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KR0147659B1 - 반도체 장치의 세정에 사용되는 세정액 및 이를 이용한 세정방법 - Google Patents

반도체 장치의 세정에 사용되는 세정액 및 이를 이용한 세정방법

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KR0147659B1
KR0147659B1 KR1019950025459A KR19950025459A KR0147659B1 KR 0147659 B1 KR0147659 B1 KR 0147659B1 KR 1019950025459 A KR1019950025459 A KR 1019950025459A KR 19950025459 A KR19950025459 A KR 19950025459A KR 0147659 B1 KR0147659 B1 KR 0147659B1
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Abstract

본 발명은 반도체 장치의 세정액을 개시한다. 본 발명은 반도체 장치의 금속층 세정에 이용되는 세정액에 있어서, 상기 세정액은 암모니아수, 메탄올, 불산 및 순수로 구성되는것을 특징으로 하는 세정액을 제공한다. 본 발명에 의한 세정액은 단순히 각 용액을 혼합하는것만으로 제조가 가능하고, 세정하는 금속층을 식각 및 손상시키지 않으면서도 풀리머 및 불순물 입자를 제거할 수 있다. 따라서, 반도체장치의 세정 공정을 단순화시킬 수 있으며 수율 및 신뢰성을 항상시킬 수 있다.

