KR0170459B1 - 웨이퍼 세정방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼의 세정방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 실리콘 웨이퍼의 게이트 옥사이드 디포지션 전 플라즈마 세정을 단계별로 실시하여 실리콘 웨이퍼의 유기물, 금속물 및 자연 산화막을 효과적으로 제거할 수 있는 방법인 바, 이러한 본 발명은 게이트 옥사이드 디포지션 전 웨이퍼를 세정하는 방법에 있어서, 산소 분위기에서 플라즈마를 발생시켜 산소를 반응가스로 웨이퍼 표면의 유기물을 세정하는 단계, 염화수소/아르곤 분위기에서 플라즈마를 발생시켜 염화수소/아르곤 가스를 반응가스로 웨이퍼 표면의 금속 불순물을 세정하는 단계, 및 플루오르화 질소/수소 분위기에서 플라즈마를 발생시켜 플로오르화 질소/수소 가스를 반응가스로 웨이퍼 표면의 자연 산화막을 세정하는 단계로 이루어지고, 이러한 방법을 실현하기 위한 장치는 피세정체인 복수매의 웨이퍼를 수용하고 공정 조건을 유지하면서 반응을 진행하는 반응로, 상기 반응로를 공정 적온으로 가열하는 히터, 상기 반응로에 플라즈마를 인가하는 플라즈마 발생기, 상기 반응로에 반응가스를 공급하기 위한 가스 흐름 메니폴드 및 배기 펌프로 구성된다.

Description

웨이퍼 세정방법 및 그 장치

본 발명은 반도체 웨이퍼의 세정방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특시 실리콘 웨이퍼의 게이트 옥사이드 디포지션 전 플라즈마 세정을 단계별로 실시하여 실리콘 웨이퍼의 유기물, 금속물 및 자연 산화막을 효과적으로 제거할 수 있는 건식 방식의 웨이퍼 세정방법 및 그 장치에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조공정은 일련의 여러 반복공정을 거치게 되며, 열처리공정, 산화막 형성공정, 식각공정의 전후에 웨이퍼의 표면에 묻어있는 이물질을 제거하는 세정공정이 반드시 수반된다. 세정된 웨이퍼의 표면 청정도는 후속공정의 공정불량을 최소하하는 가장 중요한 요인이 된다.

반도체 기판의 오염으로는 미립자와 박질등이 있다. 미립자는 이미 한정된 경계를 갖고 웨이퍼 표면상에 나타나는 물질의 조각들로서 이들은 화학반응을 주체로 한 건식세정으로 제거하기란 기본적으로 곤란하기 때문에 습식 세정을 하게 된다. 또한 세정으로 제거해야 할 오염으로서 미립자 이외에 유기박, 금속이온 및 자연 산화막 등이 있다. 이러한 여러종류의 오염에 대하여 그들의 각각을 제거하는 데에는 별개의 세정과정이 필요하게 된다.

전형적인 습식 세정방법은 세정목적에 따라 화학약품이 담긴 이련의 세정조에서 수행된다. 즉 세정액이 담긴 화학세정조, 순수의 오버플로우로 세정액이 묻은 푸ㅔ이퍼를 수세하는 순수세정조 및 최종 순수 세정조를 거텨 스핀 드라이하는 반복 공정으로 유기물, 금속이온 및 자연 산화막을 제거하게 된다. 여기서 상기 금속이온을 포함하는 금속물들이 실리콘 표면에 잘류하게 되면, 소자의 컨택트 저항이 커지고 변형을 유발함으로써 신뢰성 및 수율 저하를 초래하므로 공정전 상기 금속물의 제거는 필수적이다.

종래 게이트 옥사이드 전 실리몬 웨이퍼에 잔류하는 파티클 및 불순물을 제거하는 세정방법을 제1도 내지 제3도를 차고로 설명하면 다음과 같다.

