KR102021413B1 - 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법 - Google Patents

반도체 제조 공정용 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102021413B1
KR102021413B1 KR1020170173004A KR20170173004A KR102021413B1 KR 102021413 B1 KR102021413 B1 KR 102021413B1 KR 1020170173004 A KR1020170173004 A KR 1020170173004A KR 20170173004 A KR20170173004 A KR 20170173004A KR 102021413 B1 KR102021413 B1 KR 102021413B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon
gas
cleaning
dry cleaning
delete delete
Prior art date
Application number
KR1020170173004A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190072006A (ko
Inventor
송한덕
백종민
김태형
서대웅
Original Assignee
(주)원익머트리얼즈
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)원익머트리얼즈 filed Critical (주)원익머트리얼즈
Priority to KR1020170173004A priority Critical patent/KR102021413B1/ko
Publication of KR20190072006A publication Critical patent/KR20190072006A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102021413B1 publication Critical patent/KR102021413B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02043—Cleaning before device manufacture, i.e. Begin-Of-Line process
    • H01L21/02046—Dry cleaning only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02057—Cleaning during device manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67028—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • H01L21/67034—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for drying

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

본 발명은 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이플루오르화산소(OF2) 및 암모니아(NH3) 가스를 포함하는 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법에 관한 것이다. 본 발명의 건식 세정 가스를 사용함으로써 우수한 세정 효과 및 세정 중 발생하는 표면 손상을 최소화할 수 있다.

