KR100354600B1 - 반도체 기판의 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산성 물질을 함유하는 탈이온수 용액을 반도체 기판에 접촉시키는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 반도체 기판의 처리 방법에 관한 것이며, 특히 수소-표면 안정화되도록 또한 게이트 산화물(gate oxide) 또는 적층 성장한(epitaxially grown) 규소 또는 금속 실리사이드와 같은 물질의 후속 성장 또는 형성에 적합하도록 일부 표면 오염을 제거하기 위해 규소 기판을 처리하는 방법에 관한 것이다.
반도체 장치의 조립시에, 반도체 기판은 여러 방식으로 오염되기 쉽다. 오염은 기판상에서 후속적으로 조립된 반도체 장치의 작동 특징에 악영향을 미친다. 또한, 오염은 장치의 생산율을 감소시키고 몇몇 경우에는 부착된 필름의 특성을 변형시킬 수 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼의 규소층 표면이 제조 공정의 여러 단계에서 오염되는 것을 방지하기 위하여 다양한 노력이 기울여졌다.
예컨대, 소위 "천연" 산화물 필름은 공기 또는 물 또는 에칭 화합물 자체에 노출되기 때문에 새로 에칭된 규소상에 형성되기 쉽다. 전형적으로, 이러한 "천연" 산화물은 하나의 단층 두께 내지 여러 개의 단층 두께이며 SiO2이외에도 C, H, S, N, 각종 금속과 같은 다양한 치환기를 함유한다.
기판이 규소의 저온 적층 성장, 또는 게이트 산화물과 같은 산화물의 열 산화에 의한 성장, 또는 코발트 또는 백금 또는 팔라듐 또는 탄탈 또는 티탄 등의 전이 금속과 같은 금속과 하부 규소 기판의 반응에 의한 금속 실리사이드의 형성과 같은 후속 가공이 될 수 있도록, 기판이 극미하게 세척된 표면이어야 하고 수소로 표면 안정화되어야 하며 탄소, 산소와 같은 오염물이 없어야 한다.
수소-안정화된 표면을 제조시키기 위해 사용되는 보다 대중적인 세척 절차중 하나는 표면을 불소산 용액과 접촉시키는 것이다. 전형적으로, 규소 기판을 묽은 불소산 수용액을 함유하는 탱크에 담근 후에 탈이온(DI)수로 헹구고 건조 공정을 거친다. 건조 공정은 전형적으로 탈수 건조 또는 알코올 증기 건조 절차이다.
수소-안정화된 규소 표면의 재산화는 탈이온수중에 용해된 산소의 결과(억제하기 어려운 특성) 또는 규소-수소 결합의 가수분해(pH 함수)로부터 발생한다.
원하는 에칭후 표면 조건은 규소가 수소로 종결되고 또한 오염이 제거된 조건이며, 저온 적층 성장과 같은 후속 공정에 필요한 조건이다. 이러한 표면 조건은 예비 세척 공정을 완료한 후 적층 침착과 같은 후속 공정을 시작하기까지의 오랜 기간동안 표면이 안정하게 있어야 하므로 반도체 제조 공정에서 특히 중요하다. 또한, 완전한 수소-안정화된 표면은 매우 낮은 표면 전하(Si-H 결합의 낮은 극성으로 인함)를 갖고 따라서 유기 분자와 같은 공기중 오염물을 덜 끌어당긴다. 이러한 안정성을 이루면 예비 세척 완료와 적층 침착과 같은 후속 공정 개시 사이의 전형적인 변형과 사이클 시간 지연을 조정할 수 있다.
상기와 같은 수소-안정화된 표면을 얻기 위해 시도하여 왔다. 그러나, 선행 방법은 일반적으로 제조 공정에 대해 안정하도록 충분하게 수소-안정화되지 않은 표면을 생성한다. 현재 가장 수용되는 규소 표면 처리 방법은 수성 불소산으로 처리하고 탈이온수로 헹군 후 질소 탈수 건조시키거나 또는 물을 알코올로 대체시키고 이어서 질소 건조시키는 것이다. HF 증기도 또한 사용되어 왔다. 그러나, HF 증기는 탈이온수로 헹구거나 헹구지 않거나 규소 표면을 효과적으로 수소-표면 안정화시키지 않는다. 또한, 수소중 고온 가공은 탄소, 산소 불순물을 효과적으로 제거한다. 그러나, 고온의 필요성은 웨이퍼상에 먼저 조립된 다른 구조물을 손상시킬 수 있다.