제1도는 화학세정조의 예를 도시한 것이다, 제2도는 순수세정조의 예를 도시한 것이다. 제1도에 도시된 바와 같이, 세정조(20)에는 세정액(21), 즉 황산 용액이나 불화수소용액 및 염산용액이 채워져 있다(이는 제거하여야 할 오염물질에 따라 선택하여 채운다). 또한 상기 세정조(20)의 일측에는 세정액공급관(22)이 연결되어 있고, 타측에는 배수관(23)이 연결되어 있으며, 상부는 덮개(24)에 의해 페쇄되어 있다. 상기와 같이 이루어지는 세정조(20)에 세정하고자 하는 웨이퍼(25)를 넣고 세정을 실시하는 바, 예를 들면 유기물의 세정에는 황산용액을 이용하고, 금속물의 제거에는 불화수소용액 및 염산용액을 이용하여 웨이퍼를 세정한다.

상기와 같은 화학약품을 이용한 세정후에는 제2도에 도시한 바와 같은 수수세정조를 이용하여 웨이퍼에 남아 있는화학약품을 세척하는 순수린스 공정을 진행한다. 이러한 공정은 순수세정조(30)에 웨이퍼(25)를 넣고, 순수공급관(32)으로 부터 순수를 계속적으로 공급하여 세정조(30) 내부에서 순수가 오버 플로우하도록 하면서 웨이퍼르 세척한다. 도면세어 미설명보호 33은 배수관이고, 34는 외조이다.

이와 같은 순수 린스후에는 제3도의 블록도에서 보는 바와 같이, 웨어퍼에 잔류하는 수분을 제거하기 위한 건조 공정을 진행하는 바, 이는 통상 스핀 드라이러을 이용하여 진행한다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 습식 세정에 의한 웨이퍼 세정방법은 유기물 및 자연 산화막의 제거에는 효과적이나, 금속 불순물을 효과적으로 제거하지 못하는 문제가 있었다. 또한 종래의 세정방법은 습식 세정방식으로써, 스핀 드라이어를 이용한 건조공정이 필수적으로 따르는 바, 화학약품에 의한 소정의 세정과정후, 스핀 드라이어 방식으로 건조하므로 고집적 소자의 경우 토폴로지(topology) 및 컨택트 사이즈(contact size)가 타이트(tight)하게 됨에 따라 웨이퍼 스포트(spot) 불량을 유발시키며, 게이트 옥사이드 핀홀 (gate oxide pinhole)발생의 원인이 되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 감안하여 창안한 것으로, 플라즈마를 이용한 건식 세정을 채택함으로써 유기물 및 자연 산화막은 물론 금속 불순물을 보다 효과적으로 제거하고, 또 스핀 드라이어를 이용한 별도의 건조 공정을 배제함으로써 실리콘대 산화실리몬의 계면 특성을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 세정방법 및 상기 방법을 실현시키기 위한 장치를 제공하는데 그 주된 목적이 있다.

제1도는 종래 화학 세정조의 한 예를 보인 개략도.

제2도는 종래 순수 세정조의 한 예를 보인 개략도.

제3도는 종래 웨이퍼 세정방법에 대한 블럭도.

제4도는 본 발명에 따른 웨이퍼 서정장치의 구조를 보인 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 웨이퍼 2 : 반응로

3 : 히터 4 : 플라즈마 발생기

5 : 가스 흐름 메니폴드 6 : 펌프

11 : 메인 라인 12, 13, 14 : 가스 흐름 라인

상기와 같은 본 발명의 목적은, 게이트 옥사이드 디포지션 전 웨이퍼를 세정하는방법에 있어서, 산소 분위기에서 플라즈마를 발생시켜 산소를 반응가스로 웨이퍼 표면의 유기물을 세정하는 단계와, 염화수소/아르곤 분위기에서 플라즈마를 발생시켜 염화수소/아르곤 가스를 반응가스로 웨이퍼 표면의 금속 불순물을 세정하는 단계와, 플루로으화 질소/수소 분위기에서 플라즈마를 발생시켜 플루오르화 질소/수소 가스를 반응가스로 웨이퍼 펴면의 자연 산화막을 세정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정방법; 및 게이트 옥사이드 디포지션 전 웨이퍼를 세정하는 장치를 구성함에 있어서, 피세정체인 복수매의 웨이퍼를 수용하고 공정 조건을 유지하면서 반응을 진행하는 반응로, 상기 반응로를 공정 적온으로 가열하는 히터, 상기 반응로에 플라즈마를 인가하는 플라즈마 발생기, 상기 반응로에 반응가스를 공급하기 위한 가스 흐름 메니폴드 및 배기 펌프를 구비하여, 상기 가스 흐름 메니폴드를 통해 산소가스, 염화수소/아르곤가스, 플루오르화 질소/수소가스를 순차적으로 공급하면서 유기물 세정, 금속 불순물 세정, 자연 산화막 세정 단계를 연속적으로 진행하도록 구성한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치를 제공함으로써 달성된다.

