KR100266787B1 - 반도체기판에확산된금속불순물제거방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은
200 ℃ 이상, 비점 미만으로 가열된 황산액 중에 반도체 기판을 침지시킴으로써 반도체 기판을 적어도 200 ℃ 이상으로 가열하고, 반도체 기판 중에 혼입되어 있는 금속 불순물의 확산을 촉진시키는 반도체 기판의 가열 공정, 및
반도체 기판 표면에 도달한 금속 불순물을 황산액으로 용해시키고, 기판으로부터 제거하는 금속 불순물 제거 공정을
포함하는, 반도체 기판에 혼입된 금속 불순물을 제거하는 방법을 제공한다.

Description

반도체 기판에 혼입된 금속 불순물을 제거하는 방법 및 장치
본 발명은 반도체 기판에 혼입된 금속 불순물을 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이고, 특히 종래의 웨트 세정 방법에서는 제거할 수 없었던 기판 내부의 금속 불순물을 유효하게 제거할 수 있는 방법 및 장치에 관한 것이다.
종래부터, 실리콘 기판 표면의 금속 불순물 제거 방법으로서 RCA법으로 대표되는 이른바 웨트 세정 기술이 널리 이용되고 있다. 이 방법은 어디까지나 실리콘 기판 표면의 세정 방법이기 때문에 실리콘 기판 중의 혼입된 금속 불순물 제거에는 적용할 수 없다.
따라서, 실리콘 기판 중의 금속 불순물 제거에 관해서는, 종래부터 인트린직 게터링(intrinsic gettering)(IG) 및 엑스트린직 게터링(extrinsic gettering) (EG)으로 분류되는 게터링 기술이 사용되고 있다. 게터링 기술은 실리콘 기판에 혼입된 금속 불순물을 소자 활성층이 되는 영역에서 떨어진 장소, 즉 게터링 사이트에 보충하는 기술이다.
여기에서, 인트린직 게터링(IG)은 게터링 사이트(gettering site)가 기판 내부에 있는 게터링 기술이고, 엑스트린직 게터링(EG)은 게터링 사이트가 기판 표면 또는 이면에 있는 기술이다.
인트린직 게터링은 조크랄스키(CZochralski)(CZ)실리콘 결정에서 발생하는 산소 석출 현상을 이용한 게터링 기술이다. 특히, 이 기술에서는 실리콘 기판 표면층에서 무결함 영역이 형성되고, 동시에 실리콘 기판 내부에 벌크 결함이 발생된다. 또한, 그 결함 주변 왜장(歪場, IG 층)에 실리콘 기판 중의 혼입된 금속 불순물을 석출시켜 무결함 영역 중 소자 활성층에서 금속 불순물 석출을 억제한다.
그러나, 상기 게터링 기술은 금속 불순물을 소자 활성층으로부터 게터링 사이트에 보충하는 기술에 지나지 않으며, 기판 내로부터 금속 불순물을 제거하지는 않는다. 이 때문에 게터링 사이트에 보충된 금속 불순물이 그 후의 기판 처리 공정에서, 게터링 사이트로부터 다시 방출되어 소자 활성층을 오염시키는 문제가 있었다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 배치식 처리 장치를 나타낸 모식도.
도 2는 실리콘(silicon) 기판 내의 IG층에 의한 Cu 게터링 효과와 기판 온도와의 관계를 나타내는 특성도.
도 3은 세정 효과(Cu 잔존율)와 세정 온도와의 관계를 나타내는 특성도.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 시트식 처리 장치를 나타내는 모식도.
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 시트식 처리 장치를 나타내는 모식도.
도 6은 황산의 증기압 곡선을 나타내는 그래프.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 처리 탱크
2 : 실리콘 기판
3 : 비이커
4 : 캐리어
5 : 히터
6: 회수 탱크
7 : 정제 장치
81-86: 밸브
11 : 처리 탱크
12 : 실리콘 기판
13 : 챔버
14 : 홀더
15 : 증기 발생 장치
16 : 회수 탱크
17 : 정제 장치
18 : 밸브
21 : 비이커
22 : 홀더
23 : 실리콘 기판
24 : 적외선 히터
25 : 정제 장치
261-262: 밸브
본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 그 제1 목적은 반도체 기판 내부의 혼입된 금속 불순물을 기판내로부터 해방, 확산시키고, 이것을 기판 외부에서 공급된 약품으로 용해시켜 기판에서 제거하는 방법을 제공하는 것이다.
