KR100442150B1 - 금속 급속 열 처리 장비의 모니터링 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 급속 열 처리 장비(Metal RTP : Rapid Thermal Processing)에 관한 것으로, 특히 반도체 기판에 금속 실리사이드 형성 시에 금속 급속 열 처리 장비의 상태를 모니터링 하는 방법에 있어서, 반도체 기판을 세정한 후에, 금속을 반도체 기판 상부에 증착하는 단계와, 금속을 증착한 후에, 금속 급속 열 처리 장비를 이용하여 적어도 상 전이가 일어나는 온도 구간 이상까지 어닐링하여 금속 실리사이드를 형성하는 단계와, 온도 구간에서 금속 실리사이드의 저항 값을 측정하여 금속 급속 열 처리 장비의 이상 유무를 판단하여 금속 급속 열 처리 장비의 모니터링 함으로써, 정확한 온도에서 공정을 진행할 수 있는 효과가 있다.

Description

금속 급속 열 처리 장비의 모니터링 방법{MONITORING METHOD FOR METAL RTP(RAPID THERMAL PROCESSING) MACHINE}
본 발명은 급속 열 처리 장비(Metal RTP)의 모니터링 방법에 관한 것으로서, 특히 금속 실리사이드의 상전이 현상을 이용하여 급속 열 처리 장비의 이상 유무를 판단할 수 있는 금속 급속 열 처리 장비의 모니터링 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 고온의 어닐링 단계에서 사용되는 RTP(Rapid Thermal Processing) 장비의 모니터링 방법은 RTO(Rapid Thermal Oxidation)를 널리 사용된다.
RTO(Rapid Thermal Oxidation)는 실리콘의 산화 현상을 이용하여 RTP 장비의 온도를 체크하는 방법으로써, 기 설정된 온도에서 설정된 시간만큼 산화를 수행한 다음 산화막의 두께를 측정하여 온도의 이상 유무를 판단한다.
한편, 금속 실리사이드 중에서, 티타늄 실리사이드는, 저 저항성, 자기정렬 능력 및 비교적 양호한 열 안정도라고 하는 그의 결합된 특성으로 인해 자기 정렬된 실리사이드 응용을 위한 VLSI 산업에 가장 광범위하게 사용되는 실리사이드가 되었다.
그러나, 상기와 같은 어닐링 단계에서 RTP 장비의 모니터링 방법에 사용되는 RTO는 산화를 위해 산소를 챔버 내에 불어넣어야 하기 때문에 챔버 내에 산소 농도에 민감한 금속 RTP 장비의 모니터링으로는 부적합하고, 산화를 위해 챔버에 불어넣은 산소를 완전히 제거하는 불편함이 있다.
본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속 실리사이드의 상전이 현상이 일어나는 온도 구간에서 저항 값의 변화량을 이용하여 급속 열 처리 장비의 이상유무를 판단하는 금속 급속 열 처리 장비의 모니터링 방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판에 금속 실리사이드 형성 시에 금속 급속 열 처리 장비의 상태를 모니터링 하는 방법에 있어서, 상기 반도체 기판을 세정한 후에 상기 반도체 기판 상부에 실리사이드 형성을 위한 금속막을 층착하는 단계와, 상기 금속막이 증착된 반도체 기판을 상기 금속 급속 열처리 장비를 이용하여 적어도 상기 금속막의 상전이가 일어나는 온도 구간 이상까지 어닐링하여 금속 실사이드를 형성하는 단계와, 상기 상전이된 금속 실리사이드의 저항값을 특정하여 상기 금속 급속 열처리 장비의 온도 이상 유무를 판단하는 단계를 포함한다.
도 1 내지 4는 본 발명의 한 측면에 티타늄 실리사이드의 막 형성 과정을 나타내는 예시 도,
도 5는 본 발명에 따른 금속 급속 열 처리 장비의 이상유무를 판단하는 과정을 나타내는 흐름 도,
도 6은 온도 변화에 따른 티타늄 실리사이드 막의 저항 값 변화량에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
10 : 실리콘 층 14 : 티타늄 층
16 : 티타늄 실리사이드 막
본 발명의 실시 예는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 기술 분야의 숙련자라면 이 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 단결정 실리콘웨이퍼 또는 다결정 실리콘일 수 있는 실리콘 층(10)이 마련된다. 실리콘 층(10)은, 예를 들면, 다결정 N 또는 P형 라인이거나 다결정 N 또는 P형 영역일 수 있다.
도 2를 참조하면, 티타늄 층(14)은 또한 화학적 기상 증착법 또는 스퍼터링에 의해 실리콘 층(10) 위에 두께 100 ∼ 1000Å로 디포지팅될 수도 있다. 또한, 이들 방법 중 하나에 의해 디포지팅될 때, 반드시 티타늄 층이 아니더라도 Ti 및 Si 합금을 함유하는 층이 디포지팅될 수도 있다.
도 3 내지 4를 참조하면, 티타늄 실리사이드(TiSi2) 막(16)이 실리콘 층(10)을 TiSi2의 C54 상을 형성하기에 충분한 시간동안 약 700℃ 이상의 온도로 가열함으로써 실리콘 층(10) 위에 형성되었다. 이 시간은 전반적으로 RTA(Rapid Thermal Anneal :급속 열 처리 어닐링)에 대해 약 20초 내지 통상의 용광로 내에서의 어닐링에 대해 약 20분이다. 티타늄 실리사이드(TiSi2) 막(16)의 형성이 실질적으로 C49 상을 통과하고, 저하된 표면 에너지 장벽으로 인해 주로 C54 상으로 진행한다.
