KR20000070378A - 금속층의 패시베이션 방법 - Google Patents

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Abstract

금속 에칭 공정이 행해진 반도체 웨이퍼는 불소를 함유하며 상당한 양의 CO2가 용해된 용액을 사용하여 제거되는 에칭후 잔류물을 포함한다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 잔류물을 제거하는데 사용되었던 불소를 함유한 용액 등은 상당한 양의 O3가 용해된 용제를 사용하여 웨이퍼에서 세척된다. 각각의 경우에서, 금속층의 피팅은 감소된다.

Description

금속층의 패시베이션 방법{METHOD FOR PASSIVATION OF A METALLIZATION LAYER}
순차적인 여러 공정들이 반도체 집적 회로 장치의 제조에 사용된다. 이러한 공정 중 하나는 집적 회로가 형성되는 반도체 기판 상에 증착된 금속의 에칭이다.
알루미늄은 실리콘 회로 상에서 가장 통상적으로 사용되는 금속이다. 그 성질을 향상시키기 위하여, 특히 디바이스 제조자들에게 부여된 공정 및 신뢰도 요구 조건들을 충족시키기 위하여 실리콘 및/또는 구리와의 합금되어 자주 사용된다. 그러나, 이러한 합금은 금속층의 부식율을 증가시킨다. 가장 대중적인 부식제는 염소와 불소를 함유하는 플라즈마 에치 및 HF를 함유하는 습식 에치의 해리물들이다. 종래의 금속의 차원은 0.9 ㎛ 이하이기 때문에, 부식에서 발생하는 가장 작은 피트들도 디바이스의 전기적 특성에 심각한 영향을 미칠 수 있으며, 완벽하게 회로를 손상시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 종래의 에칭 공정들은 피팅 문제를 일으키는 차후의 웨이퍼 처리 단계에서 제거되어야만 할 유기 금속 잔유뮬의 문제를 남겨둔다.
유기 금속 잔류물의 제거는 종래에는 두가지 기본형 용액 중 하나를 인가하여 달성되었다. 제1 용액은, 예를 들어 저농도 HF를 포함하는 에틸렌 글리콜계 용액이다. 제2 용액은, 예를 들어 NH4F를 포함하는 수용액이다. 제2 용액에 있어서, NH4F 용액 중 물의 농도가 크면 클 수록, 바람직하지 않은 유기 금속 잔류물을 웨이퍼로부터 제거하는데 보다 효과적인 수용액이 된다. 그러나, 보다 큰 NH4F의 농도는 금속층의 피팅성 및 피팅도를 증가시킨다. 또한, NH4F로부터의 효과적인 피팅은 저농도 NH4F에서도 관찰된다.
본 발명의 발명자는 이러한 문제점을 인식하여, 피팅성 및 피팅도를 뚜렷하게 감소시키지 않으면서도, 바람직하지 않은 유기 금속 잔류물을 웨이퍼 표면으로부터 효과적으로 제거하기 위한 방법 및 용액을 개발하였다.
<발명의 요약>
금속 에칭 공정이 행해진 반도체 웨이퍼는 불소를 함유하며 상당한 양의 CO2가 용해된 용액을 사용하여 제거되는 에칭후 잔류물을 포함한다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 잔류물을 제거하는데 사용되었던 불소를 함유한 용액은 상당한 양의 O3가 용해된 용제를 사용하여 웨이퍼에서 세척된다. 각각의 경우에서, 금속층의 피팅은 감소된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에칭후 잔류물 제거 공정의 흐름도.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에칭후 잔류물 제거 공정의 흐름도.
도 1은 발생할 수 있었던 피팅을 감소 및 제거함과 동시에, 에칭후 잔류물을 효과적으로 제거하는 것을 포함하는 공정의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 금속층을 가진 반도체 웨이퍼가 단계 10에서 제공된다. 금속층은, 예를 들어 다수의 금속 재료들 중 하나 또는 그 조합일 수 있다. 이러한 재료는 알루미늄, 알루미늄 합금 등을 포함한다. 통상적으로 사용되는 알루미늄 합금은 알루미늄과 구리의 합금을 포함한다.
