KR100939770B1 - 웨이퍼 세정 방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 세정 방법은, SOD(Spin On Dielectric)막으로 소자분리막을 형성하는 경우에서의 웨이퍼 세정 방법으로서, 하부에 제1탈이온수가 담겨져 있고 상부 공간에 기체 상태의 IPA(Isopropyl Alcohol)가 채워져 있는 배스(Bath) 내에 SOD막으로 소자분리막을 형성한 웨이퍼를 딥핑(Dipping)하여 1차 린스하는 단계; 상기 제1탈이온수를 배스의 외부로 배출시킴과 아울러 배스 내에 SOD막에 대한 식각률이 낮은 프로필렌글리콜(Propylene glycol) 및 에틸렌글리콜(Ethylene glycol) 용액 중 어느 하나에 불산(HF)과 아민(Amine)계 물질이 혼합된 저선택비 화학용액을 공급하여 웨이퍼를 세정하는 단계; 상기 저선택비 화학용액을 배스의 외부로 배출시킴과 아울러 상기 배스 내에 제2탈이온수를 공급하여 상기 웨이퍼를 2차 린스하는 단계; 및 상기 웨이퍼를 상기 제2탈이온수로부터 상부 공간으로 상승시키면서 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 세정 방법{Cleaning method of wafer}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면.
본 발명은 웨이퍼 세정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, SOD막을 사용하여 소자분리막을 형성시 세정 공정에서 발생하는 SOD막의 손실을 방지하고 수율을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 세정 방법에 관한 것이다.
반도체 소자가 고집적화되면서 디자인 룰(Design rule)이 점점 작아지고 있다. 특히, 소자분리공정(Isolation) 중의 하나인 STI(Shallow Trench Isolation) 공정시 트렌치를 매립하는 경우에 있어서 점점 작아지는 CD(Critical Dimension)로 인해 트렌치의 종횡비(Aspect ratio)가 점점 커지고 있다. 따라서, 이러한 높은 종횡비를 갖는 트렌치를 채우기 위한 다양한 갭-필(Gap fill) 방법들과 물질들이 제안되고 있다.
일반적으로, 소자분리공정의 갭-필에 사용되는 물질로는 BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), O3-TEOS USG(Tetra Ethyl Ortho Silicate Undoped Silicate Glass), 고밀도플라즈마(High Density Plasma : 이하 HDP) 산화막 등이 사용된다.
그러나, 상기 BPSG는 800℃ 이상의 고온 리플로우(Reflow) 공정이 필요하며 습식 식각시 식각량이 많아서 작은 크기의 트렌치를 갭필하기에는 부적합하고, O3-TEOS USG은 BPSG보다 적은 열부담(Thermal budget)을 갖지만 갭필 특성이 불량하여 고집적 반도체 소자에는 적용할 수 없다.
그리고, 상기 문제를 해결하기 위하여 적은 열부담과 우수한 갭필 특성 및 공정 개발이 용이한 HDP 산화막이 도입되고 널리 사용되고 있으나, 최근 반도체 소자가 80nm급 이하로 고집적화되면서 HDP 산화막으로도 여전히 높은 종횡비를 가지는 트렌치를 갭필하는데 한계가 있다.
따라서, 최근에는 반도체 소자의 소자분리막을 형성하기 위한 트렌치를 매립하는 방법으로 표면 토폴로지(Topology)가 우수하여 평탄화가 쉬운 SOD(Spin On Dielectric)막을 사용한 방법이 사용되고 있다.
한편, 종래 BPSG, O3-TEOS USG, HDP 방법으로 형성된 산화막으로 소자분리막이 형성된 웨이퍼에 대한 세정(Cleaning) 공정은 탈이온수(Deionized water)에 묽은 불산(HF) 화학용액을 첨가한 용액이 담겨있는 세정 배스 내에 웨이퍼를 딥핑(Dipping)하여 세정하고, 습식 세정 배스로 웨이퍼를 이동시켜 탈이온수에 의한 린스를 거친 후, 다시 건조스 배스로 이동시켜 웨이퍼의 세정하는 방법으로 진행된 다.