여기서, RTP 장비를 이용하여 어닐링할 때에, C49에서 C54로 상전이 일어나는 온도는 710℃ ∼ 740℃이다.
어닐링 단계는, 특히, 낮은 온도, 즉, 약 650℃에서 실리사이드를 형성할 때 TiSi2의 C54 상의 형성을 더욱 촉진시키는데 유리함이 밝혀졌다. 이러한 어닐링 단계는 티타늄 층(14)의 스퍼터링 또는 화학적 기상 증착법에 의해서 디포지팅 후에 수행된다. 전반적으로, 이러한 어닐링은 적어도 약 700℃ 이상의 웨이퍼 온도에서 RTA를 사용할 경우 적어도 약 5초, 통상의 석영 용광로를 사용할 경우 약 10-30분의 시간동안 수행된다.
상기와 같은 어닐링 단계에서 쓰이는 금속 RTP(Rapid Thermal Processing : 급속 열 처리) 장비의 이상 유무를 파악하는 RTP 모니터링 과정은 아래와 같다.
도 5는 본 발명에 따른 금속 급속 열 처리 장비의 이상유무를 판단하는 과정을 나타내는 흐름 도이다.
먼저, 반도체 기판(실리콘웨이퍼)인 실리콘 층(10) 위에 있는 자연 산화막을 불산(HF)으로 제거하고, 자연 산화막이 제거된 실리콘 층(10) 상부에 스퍼터링 또는 화학적 기상 증착법을 사용하여 티타늄 층(14)을 증착한다(S201, S202, S203).
단계 203에서 티타늄 층(14)을 증착한 후에, RTP 장비는 실리콘 웨이퍼 상의챔버 내에 질소(N2)를 불어넣어 티타늄 실리사이드 막(16)을 형성하기 위하여 입력된 기준치 온도 값으로 어닐링을 실시한다(S204).
RTP 장비는, 측정된 온도가 상전이 시점일 경우에, 티타늄 실리사이드 막(16)에 대한 저항 값을 모니터링하고(S205), 모니터링 된 저항 값을 토대로 챔버 내부의 온도를 산출한다(S206).
이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 온도에 따른 저항 값의 민감도는 상전이 시점에서 710℃ ∼ 740℃에서 약 0.2Ω/sq/℃ 이고, 상 전이가 종료되는 구간 740℃ ∼ 760℃에서 약 0.02Ω/sq/℃로 상전이 종료 구간보다 상전이 구간에서 온도에 따른 저항 값의 변화량이 민감하다.
그러므로, 상 전이가 일어나는 시점(710℃ ∼ 740℃)에서 온도 변화에 따른 저항의 변화량은 1℃ 당 0.2Ω/sq에서 저항의 변화량에 따라 1℃ 정도의 온도를 모니터링 할 수 있다.
RTP 장비의 모니터링 온도를 결정하는데 더 고려해야할 사항 중 하나가 저항값의 균일성인데, 장비의 모니터링용으로 저항 값을 사용하더라도 저항 값의 균일성이 좋지 않은 온도에서 장비를 모니터링할 경우 균일성 때문에 온도 차이를 현상적으로 관찰할 수 없다. 따라서, RTP 장비의 모터링 하기에 최적의 조건은 온도가 710℃ ∼ 720℃ 구간이 가장 적절할 것이다.
RTP 장비의 온도 값은 단계 205에서 산출된 온도 값과 비교되어 RTP 장비 이상 유무를 판단한다(S207).
단계 206에서 판단 결과, RTP 장비의 온도는, RTP 장비의 온도 값이 단계205에서 산출된 온도 값과 같을 경우에 “정상”으로 판별되어 어닐링 단계를 수행하고, 그렇지 않을 경우에 “비정상”으로 판별되어 RTP 장비의 온도는 수정되어 진다(S208, S209, S210).
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 티타늄 실리사이드의 상 전이가 일어나는 온도 710℃ ∼ 740℃에서 티타늄 실리사이드 막의 저항값을 이용하여 RTP(급속 열 처리) 장비의 온도의 이상유무를 판단함으로써, 정확한 온도에서 공정을 진행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 반도체 기판에 금속 실리사이드 형성 시에 금속 급속 열 처리 장비의 상태를 모니터링 하는 방법에 있어서,
    상기 반도체 기판을 세정한 후에 상기 반도체 기판 상부에 실리사이드 형성을 위한 금속막을 층착하는 단계와,
    상기 금속막이 증착된 반도체 기판을 상기 금속 급속 열처리 장비를 이용하여 적어도 상기 금속막의 상전이가 일어나는 온도 구간 이상까지 어닐링하여 금속 실사이드를 형성하는 단계와,
    상기 상전이된 금속 실리사이드의 저항값을 특정하여 상기 금속 급속 열처리 장비의 온도 이상 유무를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 급속 열 처리 장비의 모니터링 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속은,
    티타늄을 사용하고, 710 ∼ 740℃ 온도로 어닐링되는 것을 특징으로 하는 금속 급속 열 처리 장비의 모니터링 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속은,
    상기 반도체 기판에 100 ∼ 1000Å의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 금속 급속 열 처리 장비의 모니터링 방법.
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