KR100585083B1 - 초박막 게이트 산화막 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

양질의 초박막 게이트 산화막을 레이저를 이용한 3단계 방법에 의해 형성한다. 먼저 반도체 기판상에 레이저에 의해 여기된 오존 및 수증기를 플로우시킨다. 이어서, 반도체 기판상에 레이저를 조사하면서 불소, 염소, 불화수소산, 수증기 또는 이들의 혼합물을 플로우시킨다. 마지막으로 반도체 기판상에 오존 및 수증기를 플로우시키되 오존 및 수증기를 해리시키지 않는 파장대의 레이저를 기판에 조사하여 반도체 기판상에 초박막 게이트 산화막을 형성한다.

Description

초박막 게이트 산화막 형성 방법{Fabrication method for ultra thin gate oxide}
도 1은 본 발명에 따른 초박막 게이트 산화막 형성 방법을 순서대로 나타내는 흐름도이다.
본 발명은 초박막 게이트 산화막을 형성하는 방법에 관한 것이다.
반도체 소자가 고집적화 및 미세화됨에 따라 양호한 특성의 초박막 게이트 산화막을 형성하는 것이 요구되고 있다. 양호한 특성의 초박막 게이트 산화막을 형성하기 위해서는 웨이퍼 표면에 오염원(유기, 금속, 미세 입자)이 존재하지 않고 자연 산화막이 형성되어 있지 않아야 한다. 따라서, 게이트 산화막을 형성하기 전에 웨이퍼의 표면을 세정하는 공정이 선행되어야 한다. 게이트 산화막 형성 전에 웨이퍼 표면을 세정하는 방법은 미국 특허 제5,716,495호, 제5,922,219호 및 제5,814,562호에 개시되어 있다.
미국 특허 제5,716,495호에는 할로겐 가스를 플로우시키면서 UV(자외선)를 웨이퍼에 조사하여 금속 오염원을 제거하는 방법이 개시되어 있다. 미국 특허 제5,922,219호에는 할로겐 가스를 플로우시키면서 UV를 웨이퍼에 조사한 후, 불화수소 증기와 수증기 또는 알코올 증기를 주입시켜 산화막을 식각하여 금속 오염원을 제거하는 방법이 개시되어 있다. 그리고, 미국 특허 제5,814,562호에는 불화수소 증기와 메탄올 증기 및 질소 가스를 주입시켜 자연 산화막을 식각한 후, 할로겐 가스를 플로우시키면서 UV를 웨이퍼에 조사하여 금속 오염원을 제거하고 급속 열산화 공정에 의해 게이트 산화막을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, UV와 할로겐 가스의 처리만으로는 유기 오염원이나 미세 입자들을 충분히 제거하지 못하는 단점이 있고, 불화수소 증기를 사용할 경우 웨이퍼상에 물 반점을 남기는 단점이 있다. 따라서, 종래의 방법으로 세정된 웨이퍼상에 게이트 산화막을 성장시키면 게이트 산화막의 특성이 열화된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 웨이퍼 표면의 금속 오염원 뿐만 아니라 유기 오염원 및 미세 입자들을 용이하게 제거할 수 있으며, 웨이퍼상에 물 반점을 남기지 않아서, 양질의 초박막 게이트 산화막을 형성할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 게이트 산화막 형성 방법에 따르면, 먼저 반도체 기판상에 레이저에 의해 여기된 오존 및 수증기를 플로우시킨다. 이어서, 상기 반도체 기판상에 레이저를 조사하면서 불소, 염소, 불화수소산, 수증기 또는 이들의 혼합물을 플로우시킨다. 마지막으로 상기 반도체 기판상에 오존 및 수증기를 플로우시키되 상기 오존 및 수증기를 해리시키지 않는 파장대의 레이저를 기판에 조사하여 상기 반도체 기판상에 초박막 게이트 산화막을 형성한다.
상기 (a) 단계와 (b) 단계의 레이저는 자외선 파장대의 레이저이고, 상기 (c) 단계의 레이저는 적외선 파장대의 레이저인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 (a), (b) 및 (c) 단계는 인-시튜로 진행된다.
이하 본 발명에 따른 초박막 게이트 산화막 형성 방법에 관해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1을 참조하면, 먼저 초박막 게이트 산화막이 형성될 반도체 기판상에 레이저에 의해 여기된 오존 및 수증기를 플로우시킨다(100 단계). 오존 및 수증기가 레이저에 의해 여기되면, 산소 래디컬(O·)과 히드록시기 래디컬(·OH)이 형성된다. 이 래디컬들은 미세 입자 및 유기 오염원을 효과적으로 제거한다. 또, 반도체 기판의 표면에 산화막을 생성시켜 표면에 부착된 일부 금속 오염원들을 산화막속에 가두는 역할을 한다.