따라서, 산소, 탄소, 기타 오염물을 함유하지 않고 충분하게 수소-표면 안정화된 에칭후 표면을 제공할 필요성이 여전히 있다.
본 발명자들은 수소-표면 안정화되도록 또한 게이트 산화물 또는 적층 성장한 규소 또는 금속 실리사이드와 같은 물질의 후속 성장 또는 형성에 적합하도록 규소 기판을 처리하여 표면 오염을 제거하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 HF 산으로 기판을 처리하고, 낮은 pH 용액으로 대체시키고, 낮은 pH 용액을 유기 용매로 대체시킨 후 불활성 기체로 건조시킴을 포함하는, 규소 기판을 처리하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따라 사용되는 낮은 pH 용액은 비산화성 무기산 또는 약 82℃ 미만의 비점을 갖는 유기 카복실산 또는 이들의 혼합물을 이용할 수 있다. 본 발명에 따르면, 사용되는 낮은 pH 용액이 반도체 기판의 재산화를 억제할 뿐만 아니라 표면상으로부터 임의의 기타 부수적인 오염물을 제거하거나 그의 침착을 억제한다.
이어서 표면을 건조시켜서, 산소, 탄소 오염물을 함유하지 않은 수소-안정화된 표면을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 그 밖의 목적과 이점은 하기의 상세한 설명으로부터 당해 분야의 숙련자들에 의해 쉽게 명확해질 것이며, 상세한 설명에서는 본 발명을 실시하기에 가장 좋은 방식을 단지 예시함으로써 본 발명의 바람직한 양태만을 나타내고 설명하였다. 인지되는 바와 같이, 본 발명이 그 밖의 상이한 양태일 수 있으며, 그의 세부 사항은 본 발명을 벗어남없이 여러 명확한 측면에서 변형될 수 있다. 따라서, 상세한 설명은 특성상 예시적인 것으로 간주되어야 하며 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다.
본 발명은 반도체 기판의 처리 방법, 특히 세척되고 수소-표면 안정화된 기판을 얻기 위한 규소 기판의 처리 방법에 관한 것이다. 전형적으로, 본 발명에 따라 처리된 기판은 이전에는 산화물과 같은 이전 필름을 표면으로부터 제거하기 위해 HF 증기 또는 수성 HF 등으로 처리되어 왔다. 수성 HF 전처리는 전형적으로 약 10:1 내지 약 200:1의 물:HF 비를 갖는 탈이온 수용액을 사용한다. 본 발명에 따르는 기판을 낮은 pH 용액과 접촉하거나 또는 전형적으로는 낮은 pH 용액에 담근다. 물질의 산성화는 pH를 낮추기 위해 이용될 수 있으며, 반도체 기판 또는 기타 원하는 필름에 대한 에칭을 최소화시켜야 하며, 건조 절차후에 기판상에 어떠한 잔류물도 남기지 않아야 한다. 상기 처리후에 반도체 기판이 그 표면상에 산소와 탄소를 함유하지 않는 것이 중요하다.
사용되는 전형적인 산은 비산화성 무기산과 비점이 약 82℃ 미만인 유기 카복실산이다. 물론, 산의 혼합물을 필요시에 사용할 수 있다.
