화합물을 첨가한 경우에 바람직하다. 이러한 불소 화합물로서는 불화암모늄(NH₄F), 불화수소(HF) 및 불화붕산(HBF₄) 등의 화합물을 들 수 있다. 상기 탈이온수는 산화막이 P-TEOS인 경우에 바람직하게 사용할 수 있다.

CMP공정후 드러나는 손상된 상기 산화막질을 적정한 두께로 식각한 후에는 상기 아세트 산 및 상기 아세트 산의 양을 기준으로 할 때 0.001중량%∼25중량%의 상기 불화암모늄, 상기 불화수소 또는 상기 불화붕산, 또는 이들의 혼합물 및 상기 탈이온수 또는 이들의 혼합물을 포함하는 세척용액을 사용하거나, 또는 카르보닐기를 포함하는 킬레이트 화합물을 첨가한 세척용액을 사용하여 세척한다.

상기 세정공정이 끝난 후에는 암모늄 포르메이트 또는 암모늄 바이카보네이트와 같은 하나의 킬레이팅 화합물을 포함하는 헹굼액으로 제조중인 반도체 장치를 헹구어 CMP공정후에 남게되는 금속 오염물질을 완전히 제거할 수 있게되는 것이다.

이상에서 설명한 바와같이 본 발명에 따른 반도체 세척방법은, 베리어 금속으로 사용되는 Ti/TiN 및 금속전극에 손상을 주지않는 세정용액을 제조하여 사용함으로써, CMP후 잔존하는 폴리싱된 산화막의 잔류물 및 현탁액을 효과적으로 제거할 수 있으며, 금속오염의 제지효과 및 금속오염의 제거에도 효과가 있고, 또한 금속의 손상없이 손상된 상기 산화막질을 제거할 수 있고, CMP공정후에 남게되는 이물질들을 완전히 제거할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당업자에 의해 그 개량이나 변형이 가능하다.

본 발명의 목적은 세정후에 손상된 산화막질을 적절히 에칭시켜 제거하고 배리어 메탈(barrier metal)로 사용되는 티타늄/ 질화티타늄 (Ti/TiN) 및 금속전극(metal plug)에 손상을 주지 않는 반도체 장치의 세정 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 CMP공정후에 발생되어 잔존하는 세척된 산화물의 잔류물 및 슬러리를 효과적으로 제거하며, 동시에 금속의 오염을 방지 하는데 있다.

Claims (1)

1. CMP공정이후 세정을 위한 용액으로 아세트 산 및 상기 아세트산의 양을 기준으로 할 때 0.001 wt%∼25 wt%의 불화암모늄, 불화수소 및 불화붕산으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 불소화합물 및 탈이온수 또는 이들의 혼합물을 포함하거나 또는 카르보닐기를 포함하는 킬레이트 화합물을 첨가한 세척용액을 사용하여 세척하는 단계; 및 암모늄 포르메이트 및 암모늄 바이카보네이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 킬레이팅 화합물을 포함하는 헹굼액으로 헹구는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정 방법.

   ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.