제2 목적은 금속 불순물을 기판 외부로 제거함으로써 게터링 기술의 결점을 보완하는 방법을 제공하는 것이다.
제3 목적은 기판 내부의 금속 불순물을 해방, 확산시키기 위해서 기판 내부를 가능한 한 고온으로 가열할 수 있는 기판 가열 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 첫 번째로, 반도체 기판 표면에 약품을 공급함과 동시에 반도체 기판을 가열하여 반도체 기판내의 금속 불순물을 해방, 확산시켜 반도체 기판 표면측으로 이동시키고, 이것을 상기 약품으로 용해시켜 제거하는 방법을 제공한다.
종래의 반도체 기판 청정화 기술에서는, 기판 내부에 혼입된 금속 불순물은 약품으로는 제거할 수 없다고 생각되어, 상술한 게터링 기술을 사용하여 소자 활성층으로부터 금속 불순물을 이동시키는 것 뿐이었다. 그러나, 본 발명자들의 연구에 따르면, 통상의 웨트 세정 기술로는 생각할 수 없었던 고온으로 반도체 기판을 가열한 상태에서 반도체 기판 표면에 액체상의 약품을 제공함으로써 기판 내부의 불순물을 효과적으로 제거할 수 있음을 알았다.
따라서, 본 발명에 적당한 약품으로는 고온에서도 액체일 수 있고, 또한 금속 불순물을 용해할 수 있는 산이 요구된다. 이러한 약품으로는 예를 들면 황산 (비점 310 ℃) 및 인산 (비점 213 ℃) 등의 비점이 200 ℃ 이상인 것이 있다.
또한, 상기 약품을 증기 상태로 반도체 기판에 분무시켜 반도체 기판 표면에서 응축하도록 한다. 이것으로 반도체 기판 표면에 공급되는 약품의 순도를 높이는 것이 가능하다.
또한, 상기 반도체 기판의 처리를 소정의 고압하에서 행하면 약품의 비점을 높일 수 있다. 이에 따르면, 보다 고온하에서 금속 불순물의 제거를 행할 수 있으므로 효과가 증대된다.
본 발명은 두 번째로, 본 발명의 방법을 인트린직 게터링 프로세스가 적용되는 반도체 기판에 적용함으로써 이하에 설명하는 바와 같이 인트린직 게터링의 결점을 보완하여 보다 양호한 금속 불순물 제거를 행할 수 있다.
즉, 인트린직 게터링에서는 CZ-실리콘 기판 중에 존재하는 Cu, Ni 등으로 대표되는 중금속이 IG층에 포획된다. 그러나, 기판 온도가 상승하면 상기 금속 불순물은 IG층에서 해방되어 가동 상태가 된다.
IG 층으로부터 금속 불순물의 재방출량은 그 금속 불순물의 실리콘 기판 중의 고용원(固溶源) 농도와 깊이 관련되며, 온도 증가에 따라 고용 한계 농도가 증대되므로 재방출량도 증대된다.
따라서, 종래의 인트린직 게터링에 의한 세정에서는, 실리콘 기판의 고온 처리 공정에 따라 IG층에 보충한 금속 불순물이 재방출되어 버리는 문제가 있었다.
한편, 본 발명에서는 실리콘 기판 중의 금속 불순물의 확산을 촉진시키는 온도 상태에서 실리콘 기판 표면에 도달한 금속 불순물을 약품으로 용해시켜 제거하도록 하였다.
즉, 기판 중의 금속 불순물이 해방되면 이 금속 불순물은 기판 내에서의 금속 불순물의 농도 구배가 없어지도록 확산된다. 따라서, 기판 표면에 금속 불순물이 도달하게된다.
