Cu/low k BEOL에서의 식각 후처리 세정공정 및 세정액 특성연구 = A study on novel post-etch cleaning chemistries and processes for advanced copper/low k BEOL applications

국문 초록 (Abstract)

Low K dielectric 재료의 채택이 Cu BEOL에서 일반화됨에 따라서 불소(F)기반 세정공정이 엄격한 critical dimension 조절이 요구되는 첨단 세저시스템에 적합하지 않다는 점이다. 이문제를 해결하는 관건은 세정화학액의 선택비 제어성이다. Cu와 low k dielectric 박막의 확대 적용되면서 반도체 제조공정에서 습식 포토레지스트제거 방식이 부활할 것으로 보인다. 이에 따라 본 연구는 Cu damascene 공정을 성공적으로 수행하기 위하여 Cu의 부식 critical dimension의 손실방지 및 low k dielectric 박막의 특성열화가 억제되어야 하는 특수성에 기반하여 다양한 low k dielectric 재료에 대한 세정공정 적합성을 판단함과 동시에 Cu post residue의 제거능력을 갖추는 세정액 개발에 그 목표를 두었다.
이에 따라 Cu BEOL의 post etch cleaning용 세정액 성분 특성을 평가하였다.
세정액 성분들의 Cu post etch residue에 대한 세정특성평가를 통해 각각의 세정성분이 갖고 있는 세정능력을 공정변수에 따라 확인하여 선별하였으며 세정액 성분들의 low k dielectric특성에 미치는 영향성 분석을 위해 Coral, FSG등의 low k dielectiric 재료의 적합성을 판단하였다. 이를 위해 wafer의 두께 변화 및 표면 거칠기 분석을 통하여 세정액 성분들의 특성을 판단하였다. 혼합세정액의 공정변수에 따른 Cu post etch residue 제거특성 분석평가를 통해 높은 온도와 공정시간의 증가에 따라 그 용해도가 증가함을 알 수 있었으며 공정 적합성을 고려하여 25℃, 10min의 공정조건을 탐색하였다.이를 바탕으로 혼합세정액을 제조하여 Cu BEOL 공정적용 및 신뢰성을 분석하였다.
Cu BEOL 공정적용에 따른 공정적합성 판단을 위해 소자업체에서 제공된 patterned wafer에 직접 적용하여 그 적합성을 분석하였다. 분석을 위해 FE-SEM, Elipsometry, 표면 거칠기 분석 등을 통하여 그 공정 적합성을 판단하였다. 또한 기존 세정액들과의 비교 분석을 위해 업체에서 제공된 시제품들과의 비교분석을 통하여 그 가능성을 판단하였다.
제조된 혼합세정액은 탐색된 25℃, 10min의 공정조건에서 뚜렷한 세정능력을 확인할 수 있었으며, 기존의 세정액과의 세정능력 비교 평가에서 분석 부분에 대한 세정능력이 우수함을 알 수 있었다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 = 1
• Ⅱ. 이론적 배경 = 4
• 1. 반도체 세정공정 = 4
• 2. 세정공정 = 7
• 3. Cu post-etch residue와 세정공정 = 9
• 3-1. 세정공정 = 12
• 3-2. 저유전율 층간 절연막 = 12
• Ⅲ. 실험방법 = 14
• 1. 각 성분별 용해도 조사 = 14
• 2. Low-k dielectric material에 대한 영향성 분석 = 14
• 3. 실제공정에의 적합성 분석 = 16
• 4. 특성분석 = 17
• Ⅳ. 결과 및 고찰 = 18
• 1. 세정액 성분들의 Cu post etch residue에 대한 세정특성 평가 = 18
• 2. 세정액 성분들의 low k dielectric 특성에 미치는 영향성 분석 = 26
• 3. 혼합세정액의 제조와 Cu post-etch residue 제거특성 분석 = 38
• 3-1. 혼합세정액 제조 및 용해도, 선택도 측정 = 38
• 3-2. 혼합세정액의 Low-k dielectric에 대한 영향성 분석 = 44
• 3-3. 낮은 용해도를 갖는 성분의 혼합에 의한 혼합세정액 제조 = 58
• 3-4. Ammonium Fluoride의 영향성 검토 = 60
• 3-5. Cu post-etch residue 제거특성분석 = 63
• 3-5-1. Mega-sonic의 적용 = 63
• 3-5-2. Cu post etch residue의 제거 = 66
• 3-6. 최적 성분의 혼합세정액 제조 = 71
• 4. 상업용 세정제와의 비교분석 = 75
• Ⅴ. 결론 = 83
• 참고문헌 = 85