적합한 무기 물질은 염산(HCl), 매우 묽은 불소산(HF), 카본산(H2CO3)을 포함한다. 매우 묽은 불소산은 전형적으로 HF 1부(부피 기준)당 약 100중량부 이상의 물, 바람직하게는 HF 1부(부피 기준)당 약 200중량부 이상의 물, 더욱 바람직하게는 HF 1부(부피 기준)당 약 200중량부 내지 약 500중량부의 물을 함유한다. 적합한 유기산은 트리플루오로아세트산과 트리클로로아세트산을 포함한다. 바람직한 물질은 카본산 또는 HF인데, 그 이유는 이들이 임의의 유해한 잔류물을 남기는 경향이 훨씬 적기 때문이다. 카본산은 전형적으로 물에 첨가된 CO2기체로부터 얻어진다.
기판이 탈이온수 조성물에 노출될 때 탈이온수 조성물의 pH는 전형적으로 약 0.5 내지 약 6.5, 바람직하게는 약 1.5 내지 약 4.5의 범위이다.
전술한 바와 같이, 물질의 산성화는 접촉면을 함유하는 산소 또는 탄소를 발생시킬 수 있는 잔류물을 기판상에 남기지 않고, 기판상에 입자 또는 이온을 함유하는 잔류물을 남기지 않는 것이 중요하다. 개시된 상기 물질은 이러한 조건을 만족시킨다.
전형적으로 본 발명에 따르면, 산성화된 탈이온수로 헹군 직후에 기판을 건조시킨다. 예를 들면, 유해한 잔류물을 남기지 않으면서 규소 표면으로부터 증발되는 이소프로필 알코올과 같이 충분한 증기압을 갖는 비반응성 용매를 사용함으로써 건조시킬 수 있다. 또한, 전형적으로 예방적인 방식으로서는 질소와 같은 불활성 기체를 사용하여서 기판에 흐르게 하여 기판에 남아있을 수 있는 모든 용매를 제거할 수 있다. 전형적으로, 불활성 기체를 약 20℃ 내지 약 80℃와 같은 승온에서 웨이퍼상에 흐르게 한다.
하기의 비제한적인 실시예는 본 발명을 추가로 예시하기 위해 제공된다.
실시예 1
반도체 규소 웨이퍼를 물 200부(부피)와 HF 1부(부피)(200:1 용액)로 이루어진 용액에 담근다. 이어서 200:1 용액을 물 450부 대 HF 1부(450:1) 용액으로 바꾼다. 이어서, 450:1 용액을 이소프로필 알코올로 대체시키고, 질소 기체를 사용하여 웨이퍼를 건조시킨다. 200:1 HF 용액을 사용하여 규소 표면에 산화물이 없게 한다. 따라서, 본 발명에 따라 처리하기 위해 두번째 HF 용액을 사용할 때, 두 번째 용액은 첫번째 용액보다 묽은 HF 용액이며 전형적으로 2배 이상 묽다.
실시예 2
반도체 규소 웨이퍼를 물 200부(부피)와 HF 1부(부피)(200:1 용액)로 이루어진 용액에 담근다. 이어서 200:1 용액을 CO2로 포화된 탈이온수로 대체시키고, 그 후에 웨이퍼를 이소프로필 알코올 증기 건조를 이용하여 건조시킨다.
본 발명의 전술한 설명은 본 발명을 예시하고 설명한다. 추가로, 전술한 바와 같이 개시내용은 본 발명의 바람직한 양태만을 나타내고 설명하지만, 본 발명은 여러 다른 조합, 변형, 환경에서 사용할 수 있으며, 본원에 기재된 바와 같은 발명 개념의 범주내에서 변화 또는 변형될 수 있고, 당해 분야의 상기 교지 및/또는 기술 또는 지식에 상응함은 물론이다. 상기에 기재된 양태는 본 발명을 실시하기 위한 공지된 최상의 양태를 설명하기 위한 것이며 당해 분야의 숙련된 자들로 하여금 본 발명의 특별한 용도 또는 이용에서 요구되는 상기 양태 또는 그 밖의 양태의 본 발명을 이용할 수 있게 한다. 따라서, 상세한 설명은 본 발명을 본원에 개시된 형태로 제한하고자 하지 않는다. 또한, 첨부된 청구범위는 또 다른 양태를 포함하고자 한다.