또한, 기판 표면 부근의 금속 불순물이 제거되고 기판 표면부의 금속 불순물 농도가 저하되면, 기판 내부(IG 층)로부터 기판 표면부로 금속 불순물이 확산되는데, 확산된 금속 불순물이 기판 표면에 도달하면 공급된 약품에 용해되어 제거된다.
따라서, 본 발명의 방법을 인트린직 게터링과 함께 사용함으로써, 인트린직 게터링의 결점을 보완하여 보다 유효한 불순물 제거법을 행할 수 있다.
본 발명은 세 번째로, 상술한 금속 불순물의 제거 방법을 행할 때, 반도체 기판의 내부 온도를 기판 표면부의 온도보다 높게 설정할 수 있는 가열 수단을 제공한다.
즉, 본 발명에서는 반도체 기판 표면에 액상 약품을 공급해야 하므로 기판 표면 온도는 약품의 비점 이하이어야 한다. 한편, 기판 중의 금속 불순물의 확산량을 증가시키기 위해서는 가능한 한 기판 내부 온도를 높일 필요가 있다. 따라서, 예를 들면, 적외선 가열 수단에 의해 기판 내부 온도를 반도체 기판 표층부 온도보다 높혀, 기판 내부의 금속 불순물의 확산을 촉진시켜 효과적으로 제거를 행하는 것이 가능하게 된다.
＜실시예＞
하기 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태를 설명할 것이다.
＜제1 실시 형태＞
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 실리콘 기판의 배치식 처리 장치(batch treatment apparatus)를 나타내는 모식도이다. 본 실시 형태에서는, Cu에 의해 오염된 실리콘 기판을 액체 상태의 황산(황산 액)을 사용하여 처리하는 경우에 대해서 설명한다.
도면 중, (1)은 실리콘 기판 (2)를 세정하는 처리 탱크를 나타낸다. 이 처리 탱크(1)은 크게 나누어 석영제 비이커 (3)과 석영제 캐리어(carrier) (4)로 구성된다.
비이커 (3) 내에는 세정 약품으로서의 황산액이 수용된다. 캐리어 (4)는 처리시 비이커 (3) 내에 침지시킬 수 있으며, 또한 다수의 실리콘 기판 (2)를 세트할 수 있어, 한번에 다수의 실리콘 기판 (2) 처리가 가능하게 된다.
비이커 (3)의 하부에는 히터 (5)가 마련되며, 히터 (5)에 의해 비이커 (3) 내의 황산액 온도를 소정 온도(여기에서는 300 ℃)로 설정할 수 있게 된다.
여기에서 비이커 (3), 캐리어 (4)는 모두 석영제이기 때문에, 300 ℃의 온도에도 견딜 수 있다. 즉, 본 실시 형태의 처리 장치는 약품으로서 고온의 황산액을 사용하고 실리콘 기판 (2)를 가열하면서 처리를 행할 수 있다.
또한, 본 실시 형태의 처리 장치는 황산의 회수, 정제 기능을 가진 순환형의 처리 장치로 되어 있다. 즉, 히터 (5)의 가열에 의해 발생한 황산 증기 및 한번 사용한 황산은 일단 회수 탱크 (6)에 포집되어 냉각된다.
회수 탱크 (6)내의 금속 불순물이 용해된 황산액은 정제 장치 (7)를 통하여 순화된다. 그 결과 금속 불순물이 제거되며, 정제된 황산액은 비이커 (3)에 공급되어 다시 세정약액으로서 사용된다. 또한 도면 중 (81) 내지 (86)은 밸브(valve)를 나타내고, 이들 밸브 (81) 내지 (86)은 처리중에는 열려 있다.
여기에서 정제 장치 (7)에는, 예를 들면 이온 교환 수지(ion-exchange resin)를 주체로 한 정제 및 오존 가스(ozone gas) 등의 산화제를 공급하여 용해된 금속 이온(metallic ion)을 금속 산화물로 바꾸어 필터링(filtering)하는 것이 있다.