단계 15에서, 금속층이 에칭되어 희망하는 금속 패턴을 형성한다. 금속층의 에칭으로 인해, 반도체 웨이퍼로부터 제거되어야 할 잔류물이 발생한다. 이러한 잔류물은 전형적으로 유기 금속 잔류물이다.
잔류물의 제거는 단계 20에서 보증된다. 단계 20에서, 신규한고 효과적인 용액이 반도체 웨이퍼에 인가된다. 보다 구체적으로, NH4F 수용액이 웨이퍼에 인가된다. 수용액은 대략 2 × 10-1정도의 NH4F 농도를 가지며, 용해된 CO2가 함유된다. 용해된 CO2의 양은 용해된 CO2를 함유하지 않는 NH4F 수용액과 비교할 때 금속층의 피팅이 실질적으로 감소되도록 충분히 많은 양이다. CO2는 수용액에서, 예를 들어 살포를 통해 용해될 수 있다. 이러한 살포는 상온에서 대략 1시간 동안 20 psi로 1 liter/minute의 속도로 이루어 진다. 이 용액은, 예를 들어 스프레이 용매 시스템 또는 스프레이 액시드 시스템으로 인가될 수 있다.
상술한 용액으로 처리한 후, 용액은 단계 25에서 반도체 웨이퍼로부터 제거된다. 예를 들어, 웨이퍼는 탈이온수 등의 스프레이를 사용하여 청정될 수 있다. 선택적으로, 용액은 IPA와 같은 중간 세척 화학제로 제거될 수 있다.
도 2는 발생할 수 있었던 피팅을 감소 및 제거함과 동시에, 에칭후 잔류물을 효과적으로 제거하는 것을 포함하는 공정의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다. 본 실시예에 따르면, 금속층을 가진 반도체 웨이퍼가 단계 30에서 제공된다. 상술한 바와 같이, 금속층은, 예를 들어 다수의 금속 재료들 중 하나 또는 그 조합일 수 있다. 이러한 재료는 알루미늄, 알루미늄 합금 등을 포함한다. 통상적으로 사용되는 알루미늄 합금은 알루미늄과 구리의 합금을 포함한다.
단계 35에서, 금속층이 에칭되어 희망하는 금속 패턴을 형성한다. 금속층의 에칭으로 인해, 반도체 웨이퍼로부터 제거되어야 할 잔류물이 발생한다. 이러한 잔류물은 전술한 바와 같이, 전형적으로 유기 금속 잔류물이다.
잔류물의 제거는 단계 40에서 보증된다. 단계 40에서, 불소를 함유한 수용액이 반도체 기판에 인가된다. 이러한 용도로 사용하기에 적절한 다른 용액들로는 에틸렌글리콜과 불소 용액, 디메틸황산 용액, 모노에탄올아민 용액 등이 있다. 본 명세서에서 예시한 특정한 실시예에 있어서, NH4F의 수용액은 웨이퍼에 제공된다. 이 수용액은 적어도 대략 2 × 10-1정도 이상의 NH4F 농도를 가지며, 0.5 내지 1 M 농도를 포함할 수 있다. 고농도 레벨을 갖는 용액은 저농도 레벨을 갖는 것 보다 효과적으로 에칭후 잔류물 제거를 돕는다. 필요하지는 않지만, 이 용액은 도 1과 관련하여 상술한 것들일 수 있으며, 용해된 CO2를 포함한다.
상술한 용액으로 처리한 후에, 이 용액은 전용 세척액을 사용하여 단계 40에서 반도체 웨이퍼로부터 제거된다. 보다 구체적으로, 이 세척액은 불소 함유 용액을 제거할 수 있는 용매를 포함하며, 그 안에 용해된 O3를 포함한다. 바람직하게는, 용매는 사실상 O3가 포화된 탈이온수이다. O3는, 예를 들어 청정 공정을 통해 용액 내로 유입될 수 있다. 이러한 세척액을 사용함으로써, 탈이온수과 같은 용매가 청정 공정시에 단독으로 사용된다면 발생할 수 있었던 피팅과 비교할 때, 금속층의 피팅이 실질적으로 감소된다.
본 발명의 기본적인 교시로부터 벗어남이 없이, 다양한 수정들이 상술한 공정들에 행해질 수 있다. 본 발명이 하나 이상의 특정 실시예들과 관련하여 실질적으로 상세히 설명되었지만, 본 기술 분야의 숙련된 기술자는 첨부된 청구항들에서 기술하는 본 발명의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않는 변화를 본 발명에 가할 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (31)