바람직하게는 피세정체인 복수매의 웨이퍼를 소정의 반응로에 넣고 이 반응로에 플라즈마를 발생시킴과 동시에 산소 가스, 염화수소/아르곤 가스, 플루오르화 질소/ 수소 가스를 순차적으로 공급하면서 유기물 세정 단계와 금속 불순물 세정 단계와 자연 산화막 세정 단계를 연속적으로 진행하도록 구성된다. 여기서 상기 각 단계의 공정 온도는 150∼200℃로 유지하고, 각 단계의 공정 압력은 1∼5torr로 유지하도록 제어함이 바람직하다.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명에 따른 웨이퍼 세정방법 및 그 장치의 바람직한 실시례를 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

첨부한 제4도는 본 발명에 따른 웨이퍼 세정장치의 구조를 보인 도면으로서, 이에 의하면, 본 발명의 웨이퍼 세정장치는 피세정체인 복수매의 웨이퍼(1)를 수용하고 공정 조건을 유지하면서 반응을 진행하는 반응로(2)와, 상기 반응로(2)를 공정 적온으로 가열하는 히터(3)와, 상기 반응로(2)에 플라즈마를 인가하는 플라즈마 발생기(4)와, 상기 반응로(2)에 반응가스를 공급하기 위한 가스 흐름 메니폴드(5)와, 공정 배기를 위한 펌프(6)로 구성되어 있다.

상기 가스 흐름 메니폴드(5)는 이 가스 흐름 메니폴드(5)와 반응로(2)를 연결하는 메인 라인(11)으로부터 3개의 라인이 분기되어 이루어지는 바, 제1라인(12)에는 산소가스가, 제2라인(13)에는 염화수소/아르곤 가스가, 또한 제3라인(14)에는 플루오르화 질소/수소 가스가 흐르게 된다. 상기 각각의 라인(12)(13)(14)에는 가스 흐름을 조절하기 위한 매스 플로우 컨트롤러가 각각 장착되나, 도면에서는표기를 생략하였다. 또한 상기 히터(3)는 반응로(2)의 외부에 설치되어 반응로(2)을 공정온도로 가열하게 된다. 그리고 상기 플라즈마 발생기(4)는 반응로(2)와 가스 흐름 메니폴드(5)를 연결하는 메인 라인(11)의 일측에 설치되어 있다. 또한 배기 펌프(6)는 반응로(2) 후단에 연결된 배기라인에 장착되어 각 공정별로 반응로(2)를 배기시키게 된다. 이와 같은 본 발명의 장치에서 상기 반응로(2)의 온도는 150∼200℃의 범위내에서 제어되고, 압력은 1∼5torr 정도의 범위웨서 제어된다.

이와 같은 구성을 갖는 장치는 상기 가스 흐름 메니폴드를 통해 산소가스, 염화수소/아르곤가스, 플루오르화 질소/수소가스를 순차적으로 공급하면서 유기물 세정, 금속 불순물 세정, 자연 산화막 세정 단계를 연속적으로 진행하는바, 이를 단계별로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 유기물을 제거하기 위해 반응로(2)에 산소가스를 공급하면서 산소 분위기에서 RF 플라즈마를 이용한 세정을 실시한다. 그런 다음 배기를 하고, 다음 단계인 금속 불순물 제거를 위한 공정을 실시하는 바, 반응로(2)에 염화수소/아르곤 가스를 공급하면서 염화수소/아르곤 가스 분위기에서 RF 플라즈마를 이용한 세정을 실시한다. 다시 반응로(2)를 배기시킨 후, 마지막 단계로 플루오르화 질소/수소 분위기에서 플라즈마를 이용한 자연 산화막 세정 단계를 진행한다. 이와 같이 각각의 단계를 연속으로 진행하여 게이트 옥사이드 디포지션 전 실리콘 표면의 불순물을 제거하는 것이다.