반도체 기판상에 레이저에 의해 여기된 오존 및 수증기를 공급하는 방식은 레이저가 반도체 기판에 직접 조사되느냐 여부에 따라 두 가지 방식으로 구분된다. 첫번째 방식은 반도체 기판 표면에는 레이저를 직접 조사하지 않고 반도체 기판 표 면으로부터 소정 거리 이격된 위치에 반도체 기판과 평행하게 레이저를 조사하는 방식이다. 레이저가 조사되는 위치보다 높은 위치에서 오존 및 수증기를 플로우시키면 오존 및 수증기가 아래로 플로우되다가 웨이퍼와 평행하게 조사되는 레이저와 접촉하여 여기된 후 반도체 기판상에 공급된다. 두번째 방식은 반도체 기판 표면에 레이저를 직접 조사하면서 반도체 기판보다 높은 위치에서 오존 및 수증기를 플로우시키는 방식이다. 두번째 방식을 사용할 경우 레이저의 열 에너지를 전달받은 미세 입자가 웨이퍼로부터 쉽게 이탈되는 장점이 있다.
레이저는 UV 파장, 가시광 파장 또는 IR 파장의 레이저 모두 사용가능하다. 바람직하기로는 오존 및 수증기를 여기시키기에 효과적인 UV 파장의 레이저가 바람직하다. 그리고 레이저는 펄스 형태의 광 혹은 연속적인 광 모두 사용가능하다. 또, 레이저 빔은 스캐닝 방식 또는 전면 조사 방식중 어느 방식으로 사용되더라도 무방하다.
수증기는 전체 공급 가스 부피의 0.01vol% 내지 1.0 vol%로 공급되는 것이 바람직하다.
이어서, 100 단계와 인-시튜로 반도체 기판상에 레이저를 조사하면서 불소, 염소, 불화수소산, 수증기 또는 이들의 혼합물을 공급한다 (110 단계). 바람직한 가스의 혼합물은 불소/염소, 불소/수증기, 불화수소/수증기, 염소/수증기, 불소/불화수소/수증기, 염소/수증기, 불소/염소/수증기등이다.
불소, 염소, 무수 불화수소산, 수증기 또는 이들의 혼합물에 의해 반도체 기판 표면의 산화막이 식각되는 동안 생성된 부산물들(예: H2SiF6)이 조사된 레이저에 의해 순간적으로 가열되어 기화되므로 반도체 기판 표면에 부산물들이 남지 않는다. 또, 기판 표면의 물도 레이저에 의해 순간적으로 가열되어 기화되므로 반도체 기판 표면에 물이 잔류하는 문제점이 없다.
레이저는 기판 표면에 직접 조사하는 것이 바람직하며, UV 파장대의 레이저가 가장 적합하다.
마지막으로, 100 단계와 110 단계를 거치면서 유기, 무기 오염원, 미세 입자들 및 자연산화막이 완전히 제거된 반도체 기판상에 초박막 게이트 산화막을 형성한다 (120 단계). 120 단계 또한 110 단계와 인-시튜로 실시한다.
초박막 게이트 산화막은 상기 반도체 기판상에 오존 및 수증기를 공급하되 상기 오존 및 수증기를 해리시키지 않는 파장대의 레이저를 조사하여 형성한다. 따라서, IR 파장대의 레이저가 적합하다. 형성되는 초박막 게이트 산화막의 두께는 25Å 이하로 형성한다. 바람직하기로는 약 10Å 정도의 초박막으로 형성한다. 필요에 따라서 두께를 더 얇게 할 수 있음은 물론이다.
이 때, 레이저가 기판 표면에 직접 조사되도록 하면 오존 및 수증기에 의해 기판 표면에 형성된 산화막의 막질이 더욱 치밀해진다.
본 발명에 따르면, 반도체 기판 표면의 유기 및 금속 오염원과 미세 입자를 완전히 제거할 수 있다. 또, 웨이퍼 표면에 열 에너지를 가하는 레이저를 사용하므로 웨이퍼 표면에 오염원 및 자연산화막 제거시 생성된 부가 생성물들이 잔류하지 않는다. 그리고, 오염원이 완전히 제거된 기판상에 오존 및 수증기를 공급함과 동 시에 레이저를 기판 표면에 조사하여 산화막을 형성하므로 양호한 특성의 초박막 게이트 산화막을 형성할 수 있다.

Claims (3)

  1. (a) 반도체 기판상에 레이저에 의해 여기된 오존 및 수증기를 플로우시키는 단계;
    (b) 상기 반도체 기판상에 레이저를 조사하면서 불소, 염소, 무수 불화수소산, 수증기 및 이들의 혼합물을 플로우시키는 단계; 및
    (c)상기 반도체 기판상에 오존 및 수증기를 플로우시키되 상기 오존 및 수증기를 해리시키지 않는 파장대의 레이저를 조사하여 상기 반도체 기판상에 초박막의 게이트 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초박막 게이트 산화막 형성 방법.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 (a) 단계와 (b) 단계의 레이저는 자외선 파장대의 레이저이고, 상기 (c) 단계의 레이저는 적외선 파장대의 레이저인 것을 특징으로 하는초박막 게이트 산화막 형성 방법
  3. 제1 항에 있어서, 상기 (a), (b) 및 (c) 단계는 인-시튜로 진행되는 것을 특징으로 하는 초박막 게이트 산화막 형성 방법.
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