KR100590268B1 - 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파를 이용하여 실리콘층 및 버퍼층 등과 같은 소정의 소자가 형성된 기판을 세정할 때 고에너지의 초음파에 의해 불산과 같은 식각 용액이 기판 내부로 침투함으로서 발생하는 디그 결함을 방지하기 위한 것으로 800 내지 2000Hz의 주파수를 발생하는 초음파 세정 장치로 10 내지 25W의 파워로 세정하여 디그 결함이 거의 발생하지 않는 반도체 장치의 제조에 관한 것이다.

본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은 소정의 소자가 형성된 절연 기판상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계; 및 상기 비정질 실리콘층이 형성되어 있는 기판을 800 내지 2000Hz의 주파수를 발생하는 초음파 장치로 10 내지 25W의 파워로 세정하는 단계으로 이루어진 반도체 장치의 제조 방법에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은 800 내지 2000Hz의 주파수를 발생하는 초음파 세정 장치로 10 내지 25W의 파워로 초음파 세정하게 되면 불산과 같은 식각 용액이 기판 내부로 침투하여 발생하는 디그 결함이 거의 발생하지 않고, 피세정체를 깨끗하게 세정할 수 있을 뿐만 아니라 결함이 발생하지 않음으로써 제품 수율을 향상시키는 효과가 있다.

Cleaning, Megasonic, HF

Description

반도체 장치의 제조 방법{Method for fabrication of semiconductor device}

도 1은 종래의 세정 공정에 따른 하부 기판의 식각현상을 보여주는 단면 사진.

도 2는 본 발명에 의한 반도체 제조 장치의 제조 방법에 따라 제조된 반도체 소자의 단면도.

도 3는 본 발명에 의한 반도체 장치의 제조 방법 중 비정질 실리콘이 형성되어 있는 기판의 세정 방법의 모식도.

도 4는 초음파 세정 장치의 파워와 결함의 관계를 나타내는 그래프.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

31 : 회전축 32 : 테이블

33 : 기판 34 : 노즐

35 : 초음파 세정 장치의 유닛 36 : 세정액

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 세정액이 공급되고, 800 내지 2000Hz의 주파수를 발생하는 초음파 장치로 10 내지 25W의 파워로 피세정체를 초음파 세정하는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

초음파 세정은 주로 디스플레이 장치용 유리 기판, 반도체 웨이퍼, 데이터 저장 등을 위한 자기 디스크 같은 피세정물을 세정하거나 헹구는데 사용된다. 통상적인 초음파 세정 시스템에서, 피세정체는 초음파 진동자에 의해 활성화되는 진동판으로부터 초음파가 적용되는 세정액을 포함하는 세정조로 도입된다. 세정액의 초음파는 진동 에너지를 피세정체의 파티클에 적용시켜서 파티클 및 다른 오염 물질이 피세정물에서 효과적으로 제거될 수 있게 한다.

초음파 세정 시스템용 세정액은 순수 장치(탈이온화기 또는 탈염기(demineralizer))에 탈기화기를 부가시켜 순수 장치로부터 얻은 순수(탈이온화수 또는 탈염화수)로부터 금속 이온 및 파티클 뿐 아니라 용존 가스 또한 제거함으로써 얻어진다. 순수의 산소 제거는 반도체 웨이퍼상의 산소막의 성장 방지를 위해 요구된다. 산소 제거는 또한 액체 공급관내의 박테리아 증식을 막는데 효과적이다. 반면에, 이산화탄소를 포함하는 순수는 순수 장치내에 제공된 이온 교환 수지를 열화시키는 상대적으로 높은 전기 저항성을 가지며, 따라서 이산화탄소의 제거 또한 순수 장치의 작동 부담 감소를 위해 요구된다.