그러나, 소자분리막을 SOD막으로 형성하는 경우, 상기 SOD막은 BPSG, O3-TEOS USG, HDP 방법으로 형성된 산화막에 비하여 상대적으로 막질이 무른(Soft) 특성을 나타내고 있어, 종래 탈이온수에 묽은 불산(HF) 화학용액을 첨가한 용액으로 세정 공정을 진행할 경우, 세정 공정 중에 웨이퍼에 수분 마크(water mark)와 같은 데미지(Damage)가 발생할 우려가 있다.
이러한 수분 마크는 후속 게이트절연막의 막질을 열악하게 할 요소를 가지고 있으며, 심할 경우에 후속의 이온주입 공정에서 게이트절연막의 막질이 열화되어 페일(fail)이 발생하는 부분이 나타나며, 이 부분에서 게이트를 형성하기 위한 식각 공정시 실리콘 손실(loss)이 발생하여 수율 감소가 발생한다.
본 발명은 SOD막을 사용하여 소자분리막을 형성시 세정 공정에서 발생하는 SOD막의 손실을 방지하고 수율을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 세정 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 웨이퍼 세정 방법은, SOD(Spin On Dielectric)막으로 소자분리막을 형성하는 경우에서의 웨이퍼 세정 방법으로서, 하부에 제1탈이온수가 담겨져 있고 상부 공간에 기체 상태의 IPA(Isopropyl Alcohol)가 채워져 있는 배스(Bath) 내에 SOD막으로 소자분리막을 형성한 웨이퍼를 딥핑(Dipping)하여 1차 린스하는 단계; 상기 제1탈이온수를 배스의 외부로 배출시킴과 아울러 배스 내에 SOD 막에 대한 식각률이 낮은 프로필렌글리콜(Propylene glycol) 및 에틸렌글리콜(Ethylene glycol) 용액 중 어느 하나에 불산(HF)과 아민(Amine)계 물질이 혼합된 저선택비 화학용액을 공급하여 웨이퍼를 세정하는 단계; 상기 저선택비 화학용액을 배스의 외부로 배출시킴과 아울러 상기 배스 내에 제2탈이온수를 공급하여 상기 웨이퍼를 2차 린스하는 단계; 및 상기 웨이퍼를 상기 제2탈이온수로부터 상부 공간으로 상승시키면서 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 저선택비 화학용액은 웨이퍼의 세정시 25 ∼ 40℃의 온도로 사용되는 것을 특징으로 한다.
상기 저선택비 화학용액은 프로필렌글리콜 용액 또는 에틸렌글리콜 용액이 98.5 ∼ 99.6%, 불산(HF) 용액이 0.2 ~ 1%, 아민(Amine)계 물질이 0.2 ∼ 0.5%의 비율로 혼합된 화학용액인 것을 특징으로 한다.
상기 건조는 마랑고니(Marangoni) IPA 드라이어 방식으로 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기 저선택비 화학용액을 공급하여 웨이퍼를 세정하는 단계로부터 상기 웨이퍼를 상기 제2탈이온수로부터 상부 공간으로 상승시키면서 건조시키는 단계까지d의 공정은 10 ∼ 100초간에 진행되는 것을 특징으로 한다.
상기 웨이퍼를 상기 제2탈이온수로부터 상부 공간으로 상승시키면서 건조시키는 단계와 동시에 제2탈이온수를 배스의 외부로 배출시키고 제3탈이온수를 배스 내로 공급시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참배스하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명은 SOD막으로 형성된 소자분리막에 대한 세정시 SOD막이 손실되는 것을 방지하기 위하여, 종래 탈이온수에 묽은 불산(HF)을 첨가한 화학용액을 대신하여 프로필렌글리콜(Propylene glycol) 또는 에틸렌글리콜(Ethylene glycol) 중 어느 하나에 불산(HF) 및 아민(Amine)계 물질을 첨가한 화학 용액, 즉, 저선택비 화학용액을 사용하여 SOD막의 저선택비 세정 공정을 진행한다.