오존 가스를 황산액 중에 공급하여 금속 산화물로 만들고 제거하는 타입(type)에 대해서는 효과를 하기에 구체적으로 나타낼 것이다.
0.1 ppm의 Cu가 용해된 황산액 중에 오존 가스(황산 중: 약 10 ppm)를 버블링(bubbling)하여 도입하였다. 약 10분간 유지한 후, 황산액을 증류 정제하였다. 그 결과, 정제 후 황산액 중의 Cu 농도는 약 1 ppb 레벨(level) (수%)까지 정제된 것을 확인하였다. 동시에 증류 정제기의 잔사로서 CuO의 분말을 확인하였다. 한편, 오존 가스를 도입하지 않고 증류 정제를 행한 경우에는 정제 효과가 거의 보이지 않고 정제 후의 황산액 중에도 Cu가 혼입된 상태였다.
이어서, 이와 같이 구성된 처리 장치를 사용한 실리콘 기판 (2)의 세정 방법에 대해서 구체적으로 설명할 것이다.
우선, 캐리어 (4)에 실리콘 기판 (2)를 세트하고 황산액이 수용된 비이커 (3)내에 침지시킨다. 다음에 히터(heater) (5)를 사용하여 황산액, 실리콘 기판 (2)를 가열함으로써 실리콘 기판(2)를 세정한다.
이 때, 히터 (5)를 조정하여 실리콘 기판 (2)와 황산액과의 접촉 영역의 온도가 황산의 비점(310 ℃)을 넘지 않는 범위가 되도록 높은 온도에서 가열하는 것이 바람직하다. 즉, 기판 표면에 접해 있는 황산 액이 액체 상태를 유지하는 범위에서 가능한 한 고온이 되도록 히터 (5)를 조정한다. 여기에서는 황산 액의 온도가 300 ℃가 되도록 가열한다.
이러한 세정 방법을 평가한 결과, 하기와 같은 효과를 얻었다.
즉, 캐리어 (4) 중에 실리콘 기판 (2)로서 Cu가 1×1013㎝-3오염되어 있는 CZ-Si 웨이퍼(wafer)를 세트하고 300 ℃/10분으로 황산액에 의한 세정을 행한 후, 상기 CZ-Si 웨이퍼를 꺼내 잔류 Cu 농도를 측정한 결과 1×1012㎝-3이하, 즉, 제거율이 90 %이상인 것을 확인하였다.
즉, 확인을 위해서 황산액 중의 Cu 농도를 측정한 결과, 세정 전에는 약 5 ppb였던 것이 세정 후에는 약 1 ppm까지 증가하고, 황산액 중으로 실리콘 기판의 Cu가 녹아내리는 것을 확인하였다.
또한, 본 실시 형태에서는 밸브 (81) 내지 (86)를 연 상태에서 실리콘 기판 (2)의 세정을 행하였지만, 밸브 (81) 내지 (86)를 닫은 상태에서 세정을 행하면, 챔버 내압이 높은 상태에서 처리할 수 있다.
이와 같이 비이커 (3)를 밀폐한 상태에서 세정할 경우, 상압 조건하의 세정 방법에 비해 황산액의 비점을 높일 수 있고, 보다 높은 온도에서 세정을 행할 수 있다.
도 6은 황산의 증기압 곡선을 나타내는 그래프이다. 이 그래프로부터 추정되는 바와 같이, 가압 상태하에서는 황산의 비점이 확실히 상승된다.
이와 같이 가압, 고온 조건하에서의 처리를 행하는 경우 특히 IG층을 갖는 실리콘 기판 (2)의 처리에 있어서, IG층에 포획되어 있는 금속 불순물의 재방출량을 증가시킬 수 있다. 이에 따라 기판 내부로부터 기판 표면부로 금속 불순물을 더욱 용이하게 확산시킬 수 있고, 기판 내부의 금속 불순물을 보다 효과적으로 제거하는 것이 가능해진다.