본 발명의 방법에 따라 규소 기판을 처리함으로써 반도체 기판의 재산화를 억제할 수 있을 뿐만 아니라 표면상으로부터 임의의 기타 부수적인 오염물을 제거하거나 그의 침착을 억제할 수 있다.
Claims (23)
- 반도체 기판의 처리방법에 있어서,반도체 기판을 HF 산과 접촉시키는 단계, 및이어서 기판을, H2CO3, HF 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 함유하는 탈이온수 용액과 접촉시켜 산소 및 탄소 오염이 없는 수소-안정화된 표면을 제공하는 단계를 포함하는 반도체 기판의 처리방법.
- 제 1항에 있어서,기판이 규소 기판인 방법.
- 제 1항에 있어서,기판이 처리되는 표면상에 산화물을 함유하지 않는 규소 기판인 방법.
- 제 1항에 있어서,화합물이 HF이고, 상기 HF가 HF 1부당 물 약 100중량부 이상을 함유하는 용액 형태로 존재하는 것인 방법.
- 제 1항에 있어서,화합물이 H2CO3인 방법.
- 제 1항에 있어서,화합물이 HF인 방법.
- 제 4항에 있어서,HF 용액이 HF 1부당 물 약 200부피부 이상을 함유하는 것인 방법.
- 제 6항에 있어서,HF 용액이 HF 1부피부당 물 약 200부피부 내지 약 500부피부를 함유하는 것인 방법.
- 제 1항에 있어서,기판이 탈이온수 용액과 접촉할 때 탈이온수 용액이 약 0.5 내지 약 6.5의 pH를 갖는 것인 방법.
- 제 6항에 있어서,pH가 약 1.5 내지 약 4.5인 방법.
- 제 1항에 있어서,산성화 물질을 첨가하기 전에 탈이온수의 기체를 제거하는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제 1항에 있어서,기판을 탈이온수 용액과 접촉시킨 후에 건조시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제 12항에 있어서,건조가 비반응성 용매를 사용함으로써 기판으로부터 탈이온수 용액을 제거함으로써 수행되는 방법.
- 제 13항에 있어서,비반응성 용매가 이소프로필 알코올인 방법.
- 제 13항에 있어서,잔류 용매를 제거하기 위해 기판상에 불활성 기체를 유동시키는 것을 추가로 포함하는 방법.
- 제 15항에 있어서,불활성 기체가 질소인 방법.
- 제 15항에 있어서,기체의 온도가 약 20℃ 내지 약 80℃인 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 1항에 있어서,HF 산이 HF 1부당 약 10부피부 내지 약 400부피부의 물로 이루어진 수용액인 방법.
- 반도체 기판의 처리방법에 있어서,기판을 HF산과 접촉시키는 단계, 및이어서 기판을, 비산화성 무기산, 82℃ 미만의 비점을 갖는 유기 카복실산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 화합물과 접촉시켜 산소 및 탄소 오염이 없는 수소-안정화된 표면을 제공하는 단계를 포함하며,상기 하나 이상의 화합물을 첨가하기 전에 탈이온수의 기체를 제거하는 것을 추가로 포함하는, 반도체 기판의 처리방법.
- 반도체 기판의 처리방법에 있어서,기판을 HF산과 접촉시키는 단계, 및이어서 기판을, 82℃ 미만의 비점을 갖고 트리플루오로아세트산, 트리클로로아세트산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 함유하는 탈이온수 용액과 접촉시켜 산소 및 탄소 오염이 없는 수소-안정화된 표면을 제공하는 단계를 포함하는 반도체 기판의 처리방법.
- 반도체 기판의 처리방법에 있어서,기판을 HF산과 접촉시키는 단계, 및이어서 기판을, 82℃ 미만의 비점을 갖고 트리플루오로아세트산, 트리클로로아세트산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 함유하는 탈이온수 용액과 접촉시켜 산소 및 탄소 오염이 없는 수소-안정화된 표면을 제공하는 단계를 포함하며,상기 하나 이상의 화합물을 첨가하기 전에 탈이온수의 기체를 제거하는 것을 추가로 포함하는, 반도체 기판의 처리방법.
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