도 1은 종래의 세정 공정에 따른 하부 기판의 식각 현상을 보여주는 단면 사진이다. 도에서 보는 바와 같이 유리 기판상에 실리콘 산화막과 같은 버퍼(Buffer) 층을 형성하고, 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘을 형성한 후, 불산(HF)이 포함된 세정액에 상기 기판을 장입하고 초음파로 세정할 때, 유리 기판상에 형성된 소정의 소자에 디그 결함(Dig defect)(11)이 발생하는 문제점이 있다. 상기 디그 결함은 20kHz 내지 1.5MHz 범위 내의 주파수 및 40W의 파워를 갖는 초음파가 불산이 포함된 세정액에 인가됨으로서, 고에너지를 갖는 불산이 기판 내부로 침투 확산하여 상기 소정의 소자를 부식시킴으로서 발생하는 결함이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 세정액이 공급되고, 800 내지 2000Hz의 주파수를 발생하는 초음파 장치로 10 내지 25W의 파워로 초음파 세정하는 반도체 소자의 제조 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 소정의 소자가 형성된 절연 기판상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계; 및 상기 비정질 실리콘층이 형성되어 있는 기판을 800 내지 2000Hz의 주파수를 발생하는 초음파 장치로 10 내지 25W의 파워로 세정하는 단계로 이루어진 반도체 소자의 제조 방법에 의해 달성된다.

또한 본 발명의 상기 목적은 15 내지 25초 동안 오존수 처리를 하고, 80 내지 120초 동안 불산 처리를 하고, 25 내지 35초 동안 초순수 세정을 하고, 20 내지 30초 동안 수소수 처리를 하고, 8 내지 12초 동안 초순수 세정하는 방법으로 이루어진 반도체 소자의 제조 방법에 의해서도 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 반도체 제조 장치의 제조 방법에 따라 제조된 반도체 소자의 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 소정의 소자가 형성된 기판(21)상에 소오스 영역, 채널 영역 및 드레인 영역을 포함하는 반도체층(22)이 형성되고, 상기 반도체층 상부에 게이트 절연막(23)이 형성된 후, 게이트 전극(24)이 형성되고, 상기 게이트 전극 및 게이트 절연막의 상부에 패시베이션층(25)을 형성한 후, 상기 패시베이션층 및 게이트 절연막을 통과하고, 상기 소오스 영역 및 드레인 영역의 일부를 노출시키는 비아(26)를 형성한 후, 소오스 전극 및 드레인 전극(27)을 형성하여 각각 소오스 영역과 드레인 영역이 전기적으로 소오스 전극 및 드레인 전극과 연결되어진 박막트랜지스터를 형성한다. 상기와 같은 방법으로 박막트랜지스터를 제조할 때, 일반적으로 반도체층은 비정질 실리콘을 형성한 후, 결정화하여 형성하게된다. 이때 상기 비정질 실리콘층을 형성할 때 비정질 실리콘층의 표면에 자연산화막, 파티클 또는 불순물이 형성되게 되는데 이러한 불순물을 제거하는 세정 공정이 필요하게 된다.

도 3는 본 발명에 의한 반도체 장치의 제조 방법 중 비정질 실리콘이 형성되어 있는 기판의 세정 방법의 모식도이다. 도에서 보는 바와 같이 모터와 같은 회전 장치에 연결된 회전축(31), 기판을 고정하는 테이블(32), 상기 테이블 상부면에 고정된 기판(33), 상기 기판과 소정의 간격으로 이격되어 있는 노즐(34) 및 초음파 세정 장치의 유닛(35)으로 구성되어 있고, 세정액(36)은 상기 오존수, 불산, 초순수 및 수소수 중에서 하나 또는 둘 이상 혼합된 상태에서 상기 초음파 세정 장치의 유닛에 의해 초음파을 포함하고, 노즐을 통하여 기판상으로 분사되도록 구성되어 있다.

상기 회전 장치에 연결된 회전축은 기판과 테이블을 회전 장치와 연결하여 소정의 방향으로 회전하도록 하는 역활을 한다. 따라서 상기 회전에 의해 기판에 분사되는 세정액이 기판에 골고루 접촉하도록 도와줄 뿐만 아니라 세정액에 의해 분리된 불순물 및 찌꺼기들을 원심력에 의해서 기판 밖으로 제거되도록 한다. 이러한 방식은 종래의 스핀(Spin) 방식과 같은 방식이라 할 수 있다.