본 실시 형태에서는 세정 중에 약품을 회수하여 정제하는 구성의 처리 장치에 대해서 설명하였지만, 세정 후에 일괄적으로 정제하는 구성, 또는 세정 중 및 세정 후에 모두 정제할 수 있는 구성으로 해도 좋다 (다른 실시 형태의 처리 장치에 대해서도 동일).
본 발명에서 사용하는 약품으로는 실리콘 기판을 세정하는 경우라면, 비점이 200 ℃이상의 것, 바람직하게는 비점이 300 ℃ 이상의 것이다. 그 이유는 하기에 설명되는 바와 같다.
본 발명에서는, 예를 들면 황산, 인산, 이들에 불화수소산(flouric acid)을 첨가한 약액 등을 사용할 수 있다.
불화수소산을 첨가하는 이유는 세정 처리 중, 약액 중에 혼입된 물, 산소 등에 의해 형성되는 실리콘 기판상의 자연 산화막을 제거하기 위함이다. 약액 중에 첨가하는 불화수소산의 농도는, 예를 들면 0.1 % 이하이다.
상기 약품을 사용한 경우의 최고 처리 온도는 하기와 같다. 즉, 황산 및 불화수소산 첨가 황산은 290 내지 350 ℃ 정도, 인산 및 불화수소산 첨가 인산은 213 ℃이다.
도 2는 소정의 오염 수준에서 실리콘 기판 내의 IG층에 의한 Cu의 게터링 효과와 기판 온도와의 관계를 나타내는 특성도이다.
도면에서 알 수 있는 바와 같이, 200 ℃ 이상부터 IG층에 의한 게터링 효과가 저하되기 시작하여 400 ℃에서는 거의 IG층에 Cu가 포획되지 않는다. 즉, 기판 온도가 높을수록 Cu는 IG층에서 재방출되어 실리콘 기판으로 자유롭게 확산될 수 있다.
단지, 실리콘 기판 표면에 도달한 금속 불순물을 액상의 약품에 용해시켜 제거할 필요가 있기 때문에 기판의 표면 온도는 약품의 비점 이하로 유지하여야 한다.
따라서, 상술한 약품과 같이 비점이 200 ℃ 이상인 약품을 사용하면 기판 온도를 200 ℃ 이상으로 처리할 수 있고, IG층에서의 Cu 등의 금속 불순물 재방출을 활발하게 할 수 있음을 알았다. 이에 따라 실리콘 기판 중의 금속 불순물을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
또한, 기본적으로는 기판 온도가 높을 수록 금속 불순물을 효과적으로 제거할 수 있는데, Cu의 경우, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 이 오염 레벨에서는 500 ℃ 이상에서 제거 효과가 일정해진다.
도 3은 기판 내부의 금속 불순물의 제거 효과(Cu 잔존율)와 처리 온도와의 관계를 나타내는 특성도이다. 시료에는 초기 Cu 농도가 1×1014atoms/ ㎝3인 실리콘 기판을 사용하였다. 또, 약품에는 황산/과산화수소액을 사용하였다.
처리 온도가 100 내지 150 ℃인 경우, Cu의 잔존율은 30 %이상인데, 200 ℃ 이상의 경우, Cu의 잔존율은 그 반값 이하(15 % 이하)가 되는 것을 알았다. 특히, 처리 온도가 300 ℃인 경우, Cu 잔존율은 5 % 미만인 높은 처리 효과를 얻을 수 있음을 알았다. 이렇게 높은 온도 상태하의 약액에 의한 실리콘 기판의 세정 방법은 종래의 방법에서는 추측할 수 없을 정도의 높은 세정 효과를 갖는 것이다.
또한, 본 실시 형태에서는 배치식 처리 장치에 대해서 설명하였지만, 처리 장치로서의 특징 부분은 시트식 처리 장치에 적용할 수 있다.
＜제2 실시 형태＞
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 실리콘 기판의 시트식 처리 장치를 나타내는 모식도이다.