그리고, 종래 세정 공정에서 발생하는 수분마크의 생성을 억제하기 위하여 저선택비 화학 용액으로 웨이퍼를 세정할 때, 세정, 린스 및 건조 공정이 하나 배스(Bath)에서 이루어지는 FRD(dHF and Rinsing Dryer) 방법을 사용한다.
자세하게, 소자분리막으로 SOD막을 사용할 경우, SOD막에 대하여 저선택비를 가지는 화학용액으로 기존의 탈이온수(Deionized water)를 용매로 하는 화학용액이 아닌 탈이온수보다 유전율이 낮은 프로필렌글리콜(Propylene glycol)과 같은 물질에 불산과 아민을 첨가한 화학용액을 사용한다.
이때, 유전율이 낮은 프로필렌글리콜 용액에 불산과 아민 용액이 첨가된 화학용액을 사용함에 따라 프로필렌글리콜 용액과 HF 용액 간에 쿨롱 힘(Coulomb force)이 커져 결합력이 강해지고, 이에 따라, 불산의 해리가 억제 및 최소화되어 HF2- 이온이 용액 내에 대부분을 차지하게 됨으로써 SOD막에 대한 식각률도 열산화막(Thermal oxide)을 포함한 종래 BPSG, O3-TEOS USG, HDP 방법으로 형성된 산화막 에 대한 식각률과 유사하게 유지할 수 있다.
그리고, 상기 전선택비 화학용액으로 웨이퍼를 세정하고, 탈이온수로 세정한 후, IPA(Isopropyl Alcohol)로 건조하는 과정을 한번에 진행할 수 있는 FRD 방법을 적용하여 종래 반도체 기판 활성영역의 중심부에 발생하는 센터(center)형과 코너부에 발생하는 코너(corner)형 그리고 큰 크기를 가지는 확산형의 3가지 형태의 수분 마크(water mark)의 발생을 방지할 수 있다.
따라서, 소자분리막 형성 물질로 SOD막이 사용되었을 경우, 저선택비 화학용액을 사용한 FRD 방식으로 웨이퍼를 세정하여 수분마크의 발생을 억제함으로써 게이트절연막의 막질을 열화를 방지하고, 막질의 열화로 유발되었던 게이트 식각 공정시의 실리콘 손실(loss)을 방지하여 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 세정 방법을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 하부에 탈이온수가 담겨져 있고, 상부 공간에 기체 상태의 IPA가 채워져 있는 배스(Bath) 내에 SOD막을 코팅 및 CMP하여 SOD막으로 소자분리막이 형성된 웨이퍼를 반입시킨 후, 탈이온수 내에 웨이퍼를 딥핑(Dipping)하여 웨이퍼를 린스한다.
그런 다음, 상기 탈이온수를 배스의 외부로 배출시키고, 배스 내에 웨이퍼가 반입된 상태로 저선택비 화학용액을 공급하여 상기 웨이퍼를 세정한다.
여기서, 상기 공정에 사용되는 저선택비 화학용액의 온도는 25 ∼ 40℃이고, 저선택비 화학용액은 프로필렌글리콜(Propylene glycol) 및 에틸렌글리콜(Ethylene glycol) 용액 중 어느 하나에 불산(HF)과 아민(Amine)계 물질이 혼합되어진 혼합 용액이다. 이때, 전체 저선택비 화학용액 중 프로필렌글리콜 용액은 98.5 ∼ 99.6%, 불산 용액은 0.2 ~ 1%, 그리고, 불산에 대한 아민계 물질은 2 : 1 ∼ 5 : 1의 비율로 혼합되어 전체 저선택비 화학용액에 아민계 물질은 0.2 ∼ 0.5%의 비율로 혼합된다.