한편, 상기한 본 발명 장치의 동작을 순수한 방법적인 측면에서 종래와 비교하여 살펴보면, 종래에는 화학약품이 담긴 별도의 세정조에 웨이퍼를 침전시키는 습식 세정 방법이었으나, 본 발명은 반응가스를 이용한 건식 세정 방법으로써, 산소 분위기에서 플라즈마를 발생시켜 산소를 반응가스로 웨이퍼 표면의 유기물을 세정하는 단계와, 염화수소/아르곤 분위기에서 플라즈마를 발생시켜 염화수소/아르곤가스를 반응가스로 웨이퍼 표면의 금속 불순물을 세정하는 단계와, 및 플루오르화 질소/수소 분위기에서 플라즈마를 발생시켜 플루오르화 질소/수소 가스를 반응가스로 웨이퍼 표면의 자연 산화막을 세정하는 단계로 이루어진다.

이와 같은 세정방법은 상기한 본 발명의 세정장치를 이용하여 연속적으로 수행함이 바람직하나, 이에 꼭 한정하는 것은 아니며, 별도의 반응로에 각각의 반응 가스를 주입하면서 플라즈마를 발생시켜 독립적으로 진행할 수도 있다. 즉 본 발명에서 제공하는 세정방법은 반응가스를 이용한 건식 세정방법으로써 상술한 여러 세정 단계를 포함하는 방법이면, 어떠한 장치를 이용한 것이라도 포함한다. 여기서 공정 진행시, 온도는 150∼200℃로 유지하고 압력은 1∼5torr 정도로 유지함이 바람직하다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 세정방법에 의하면, 플라즈마를 이용하여 게이트 옥사이드 전 웨이퍼 표면의 파티클 및 불순물을 효과적으로 제거할 수 있으므로 게이트 옥사이드 인터그러티(integrity)를 개선할 수 있고, 별도의 건조 공정이 필요없게 되므로 종래 스핀 드라이어를 이용한 건조를 행함으로써 발생되는 웨이퍼 스포트 및 게이트 옥사이드 핀홀 불량을 방지할 수 있어, 소자의 신뢰성 및 수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (8)

1. 게이트 옥사이드 디포지션 전 웨이퍼를 세정하는 방법에 있어서, 산소 분위기에서 플라즈마를 발생시켜 산소를 반응가스로 웨이퍼 표면의 유기물을 세정하는 단계, 염화수소/아르곤 분위기에서 플라즈마를 발생시켜 염화수소/아르곤 가스를 반응가스로 웨이퍼 표면의 금속 불순물을 세정하는 단계, 및 플루오르화 질소/수소 분위기에서 플라즈마를 발생시켜 플루오르화 질소/수소 가스를 반응가스로 웨이퍼 표면의 자연 산화막을 세정하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정방법.
2. 제1항에 있어서, 피세정체인 복수매의 웨이퍼를 소정의 반응로에 넣고 이 반응로에 플라즈마를 발생시킴과 동시에 산소 가스, 염화수소/아르곤 가스, 플루오르화 질소/수소 가스를 순차적으로 공급하면서 유기물 세정 단계와 금속 불순물 세정 단계와 자연 산화막 세정 단계를 연속적으로 진행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각 단계의 공정 온도는 150∼200℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 각 단계의 공정 압력은 1∼5torr로 유지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정방법.
5. 제3항에 있어서, 상기 각 단계의 공정 압력은 1∼5torr로 유지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정방법.
6. 게이트 옥사이드 디포지션 전 웨이퍼를 세정하는 장치를 구성함에 있어서, 피세정체인 복수매의 웨이퍼를 수용하고 공정 조건을 유지하면서 반응을 진행하는 반응로, 상기 반응로를 공정 적온으로 가열하는 히터, 상기 반응로에 플라즈마를 인가하는 플라즈마 발생기, 상기 반응로에 반응가스를 공급하기 위한 가스 흐름 메니폴드 및 배기 펌프를 구비하여, 상기 가스 흐름 메니폴드를 통해 산소가스, 염화수소/아르곤가스, 플루오르화 질소/수소가스를 순차적으로 공급하면서 유기물 세정, 금속 불순물 세정, 자연 산화막 세정 단계를 연속적을 진행하도록 구성한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 반응로의 온도는 150∼200℃인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 반응로의 압력은 1∼5torr인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정장치.