이 처리 장치가 제1 실시 형태와 다른 점은 기체(증기) 상태의 약품을 처리 챔버(chamber)내에 도입하여 실리콘 기판에 공급하는 것이다. 실리콘 기판의 온도는 약품의 비점 미만으로 설정되고, 실리콘 기판의 표면에서는 약품이 응축되어 액체 상태가 된다. 따라서, 제1 실시 형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이 효과는 후술하는 바와 같이 보다 우수한 것이다.
도면 중, (11)은 실리콘 기판 (12)를 세정하는 보온 기능이 부착된 처리 탱크를 나타낸다. 이 처리 탱크(11)은 크게 나누어 처리 챔버(13)과 히터 내장형의 석영제 홀더(14)로 구성된다.
홀더 (14)는 한장의 실리콘 기판 (12)를 세트할 수 있고, 이 세트된 실리콘 기판(12)는 홀더(holder) (14)에 내장된 히터에 의해 황산 등의 약품의 비점 미만의 온도로 설정된다.
세트된 실리콘 기판 (12)에는 증기 발생 장치 (15)에 의해 발생된 기체 상태의 약품이 공급되게 되어 있다. 실리콘 기판 (12)에 공급된 기체 상태의 약품은 실리콘 기판 (12)의 표면에 충돌되어 냉각되고 응축됨으로써 약액이 되며, 금속 불순물을 제거하면서 실리콘 기판 (12)의 하부로부터 적하되어 회수 탱크 (16)에 포집된다.
이 포집된 약액은, 예를 들면 이온 교환 수지 타입 및 산화제 타입의 정제 장치 (17)를 통하여 순화된다. 그 결과, 포집된 약액 중의 금속 불순물은 제거되고 정제된 황산액은 증기 발생 장치 (15)에 다시 공급되어 세정용 약품으로써 사용된다. 또한 도면 중 (18)은 밸브를 나타내고 통상 세정시에는 열려 있다.
본 실시 형태의 경우, 기체 상태의 약품이 실리콘 기판 (12)에 공급되기 때문에 액체 상태의 약품을 공급하는 경우에 비해서 실리콘 기판 (12)의 표면에서의 약품 순도가 보다 높아진다. 따라서, 고순도의 약품이 실리콘 기판 (12) 표면에 부여되기 때문에 세정 효과가 보다 높아진다.
실리콘 기판 (12)의 온도(기판 온도)를 약품의 비점 미만으로 하는 이유는, 약액의 응축을 일으키게 하기 위함이다. 실리콘 기판 (12)가 IG층을 갖는 경우, 기판 온도가 낮아짐에 따라 IG층으로부터 방출되는 금속 불순물의 양이 저하된다. 기판 내면으로부터 기판 표면부에 확산되는 금속 불순물의 확산도 기판 온도에 따라 변한다. 따라서, 금속 불순물을 충분히 제거하기 위해서는 기판 온도가 약액의 비점 미만에서 가능한 한 높은 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는 시트식 처리 장치에 대해서 설명하였지만, 처리 장치로서의 특징 부분은 배치식 처리 장치에도 적용할 수 있다.
＜제3 실시 형태＞
도 5는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 실리콘 기판의 시트식 처리 장치를 나타내는 모식도이다.
상기 제1, 제2 실시 형태에서, 실리콘 기판의 온도는 약품의 비점 이하로 유지되어 있었지만, 이것은 기판 표면에서 약품이 기화되는 것을 방지하기 위해서였다. 그러나, 기판 표면을 약품의 비점 이하로 유지하면서 기판 내부를 가능한 한 고온으로 가열할 수 있다면 더욱 높은 효과를 얻을 수 있는 것은 말할 것도 없다.
이 실시 형태는 기판 내부의 온도를 가능한 한 고온으로 가열할 수 있는 가열 수단을 구비한 처리 장치를 나타내는 것이다.
즉, 이 실시 형태에 관한 처리 장치의 특징은 약액이 채워진 석영제의 비이커 (21) 중에 석영제 홀더 (22)로 유지된 실리콘 기판 (23)을 외부의 적외선 히터 (24)로 직접 가열하는 것이다.