Description

반도체 장치의 세정에 사용되는 세정액 및 이를 이용한 세정방법
제 1도는 본 발명에 의하여 세정액의 조성비에 따른 금속층의 부식정도를 도시한 그래프이다.
제2도는 종래의 세정액들과 본 발명에 의한 세정액의 불순물 입자 제거력을 비교한 사진들이다.
제3도는 및 제4도는 종래의 세정액과 본 발명에 의한 세정액의 폴리머 제거력을 비교하여 나타낸 SEM사진이다.
제 5도는 본 발명에 의한 세정액의 수소이온 농도를 도시한 그래프이다.
제 6도는 본 발명에 의한 세정액의 시간에 따른 수소이온 농도의 변화를 도시한 그래프이다.
제 7도는 본 발명에 의한 세정액의 시간에 따른 핏 부식밀도를 도시한 그래프이다.
본 발명의 반도체 장치의 제조에 사용되는 세정액에 관한 것으로서, 특히 반도체 장치의 금속측 세정에 사용되는 세정액 및 이를 이용한 세정방법에 관한 것이다.
반도체의 제조공정에서, 반도체 장치가 고집적화되어 가면서 회로배선의 결함 제거는 매우 중요하다. 따라서, 반도체 장치의 제조공정에는 수십번의 세정공정이 삽입된다. 이 세정 공정은 반도체 장의 제조공정중 먼저, 불순물입자(particle), 유기물, 무기물, 각종 중금속류등을 제거한다. 궁극적으로 반도체 장치의 회로상에 어떠한 원하지 않는 물질의 제거를 위한 것이 세정공정이며, 넓게 보아 식각(etch)공정도 포함한다.
일반적으로, 금속층, 예컨대 일루미늄층이 형성된 반도체 기판을 세정하는 데 있어서, 종래기술은 아민류(Amine, Aminoethyl piperadine, lsopropyl amine, Hydroxlethyl morpholine, Amino alcohol, Amonium salt, Diethylentriamine등)와 솔벤트류(NMP, DMSO, DMAC, AMF, sulfotane, BLO등과 이들의 혼합물)로 구성된 세정액을 사용하여 금속층 상에 형성된 감광막(photoresist)의 제거(strip)와, 금속층들사이에 형성된 중간층(IMD:Inter Metal Dielectric)에 접촉창(via contact hole)을 형성할 때에 발생하는 폴리머의 제거에 사용한다.
그러나, 상기 아민류와 솔벤트를 혼합한 세정액으로 세정공정을 진행할 경우, 금속층의 화학적인 부식이 발생하여 금속층의 상당부분이 부식되어 설계된 대로의 정항과 전도도를 유지할 수가 없게 된다. 또한, 이 금속층의 부식정도를 최소화하고 건식식각공정에서 발생된 폴리머를 용이하게 제거하기 위하여 다른 세정액(예를 들면, NP-935라는 조성이 알려져 있지 않은 세정액)을 이용하여 세정공정을 수행하게 되면, 세정액의 기본적인 기능인 불순물입자(particle)를 제거하는 능력이 떨어진다. 그러므로 상기 세정공정 이후에는 반드시 불순물 입자 제거공정으로 암모니아(NH40H), 과산화수소(H202) 및 탈이온수(DI:H20)로 구성되는 SC-1이라는 불순물 입자 제거 전용 세정액으로 세정공정을 한번 더 수행하영야 하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 한 번의 세정공정으로 금속층의 부식을 시키지 않으면서 폴리머와 불순물입자의 제거가 가능한 세정액을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 세정액을 사용한 반도체 장치의 세정방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체 장치의 금속층 세정에 이용되는 세정액에 있어서, 상기 세정액은 암모니아수, 메탄올, 불산 및 순수로 구성되는 것을 특징으로 하는 세정액을 제공한다. 상기 암모니아수는 1% 내지 50%의 순도를 가지며, 상기 메탄올은 90%재지 100%의 순도를 가지며, 상기 불산은 1% 내지 60%의 순도를 가진다. 또한, 상기 세정액의 혼합비는 암모니아수의 부피 1에대하여, 메탄올의 부피를 1배 내지 50배로 하고, 순수의 부피를 0.1배 내지 50배로 하며, 불산의 부피는 상기 암모니아수, 메탄올과 순수를 혼합한 용액에 대하여 1 내지 10000피피엠(PPM)이다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체 기판 상에 형성되는 금속층의 세정방법에 있어서, 상기 세정방법은 금속층이 형성된 반도체 장치의 세정방법을 제공한다.
상기 세정액의 온도를 20℃ 내지 100℃로 하여 세정하며, 바람직하게는 상기 세정액의 온도를 45℃하여 세정한다. 상기 세정단계의 세정시간은 8시간 이내로 하며, 바람직하게는 10분 이내로 한다. 또한, 상기 금속층은 티타늄 나이트라이드와 알루미늄 합금의 이중층으로 구성되어 있다. 본 발명에 의한 세정액은 단순히 각 용액을 혼합하는 것만으로 제조가 가능하고, 세정하는 금속층을 식각 및 손상시키지 않으면서도 폴리머 및 붉순물 입자를 제거할 수 있다. 따라서, 반도체 장치의 세정 공정을 단순화시킬 수 있으며 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 세정액을 설명한다. 본 발명의 세정액은 암모니아수, 메탄올, 불산 및 순수로 구성된다. 상기 암모니아수는 1% 내지 50%의 순도를 가지며, 상기 메탄올은 90% 내지 100%의 순도를 가진다. 상기 불산은 1% 내지 60%의 순도를 가진다. 그릭고, 상기 세정액의 혼합비는 암모니아수의 부피 1에 대하여, 메탄올의 부피를 1배 내지 50배로 하고, 순수의 부피를 0.1배 내지 50배로 하며, 불산의 부피는 상기 암모니아수, 메탄올과 순수를 혼합한 용액에 대하여 1 내지 10000피피엠(PPM)이다.
이어서, 상술한 본 발명의 세정액을 사용하여 금속층이 형성된 반도체 기판을 세정하였을때 부식정도, 폴리머 제거능력 및 불순물(파티클)제거능력을 설명한다.
제1도는 본 발명에 의하여 세정액의 조성비에 따른 금속층의 부식정도를 도시한 그래프이다.