이때 상기 기판의 크기가 너무 커서 스핀 방식으로 하지 못할 경우에는 기판을 소정의 방향으로 이동시키거나 수평 방향으로 일정 거리를 왕복 운동을 시켜서 세정액 및 불순물을 기판 밖으로 이탈되도록 하거나, 기판은 고정시키고 초음파 세정 장치의 유닛을 이동시키면서 세정액이 분사될 때의 분사력에 의해 기판 밖으로 이탈되도록 할 수도 있다.

상기 초음파 세정 장치는 800 내지 2000Hz의 주파수, 바람직하게는 1400Hz의 주파수를 발생하는 초음파 발생 장치가 부착되어 있고, 상기 초음파 발진기에서 발생되는 800 내지 2000Hz의 주파수는 세정액을 진동시키고, 상기 진동하는 세정액은 기판상의 불순물을 제거하게 된다. 이때 상기 초음파 세정 장치는 10 내지 25W의 파워로 초음파를 발생시킨다.

상기 세정액은 오존(O₃)이 포함된 오존수, 희석된 불산(HF), 초순수 및 수소 가스(H₂)가 포함된 수소수가 하나 또는 둘 이상 섞여 있다. 그리고 비정질 실리콘 및 버퍼층이 형성된 기판을 15 내지 25초 동안 오존수 처리 공정을 진행하고, 80 내지 120초 동안 불산 처리 공정을 진행하고, 25 내지 35초 동안 초순수 세정 공정을 진행하고, 20 내지 30초 동안 수소수 처리 공정을 진행하고, 8 내지 12초 동안 초순수 세정 공정을 진행한다. 바람직하게는 20초 동안 오존수 처리 공정을 진행하고, 100초 동안 불산 처리 공정을 진행하고, 30초 동안 초순수 세정 공정을 진행하고, 25초 동안 수소수 처리 공정을 진행하고, 10초 동안 초순수 세정 공정을 진행한다.

상기 오존수 처리 공정은 과산화수소 처리 공정과 같이 유기물을 세정하는데 탁월할 뿐만 아니라 공정 시간에 실리콘 기판의 표면에 원자 단위의 아주 얇은 산화막을 형성시키고, 이어서 불산 처리 공정에 의해 상기 형성된 산화막을 제거함으로서, 표면의 거칠기(Roughness) 등과 같은 기판의 특성을 저하시키지 않고 실리콘 산화막, 파티클, 금속산화물과 같은 불순물을 제거할 수 있다. 이와 같은 현상은 오존수에 의한 실리콘의 산화는 결정 방위에 대한 의존성을 갖지 않는 산화이기 때문에 산화의 진행 속도가 모든 방향에서 같기 때문이다.

상기 초순수 세정 공정은 잔류하는 오존수, 불산, 수소수 및 불순물을 제거하기 위한 공정으로 오존수 처리 공정 및 불산 처리 공정 이후에 남아 있을지도 모 를 세정액 및 불순물을 완전히 제거하거나 헹구기 위해서 진행하는 공정과 수소수를 이용한 파티클 제거 공정 이후에 잔류하는 수소수를 제거하거나 헹구기 위한 공정이 있다. 따라서 초순수 제정 공정은 세정의 효과가 충분할 정도의 시간 동안 세정 공정을 실시하여야 하나 너무 긴 초순수 세정 공정은 초순수의 낭비 및 전체적인 초음파 세정 공정의 시간을 증가시키는 요인으로 작용될 수 있음으로 적정한 시간으로 공정을 진행 한다.

상기 수소수 처리 공정은 수소 자체로는 아무런 효과가 없지만 초음파와 결합하여 입자를 제거하는 효과가 뛰어나다는 장점이 있어, 오존수 및 불산 처리 공정에 의해서도 제거되지 않은 불순물을 제거하기 위해 실시하게 된다.

도 4는 초음파 세정 장치의 파워와 결함의 관계를 나타내는 그래프이다.