즉, 본 실시 형태에서는 실리콘 기판 (23)을 적외선에 의해 선택적으로 가열하는 한편, 약액을 실리콘 기판 (23)에서 열 전도에 의해 가열한다.
이러한 구성에 의하면, 실리콘 기판 (23)의 내부는 적외선 가열에 의해 승온되는데 실리콘 기판 (23)의 표면은 약액에 의해 냉각되고 기판 내부와 비교하여 저온이 된다.
따라서, 적외선 히터 (24)의 출력과 약품의 유량을 적절히 제어함으로써, 실리콘 기판 (23)의 표면 온도는 약액의 비점 이하, 실리콘 기판 (23)의 내부 온도는 약액의 비점 이상으로 가열하는 것이 가능해진다.
특히, IG층을 갖는 실리콘 기판 (23)을 세정하는 경우, IG층이 기판 표면과 비교하여 고온으로 가열되기 때문에 이 IG층에 포획된 Cu, Ni 등의 중금속 금속 불순물이 재방출되기 쉬워진다. 따라서, 기판 내부의 금속 불순물을 보다 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
또한, 도면 중, (25)는 황산 등의 약품으로부터 금속 불순물을 제거하는, 예를 들면 이온 교환 수지 타입 및 산화제 타입 등의 정제 장치, (261), (262)는 밸브를 나타낸다.
본 실시 형태에서는 시트식 처리 장치에 대해서 설명하였지만, 처리 장치로서의 특정 부분은 배치식 처리 장치에도 적용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 제1 내지 제3의 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는 약품으로서 황산, 인산 등을 사용한 경우에 대해서 설명하였지만, 액체 상태의 경우에 반도체 제조용 그레이드의 고순도 약액에 해당되며 또한 고온의 비점 (실리콘 기판 세정의 경우 200 ℃ 이상)을 갖는 것이라면 어떠한 약품이라도 사용할 수 있다.
또한 무기 약액 뿐만 아니라 유기 약액이라도 사용할 수 있다. 또한, 반도체 기판(웨이퍼)의 세정 처리부 및 가열 히터부는 종, 횡 어느 쪽으로도 가능하다.
또한, 본 발명에서 제거할 수 있는 금속 불순물은 Cu, Ni에 한정되는 것이 아니며, 그 외 불순물로 간주되는 금속류, 예를 들면 Fe, Cr, Na를 포함함은 물론이다.
또한, 본 발명의 금속 불순물 제거 방법을 수회(n 회) 반복할 수 있다.
즉, 본 발명의 처리 방법을 행했다고 하더라도, 예를 들면 IG층 등, 실리콘 기판 내부에 위치하는 금속 불순물은 완전히 제거할 수 없다. 따라서, 본 발명의 처리 방법을 행한 후 반도체 제조 공정에서 실리콘 기판을 예를 들면 400 ℃ 이상의 고온 영역에 노출시켜 공정 후에 다시 본 발명의 처리 방법을 행하도록 한다.
실리콘 기판을 400 ℃ 이상의 고온 영역에 노출시킬 경우에는, 실리콘 기판 내부(IG 층)에 혼입된 금속 불순물이 재방출되고 확산된다. 그리고, 이 금속 불순물이 실리콘 기판의 표면 근방으로 이동하는 것을 생각할 수 있다. 따라서, 이 공정 후에 다시 본 발명의 금속 불순물 제거 방법을 실행함으로써 그들 금속 불순물을 유효하게 제거할 수 있다.
그 외, 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.
본 발명은 반도체 기판을 적어도 200 ℃ 이상으로 가열하여 이 반도체 기판 중에 혼입되어 있는 금속 불순물의 확산을 촉진시키는 반도체 기판의 가열 공정 및 반도체 기판 표면에 도달한 상기 금속 불순물을 약품으로 용해하여 기판으로부터 제거하는 금속 불순물 제거 공정을 포함하는 불순물 제거 방법 및 장치를 통하여 종래 게터링 기술에서는 표면의 금속 불순물 제거만이 가능했던데에 반해, 기판 내부의 금속 불순물까지도 제거할 수 있다는 효과를 나타내었다.