구체적으로, 암모니아수:메탄올:물의 부피비를 1:10:1로써 구성하고 불산을 500ppm 내지 50000ppm까지 첨가하여 구성한 세정액으로 금속층이 형성된 반도체 기판을 세정하여 불산의 첨가분량에 따른 금속층의 부식정도를 도시하였다. x축은 불산의 첨가량이며, y축은 금속층의 부식정도를 나타낸다. 첨가된 불산의 양이 600 내지 700피피엠이 될때까지는 금속층의 부식정도가 증가하지만 그 이후로는 점점 감소하며 약 2000피피엠이 넘으면 금속층의 부식정도가 거의 없는 상태가 된다. 이러한 현상은 다음과 같은 화학반응식으로 설명한다.
먼저 ③식에서, F- 이온은 물과 반응하여 OH-이온을 유발하지만, NH3의 분위기에서는 HF의 양에 따라서 반응의 영향이 방향이 변화를 일으키게 된다. 특히 NH3분위기에서 HF의 양이 미량일때(600 내지 700피피엠 이하)반응은 순방향 반응을 일으켜 OH-이온을 유발시키는 형태로 이루어지지만 HF의 양이 증가하면(600 내지 700피피엠 이상) 역방향 반응으로 바뀌어 OH-이온을 도리어 감소시키는 OH- 소멸반응이 일어나다. 따라서 HF의 양이 증가할 수록 OH-이온이 감소하여 금속층 부식정도가 줄어든다.
제2도는 종래의 세정액들과 본 발명에 의한 세정액의 불순물 입자 제거력을 비교한 사진들이다.
구체적으로, 종래의 세정액인 NP-935와 SC-1에 대하여 본 발명에 의한 세정액의 불순물 입자 제거력을 비교하였다. 종래의 금속 세정액인 NP-935의 불순물 입자 제거력이 약10%에 불과하나 본 발명에 의한 세정액은 80%의 제거력을 보인다. 따라서, 종래의 세정액중 그 불순물 입자 제거력이 가장 뛰어난 SC-1과 비교해 비슷한 수치의 불순물 입자 제거력을 보인다.
제3도 및 제4도는 각각 종래의 세정액과 본 발명에 의한 세정액의 폴리머 제거력을 비교하여 나타낸 SEM사진들이다.
구체적으로, 폴리머는 금속층을 건식식각 공정으로 식각할때 유발되며 이 폴리머가 포토레지스트의 제거 공정후에도 제거되지 않으면 후속의 금속막 증착 공정에 영향을 주어 콘택의 저항이 증가하는 등의 결함을 가져오므로 이의 제거가 반드시 필요하다. 본 발명에 의한 세정액으로 금속층이 형성된 기판을 세정하면, 제4도에 도시한 바와 같이 제3도에 도시한 종래의 세정액인 NP-935와 비교하여 조금도 뒤지지 않으며, 오히려 뛰어난 폴리머 제거력을 보여준다. 상기 NP-935 세정액은 일반적으로 70℃의 온도에서 약 30분 이상을 진행하여야 하고, 3분의 IPA(Iso Prophy Alcohol)및 순수를 사용한 세정액 세척 공정을 3분정도 진행하는 것을 필수로 하므로 긴 공정진행시간을 필요로 한다. 이에 반하여, 본 발명의 세정방법은 세척공정과 10분의 회전건조 공정만을 수행하므로 세정에 따른 공정 소요시간을 10분이상 단축할 수 있다.
다음에, 불순물 입자 제거에 관계되는 세정액의 수소이온 농도 및 세정액의 시간에 따른 핏 부식밀도를 설명한다.
제5도는 본 발명에 의한 세정액의 수소이온 농도를 도시한 그래프이다.
구체적으로, 암모니아수, 메탄올 및 물의 부피가 각기 1:10:1 일때 불산의 첨가량에 따른 수소이온농도의 그래프이다. 불산을 첨가하기 전의 수소이온농도는 11정도인데, 불산을 첨가하면서 수소 이온농도가 줄어들어 10000ppm정도를 첨가하게 되면 수소이온농도가 약9에 이르게된다. 불순물 입자 제거에 가장 적절하다고 알려져 있는 세정액의 수소이온농도는 0내지 10정도이므로 본 발명에 의한 세정액의 수소이온농도는 이에 부합한다. 상기 메탄올의 부피가 약 20배를 가지게되면 불산 첨가량이 10000ppm일때 8.5정도의 수소이온농도를 나타내게된다.
제6도는 본 발명에 의한 세정액의 시간에 따른 수소이온농도의 변화를 도시한 그래프이다.
구체적으로, 본 발명에 의한 세정액의 제조시점으로부터 시간경과에 따른 수소이온농도의 변화를 실험하였다. 도면을 참조하면, 세정액의 제조 후 8시간이 지난 후에도 수소이온농도는 큰 변화가 없다. 보다 상세하게는, 초기에 9.6이던 수소이온농도가 8시간 후에는 9.2를 나타낸다. 즉 8시간 내에는 세정액으로서의 기능을 충분히 수행할 수 있다. 상기 8시간이후에는 구성용액의 증발량이 많아 세정액을 구성하는 각 구성액들을 추가 공급해 주는 것이 바람직하다.
제7도는 본 발명에 의한 세정액의 시간에 따른 핏 부식밀도를 도시한 그래프이다.
구체적으로, 본 발명에 의한 세정액속에 금속층을 가진 시료를 담그어 8시간을 경과하면서 그에 따른 핏 부식 밀도를 관찰하였다. 상기 핏부식밀도는 금속의 입자경계에서 국부적으로 특정부위가 뜯겨나간것처럼 나타나는 부식현상이다. 상기 본 발명에 의한 세정액의 가용유효시간인 8시간이내에는 거의 변화가 없어 아무런 문제가 없다. 본 실험에 사용된 시료는 증착된 금속층과 이를 열흐름(flow)시킨 금속층에 대하여 실험하였다. 이 두 금속층은 특성에 있어선 차이가 없으며 단지 입자경계의 크기에 있어서 상기 열흐름 금속층이 증착 금속층보다 약 10배 가량 크다.
본 발명에 의한 세정액은 폴리머 제거력에서 종래의 세정액인 NP-935와 동등한 능력을 지니며, 불순물입자 제거력에서 종래의 SC-1과 동등한 능력을 가지고 있어 각기 달리하던 두 공정을 단 한번의 세정공정으로 단순화시킬 수 있다. 본 발명에 의한 세정액은 단순히 각 용액을 혼합하는 것만으로 제조가 가능하고, 세정하는 금속층을 식각, 손상시키지 않으면서도 폴리머 및 불순물입자를 짧은 시간내에 제거할 수 있다. 따라서, 반도체 장치의 세정 공정을 단순화시킬 수 있으므로 공정단가가 낮아지며 수율 및 신뢰성을 향상시킨다.
이상, 본 발명을 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이아니고, 당업자의 통성적인 지식의 범위에서 그 변형이나 개량이 가능하다.