상기 초음파 세정은 초음파 세정 장치의 파워가 높을 수록 기판을 세정하는 작용 및 효과가 높아지기는 하지만 불산과 같은 반응성 물질이 비정질 실리콘층 및 버퍼층이 형성된 기판의 내부로 침투하여 디그와 같은 결함을 발생시켜 소자 특성을 저하시키는 문제점을 발생시킨다.

도 4에서 보는 바와 같이 초음파 세정 장치의 파워가 29W인 경우에는 디그 결함의 갯수가 38개인 반면 20W로 파워를 낮추었을 때 결함이 하나밖에 발생되지 않았고, 10W인 경우에는 전혀 발생하지 않는다는 것을 알 수 있다.

따라서, 불산의 침투 확산에 의해 발생하는 디그 결함은 초음파 세정 장치의 파워를 10 내지 25W, 바람직하게는 10 내지 20W로 낮추어 진행할 경우에는 발생하지 않는다는 것을 알 수 있다.

즉, 초음파 세정 장치의 파워가 25W이상 또는 29W이상인 경우에는 세정액에 인가된 초음파의 에너지가 너무 커서 불산이 비정질 실리콘 및 버퍼층을 침투 확산하여 유리 또는 플라스틱인 절연 기판을 손상시키는 디그 결함을 발생시키게 되는 반면, 초음파 세정 장치의 파워가 10W 미만인 경우에는 세정액에 인가된 에너지가 너무 적어 세정의 효과를 발생시키지 못하는 문제점이 발생하게 된다.

상기에서 상술한 바를 종합해 보면, 본원의 반도체 장치의 제조 방법은 기판을 고정하고 회전할 수 있는 테이블, 상기 기판과 이격된 상부에 초음파 발생 장치를 구비한 초음파 세정 장치의 유닛 및 노즐을 구비한 초음파 세정 장치를 이용하여 오존수, 불산, 초순수, 수소수 및 초순수의 세정액을 순차적으로 15 내지 25초, 80 내지 120초, 25 내지 35초, 20 내지 30초 및 8 내지 12초 동안 그리고 800 내지 2000Hz의 주파수 및 10 내지 25W의 파워로 상기 세정액을 진동시키면서 분사하여 비정질 실리콘 및 버퍼층이 형성된 기판을 세정하는 방법이다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 초음파 세정을 이용한 세정 방법은 기판상에 세정액을 공급하면서 800 내지 2000Hz의 주파수 및 10 내지 25W의 파워로 초음파 세정하는 방 법으로 초음파 세정을 실시한 결과 기판상에 디그 결함과 같은 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 소정의 소자가 형성된 기판상에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계; 및

   상기 비정질 실리콘층이 형성되어 있는 기판을 800 내지 2000Hz의 주파수를 발생하는 초음파 장치로 10 내지 25W의 파워로 세정하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 초음파 세정의 주파수는 1400Hz임을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 세정 방법은

   15 내지 25초 동안 오존수 처리를 하고, 80 내지 120초 동안 불산 처리를 하고, 25 내지 35초 동안 초순수 세정을 하고, 20 내지 30초 동안 수소수 처리를 하고, 8 내지 12초 동안 초순수 세정하는 방법임을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 세정 방법은

   20초 동안 오존수 처리를 하고, 100초 동안 불산 처리를 하고, 30초 동안 초순수 세정을 하고, 25초 동안 수소수 처리를 하고, 10초 동안 초순수 세정하는 방법임을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 초음파 장치는 기판상으로 세정액을 분사하는 노즐을 구비하고 있음을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 기판은 회전 운동하는 방식 또는 왕복 운동하는 방식으로 세정함을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 초음파 세정은

   모터와 같은 회전 장치에 연결된 회전축;

   기판을 고정하는 테이블;

   상기 테이블 상부면에 고정된 기판;

   상기 기판과 소정의 간격으로 이격되어 있는 노즐; 및

   초음파 세정 장치의 유닛을 포함하여 구성된 초음파 세정 장치로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 반도체 장치는 박막트랜지스터임을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.

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