Claims (17)

  1. 반도체 기판을 적어도 200 ℃ 이상으로 가열하여 이 반도체 기판 중에 혼입되어 있는 금속 불순물의 확산을 촉진시키는 반도체 기판의 가열 공정,
    반도체 기판 표면에 도달한 상기 금속 불순물을 약품으로 용해하여 기판으로부터 제거하는 금속 불순물 제거 공정을
    포함하는, 반도체 기판에 혼입된 금속 불순물을 제거하는 방법
  2. 제1항에 있어서, 반도체 기판의 가열 공정이 200 ℃ 이상, 비점 미만으로 가열된 상기 약품 중에 반도체 기판을 침지시키는 공정을 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 반도체 기판의 가열 공정이 증기 상태로 가열된 약품을 반도체 기판 표면에 공급하고, 약품을 기판 표면에서 응축시키는 공정을 포함하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 기판의 가열 공정이 기판 표면을 약품의 비점 이하로 유지하고, 기판 내부를 약품의 비점 이상으로 가열하는 공정을 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 약품이 200 ℃ 이상, 비점 미만으로 가열된 황산 또는 인산인 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 약품은 0.1 중량% 농도 미만의 불소가 첨가된 황산 또는 인산인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 금속 불순물이 Fe, Cr, Cu, Ni, Na 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 반도체 기판이 내부에 인트린직 게터링 (intrinsic gettering)층을 가지고 있는 것인 방법.
  9. 제8항에 있어서, 기판의 가열 공정이 기판 표면을 약품의 비점 이하로 유지하고, 상기 인트린직 게터링층의 온도를 약품의 비점 이상으로 가열하는 공정을 포함하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 반도체 기판을 가압상태에 두고 약품의 비점을 상승시키는 공정을 포함하는 방법.
  11. 반도체 기판을 수용하는 용기,
    약품을 가열하고, 상기 용기 내에 수용되어 있는 반도체 기판의 표면에 공급함으로써 반도체 기판을 적어도 200 ℃ 이상으로 가열하고, 반도체 기판 중에 혼입되어 있는 금속 불순물의 확산을 촉진시키는 약품 가열 및 공급 기구,
    반도체 기판의 표면에 도달한 금속 불순물이 용해되어 있는 약품을 용기로부터 회수하는 약품 회수 기구, 및
    약품 회수 기구에 의해 회수된 약품으로부터 금속 불순물을 제거하는 금속 불순물 제거 기구를
    포함하는, 반도체 기판에 혼입된 금속 불순물을 제거하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 약품 가열 및 공급 기구가 상기 약품을 증기 상태로 공급하고 상기 반도체 기판 표면에서 응축시키는 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 금속 불순물 제거 기구가 이온 교환 수지를 사용하는 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 금속 불순물 제거 기구가 산화제에 의해 상기 금속 불순물의 산화물을 생성하고, 그를 증류 정제하는 장치.
  15. 제14항에 있어서, 산화제가 오존 가스인 장치.
  16. 반도체 기판을 수용하는 용기,
    상기 용기에 수용된 반도체 기판을 직접 가열함으로써 반도체 기판을 적어도 200 ℃ 이상으로 가열하고, 반도체 기판 중에 혼입되어 있는 금속 불순물의 확산을 촉진시키는 반도체 기판의 가열 기구,
    약품을 상기 가열 기구에 의해 가열된 반도체 기판의 표면에 공급함으로써 반도체 기판 표면에 도달한 금속 불순물을 이 약품에 용해시키는 약품 공급 기구,
    금속 불순물이 용해되어 있는 약품을 상기 용기로부터 회수하는 약품 회수 기구, 및
    상기 약품 회수 기구에 의해 회수된 약품으로부터 금속 불순물을 제거하는 금속 불순물 제거 기구를
    포함하는, 반도체 기판에 혼입된 금속 불순물을 제거하는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 가열 기구는 적외선 가열 수단이고, 상기 반도체 기판의 내부를 상기 약품의 비점 이상으로 가열하는 장치.
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