  1. 금속층을 구비한 반도체 웨이퍼로부터 잔류물(residue)을 제거하기 위한 용액에 있어서,
    상기 용액은 NH4F 농도가 적어도 2 × 10-1M 이상인 NH4F 수용액을 포함하고, 상기 NH4F에는 CO2가 상당한 농도(substantial concentration)로 용해되어 있는 용액.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용액은 CO2로 스파징(sparging)된 용액.
  3. 제1항에 있어서, 상기 용액은 실질적으로 CO2가 포화 상태인 용액.
  4. 반도체 웨이퍼의 금속층의 에칭 후, 잔류물 제거 공정이 행해진 반도체 웨이퍼를 세척하기 위한 용액에 있어서,
    상기 용액은 상당한 농도의 O3가 용해된 탈이온수(deionized water)를 포함하는 용액.
  5. 제4항에 있어서, 상기 용액은 O3로 스파징된 용액.
  6. 제4항에 있어서, 상기 용액은 실질적으로 O3가 포화 상태인 용액.
  7. 반도체 웨이퍼의 금속층의 에칭으로부터 발생하는 에칭후 잔류물을 제거하기 위한 공정에 있어서,
    NH4F 농도가 적어도 2 × 10-1M 이상인 NH4F 수용액을 포함하는 용액 - 상기 용액에는 상당한 양의 CO2용해됨 -을 상기 웨이퍼에 인가하는 단계
    를 포함하는 공정.
  8. 제7항에 있어서, 상기 인가 단계 이후에 상기 웨이퍼의 표면으로부터 상기 용액을 제거하는 단계를 더 포함하는 공정.
  9. 제7항에 있어서, 상기 금속층은 알루미늄을 포함하는 공정.
  10. 제7항에 있어서, 상기 금속층은 알루미늄 합금을 포함하는 공정.
  11. 제7항에 있어서, 상기 금속층은 알루미늄과 구리의 합금을 포함하는 공정.
  12. 제7항에 있어서, 상기 용액은 CO2가 포화 상태인 공정.
  13. 반도체 웨이퍼의 금속층의 에칭으로부터 발생하는 에칭후 잔류물을 제거하기 위한 공정에 있어서,
    NH4F 수용액을 포함하는 용액을 웨이퍼에 인가하는 단계; 및
    상당한 양의 O3를 포함하는 탈이온수를 사용하여 웨이퍼에서 상기 용액을 세척하는 단계
    를 포함하는 공정.
  14. 제14항에 있어서, 상기 탈이온수는 O3가 실질적으로 포화 상태인 공정.
  15. 제14항에 있어서, 상기 용액은 NH4F 농도가 적어도 2 × 10-1M 이상인 NH4F 수용액을 포함하는 공정.
  16. 제14항에 있어서, 상기 용액은 NH4F 농도가 적어도 5 × 10-1M 이상인 NH4F 수용액을 포함하는 공정.
  17. 제14항에 있어서, 상기 금속층은 알루미늄을 포함하는 공정.
  18. 제14항에 있어서, 상기 금속층은 알루미늄 합금을 포함하는 공정.
  19. 제14항에 있어서, 상기 금속층은 알루미늄과 구리의 합금을 포함하는 공정.
  20. 반도체 웨이퍼의 금속층의 에칭으로부터 발생하는 에칭후 잔류물을 제거하기 위한 공정에 있어서,
    불소 함유 용액을 웨이퍼에 인가하는 단계; 및
    상기 불소 함유 용액에 대한 용매 - 상기 용매에는 상당한 양의 O3가 용해되어 있음 - 를 사용하여 웨이퍼에서 상기 용액을 세척하는 단계
    를 포함하는 공정.
  21. 제20항에 있어서, 상기 불소계 용액은 NH4F 농도가 적어도 2 × 10-1M 이상인 NH4F 수용액을 포함하는 공정.
  22. 제20항에 있어서, 상기 불소계 용액은 NH4F 농도가 적어도 5 × 10-1M 이상인 NH4F 수용액을 포함하는 공정.
  23. 제21항에 있어서, 상기 용매는 탈이온수인 공정.
  24. 제23항에 있어서, 상기 탈이온수는 O3가 실질적으로 포화 상태인 공정.
  25. 제22항에 있어서, 상기 용매는 탈이온수인 공정.
  26. 제25항에 있어서, 상기 탈이온수는 O3가 실질적으로 포화 상태인 공정.
  27. 제20항에 있어서, 상기 용매는 탈이온수인 공정.
  28. 제27항에 있어서, 상기 탈이온수는 O3가 실질적으로 포화 상태인 공정.
  29. 반도체 웨이퍼의 금속층의 에칭 후 잔류물 제거 공정이 행해진 반도체 웨이퍼를 세척하기 위한 용액에 있어서,
    상기 잔류물 제거 공정은 불소 함유 용액을 사용하고, 상기 세척 용액 - 상기 세척 용액에는 O3가 상당한 농도로 용해되어 있음 - 은 웨이퍼에서 불소 함유 용액을 세척하기에 적절한 용매를 포함하는 용액.
  30. 제29항에 있어서, 상기 세척 용액은 탈이온수를 포함하는 용액.
  31. 제29항에 있어서, 상기 세척 용액은 O3가 실질적으로 포화 상태인 용액.
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