Claims (11)

  1. 반도체 장치의 금속층 세정에 이용되는 세정액에 있어서, 상기 세정액은 암모니아수, 메탄올, 불산및 순수로 구성되는 것을 특징으로 하는 세정액.
  2. 제1항에 있어서, 상기 암모니아수는 1% 내지 50%의 순도를 가짐을 특징으로 하는 세정액.
  3. 제1항에 있어서, 상기 메탄올은 90% 내지 100%의 순도를 가짐을 특징으로 하는 세정액.
  4. 제1항에 있어서, 상기 불산은 1% 내지 60%의 순도를 가짐을 특징으로 하는 세정액.
  5. 제1항에 있어서, 상기 세정액의 혼합비는 암모니아수의 부피 1에 대하여, 메탄올의 부피를 1배 내지 50배로 하고, 순수의 부피를 0.1배 내지 50배로 하며, 불산의 부피는 상기 암모니아수, 메탄올과 순수를 혼합한 용액에 대하여 1 내지 10000피피엠(PPM)인 것을 특징으로 하는 세정액.
  6. 반도체 기판 상에 형성되는 금속층의 세정방법에 있어서, 상기 세정방법은 금속층이 형성된 반도체 기판을 암모니아수와, 메탄올과, 불산 및 순수로 구성된 세정액을 사용하여 세정하는 단계를 포함하는것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정방법.
  7. 제6항 있어서, 상기 세정액의 온도를 20℃ 내지 100℃로 하여 세정하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 세정액의 온도를 45℃하여 세정하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 세정단계의 세정시간은 8시간 이내로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 세정단계의 세정시간은 10분 이내로 하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정방법.
  11. 제6항에 있어서, 상기 금속층은 티타늄 또는 티타늄나이트라이드와 알루미늄 합금의 이중층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 세정방법.
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