이어서, 상기 저선택비 화학용액을 배스의 외부로 배출시키고, 배스 내에 웨이퍼가 반입된 상태로 탈이온수를 공급하여 상기 웨이퍼를 린스한다.
이후, 웨이퍼를 상기 탈이온수로부터 상승시키면서 동시에 마랑고니(Marangoni) IPA(Isopropyl Alcohol) 드라이어 방식으로 웨이퍼를 건조시키고, 아울러, 탈이온수를 배스의 외부로 배출시키고 새로운 탈이온수를 배스 내로 공급한다.
그런 다음, 배스 내의 압력을 저압으로 일정시간 유지시킨 후, 배스 내의 압력을 상압으로 전환하여 건조스가 완료된 웨이퍼를 배스의 외부로 언로딩시킨다.
이때, 상기 저선택비 화학용액으로 세정을 시작하는 단계부터 건조가 완료되는 단계까지의 시간은 약 10 ∼ 100초이다.
한편, 본 발명은 SOD막을 사용하는 콘택 형성 공정에서의 웨이퍼 세정 공정에도 적용할 수 있다.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개배스 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명은 프로필렌글리콜(Propylene glycol) 용액 및 에틸렌글리콜(Ethylene glycol) 용액 중 어느 하나에 불산(HF) 및 아민(Amine)계 물질을 첨가한 화학 용액, 즉, 저선택비 화학용액을 사용한 FRD(dHF and Rinsing Dryer) 방법으로 SOD막으로 소자분리막이 형성된 웨이퍼를 세정함으로써 수분 마크의 생성을 방지할 수 있다.
따라서, 수분 마크의 발생을 방지함으로써 게이트절연막의 막질을 열화를 방지하고, 막질의 열화로 유발되었던 게이트 식각 공정시의 실리콘 손실(loss)을 방지하여 수율을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. SOD(Spin On Dielectric)막으로 소자분리막을 형성하는 경우에서의 웨이퍼 세정 방법으로서,
    하부에 제1탈이온수가 담겨져 있고 상부 공간에 기체 상태의 IPA(Isopropyl Alcohol)가 채워져 있는 배스(Bath) 내에 SOD막으로 소자분리막을 형성한 웨이퍼를 딥핑(Dipping)하여 1차 린스하는 단계;
    상기 제1탈이온수를 배스의 외부로 배출시킴과 아울러 배스 내에 SOD막에 대한 식각률이 낮은 프로필렌글리콜(Propylene glycol) 및 에틸렌글리콜(Ethylene glycol) 용액 중 어느 하나에 불산(HF)과 아민(Amine)계 물질이 혼합된 저선택비 화학용액을 공급하여 웨이퍼를 세정하는 단계;
    상기 저선택비 화학용액을 배스의 외부로 배출시킴과 아울러 상기 배스 내에 제2탈이온수를 공급하여 상기 웨이퍼를 2차 린스하는 단계; 및
    상기 웨이퍼를 상기 제2탈이온수로부터 상부 공간으로 상승시키면서 건조시키는 단계; 를
    포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 저선택비 화학용액은 웨이퍼의 세정시 25 ∼ 40℃의 온도로 사용되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 저선택비 화학용액은 프로필렌글리콜 용액 또는 에틸렌글리콜 용액이 98.5 ∼ 99.6%, 불산(HF) 용액이 0.2 ~ 1%, 아민(Amine)계 물질이 0.2 ∼ 0.5%의 비율로 혼합된 화학용액인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조는 마랑고니(Marangoni) IPA 드라이어 방식으로 진행되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 저선택비 화학용액을 공급하여 웨이퍼를 세정하는 단계로부터 상기 웨이퍼를 상기 제2탈이온수로부터 상부 공간으로 상승시키면서 건조시키는 단계까지의 공정은 10 ∼ 100초간에 진행되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 상기 제2탈이온수로부터 상부 공간으로 상승시키면서 건조시키는 단계와 동시에 제2탈이온수를 배스의 외부로 배출시키고 제3탈이온수를 배스 내로 공급시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 세정 방법.
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