Description

반도체 제조 공정용 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법{DRY CLEANING GAS FOR SEMICONDUCTOR MANUFACTURING PROCESSES AND CLEANING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 이플루오르화산소(OF2) 및 암모니아(NH3) 가스를 포함하는 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법에 관한 것으로, 상기 건식 세정 가스를 사용함으로써 우수한 세정 효과 및 세정 중 발생하는 표면 손상을 최소화할 수 있다.
반도체 제조을 위한 디바이스의 가공, 기판생성 등의 제조 공정에서, 장치 내(챔버 내)에 실리콘, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥사이드 등 축적되는 침착물은 파티클 발생의 원인이 되며 우수한 기판의 형성을 방해하기 때문에 이러한 침착물은 때에 따라 제거되어야 하고, 종래 수작업 또는 세정 가스 등에 의한 침착물 제거가 이루어졌다.
이 경우 사용되는 세정 가스는 세정 속도가 빠르고, 환경에 유해한 배기 가스를 배출하지 않을 것이 요구되는데, 지금까지 CF4, C2F6, SF6, NF3 등의 불소계 가스가 반도체의 제조 공정에서 대량으로 사용되어 왔다.
그러나, 이들은 매우 안정된 화합물로 대기중의 수명이 상당히 길고, 적외선 흡수율이 높아 지구 온난화 계수(GWP)의 값이 크기 때문에, 온실효과가 높아 지구 온난화에 매우 큰 영향을 준다.
또한, CF4, C2F6 등의 CF3기의 부분 구조를 가지는 세정 가스는, 장치(챔버) 내에서 CF3 라디칼이나 이온 등이 발생하여, F 라디칼이나 이온 등과 재결합하는 경우 CF4가 발생하는 문제점이 있고, 사용하는 가스 자체는 환경에 영향이 없는 경우에도, 세정 후, 또는 식각 후에 사용한 가스가 분해된 결과, CF4 등 환경에 유해한 가스를 발생시키는 경우도 있다.
따라서, 지구 온난화 계수가 작으면서도, 반도체의 실리콘을 함유하는 침작물에 대한 세정 성능, 또는 실리콘을 함유하는 기판에 대한 식각 성능이 우수한 대체 가스의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 일 목적은, 기존의 건식 세정 가스로 사용하던 CF4 계열 및 NF3계열을 함유하는 세정 가스를 대체하여 지구 온난화 계수가 낮은 친환경적 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 목적은, OF2 및 NH3를 혼합한 건식 세정 가스를 사용함으로써 우수한 세정 효과 및 세정 중 발생하는 표면 손상을 최소화는 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법을 제공하는 것이다.
상기 문제점을 해결하기 위해 노력한 결과, 본 발명자들은 친환경적이면서도 높은 세정력과 세정 중 발생하는 표면 손상을 최소화하는 물질로 OF2 및 NH3를 혼합한 건식 세정 가스를 발견하였다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, OF2 및 NH3 가스를 포함하는 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스를 제공한다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, OF2 및 NH3 가스를 포함하는 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스를 사용하여 실리콘 함유 기판을 세정하는 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 기존의 건식 세정 가스로 사용하던 CF4류 또는 NF3류를 대체하여 지구 온난화 계수가 낮은 친환경적 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, OF2 및 NH3를 혼합한 건식 세정 가스를 사용함으로써 우수한 세정 효과 및 세정 중 발생하는 표면 손상을 최소화는 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법을 제공한다.
도1은 실리콘 산화막의 건식 세정 두께 제어를 위한 순차적이고 순환적인 건식 세정 공정 단계에 대한 개념도이다.
도 2(a)는 본 실험에서 사용된 300 nm ref.의 SiO2 기판 단면에 대한 SEM 이미지이고, 도 2(b)는 OF2 및 NH3 가스를 포함한 건식 세정 가스를 원격 플라즈마를 이용하여 SiO2 기판 위에 반응시켜, 반응된 SiO2 기판 위에 반응부산물로 (NH4)2SiF6가 생성된 SiO2 기판 단면에 대한 SEM 이미지이다.
도 2(c)는 약 200℃로 램프 가열을 하여 반응부산물인 (NH4)2SiF6이 제거된 상태에서 약 100nm 정도 세정된 SiO2 기판 단면에 대한 SEM 이미지이다.
도 2(d)는 건식 세정 가스 내의 OF2 및 NH3 가스의 혼합비에 따른 투과도 FT-IR 결과를 NF3 와 NH3를 혼합한 건식 세정 가스와 비교한 그래프이다.
도 2(e)는 AFM을 이용한 SiO2에 대한 ref. 및 램프 가열을 이용하여 반응부산물을 제거한 후의 기판 표면의 RMS 조도(roughness)이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시 형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명은 OF2 및 NH3 가스를 포함하는 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법에 관한 것이다.
상기 OF2 및 NH3는 지구 온난화 계수가 낮으며, 이를 주 성분으로 포함하는 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법은 매우 친환경적이다.
지구 온난화 계수(GWP: Global Warming Potential)는 이산화탄소가 지구온난화에 미치는 영향을 기준으로 다른 온실가스가 지구온난화에 기여하는 정도를 나타낸 것으로, 개별 온실가스 1kg의 태양에너지 흡수량을 이산화탄소 1kg이 가지는 태양에너지 흡수량으로 나눈 값을 말한다.
종래 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법로 가장 널리 사용되는 물질은 CF4, C4F8, SF6, NF3와 같은 불소계 가스로, 플라즈마 상태에서 플루오린 라디칼을 형성하여 세정 능력이 우수하다는 장점이 있으나 대기 수명이 긴 물질이고, 높은 지구 온난화 계수를 가지고 있어, COP3에 있어서 배출 규제 물질로 되어 있다는 한계점이 있다. 하기 [표 1]은 종래의 건식 세정 가스와 본 발명의 건식 세정 가스의 100년 동안의 GWP를 나타내는 지표이다.
세정 가스 GWP
CF4 7390
C4F8 10300
SF6 22800
NF3 17200
OF2 0
본 발명에 따른 건식 세정 가스는 주요 성분으로 OF2 및 NH3 가스를 포함하는데, OF2는 GWP지수가 0로 매우 낮으면서도 건식 세정 시 비슷한 조건에서 우수한 세정 효과를 가지며, 세정 중 발생하는 표면 손상을 최소화하여 세정이 가능한 점에서 CF4의 대체 물질로 적합하다.
또한 OF2는 탄소를 포함하지 않는 분자로, 등방성 식각 능력이 증가하여, 건식 식각 가스보다는 건식 세정 가스로 쓰이는 것이 보다 유리하다.
반도체 제조를 위한 디바이스의 가공, 기판생성 등의 제조 공정에 쓰이는 장치(챔버)등의 소재는 알루미늄을 포함한 경우가 많은데, 이 경우 반복되는 식각 및 세정 과정에 의해 장치 내부의 알루미늄이 손상을 받게 된다.
따라서 이를 방지하기 위한 방법으로 산소 가스를 따로 추가하는 경우가 있는데, OF2를 포함하는 건식 세정 가스를 사용하는 경우, OF2내의 산소가 알루미늄과의 반응을 통해 Al2O3를 일부 형성하여 내부에 표면처리한 효과가 발생하므로 산소 가스를 따로 넣어주지 않아도 된다.
즉 OF2를 포함하는 건식 세정 가스를 사용하는 경우, 장치(챔버)의 수명이 증가하여 제조상의 측면에서 보다 유리하다.
본 발명의 일 구현예에서, OF2 및 NH3 가스를 포함하는 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스를 사용하여 실리콘 함유 기판을 세정하는 방법으로서, 상기 방법은 화학증기증착(Chemical Vapor Deposition, 이하 CVD) 또는 원자층증착(Atomic Layer Deposition, 이하 ALD)등의 방법을 이용한 증착 공정 후 모든 세정 단계에서 사용가능한 세정 방법일 수 있다.
CVD에 의한 세정 방법은 건식 세정 가스를 RPG(Remote Plasma generator)에 통과시켜 라디칼화한 후, 챔버로 내보내어 세정을 진행하며, ALC(Atomic Layer Cleaning)에 의한 세정 방법은 순차적으로 세정 가스를 주입하여 원자층만을 반응시키고, 반응된 층을 퍼지가스를 이용하여 외부로 배기시키는 방법을 말한다.
본 발명의 일 구현예에서, ALC(Atomic Layer Cleaning)에 의한 세정 방법은 실리콘 함유 기판이 위치하는 반응 챔버 내로 상기 건식 세정 가스를 주입하여 세정하는 단계; 및 램프 탈착(lamp heating)을 이용하여 반응부산물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 의하면, SiO2 막에 대해 OF2 및 NH3 가스를 포함하는 건식 세정 가스를 주입하여 실리콘 함유 기판 표면에 흡착시킨 후, 표면의 온도를 높여 반응물을 승화시켜 해리시키는 원리를 이용하여 세정을 진행할 수 있다.
이 때, 반응과 제거가 서로 다른 챔버에서 진행되게 되면, 추가 오염의 발생 위험, 세정 효율의 감소 및 추가 설비 제작으로 인한 비용의 증가 등의 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 하나의 반응 챔버 내에서 반응 및 제거 단계가 가능한 인시튜(in-situ) 방식으로 반응을 수행하는 것이 바람직하며, 가열을 위한 챔버를 별도로 구비하는 대신 반응 챔버 내 가열시스템을 설치하여 가열하고자 하는 부분을 가열하는 것이 효율적이다.
도1은 실리콘 산화막의 건식 세정 두께 제어를 위한 순차적이고 순환적인 건식 세정 공정 단계에 대한 개념도이다.
실리콘 옥사이드 기판에 대해, 건식 세정 가스로 상기 OF2 및 NH3를 함유하는 세정 가스를 사용하면, 반응 단계에서OF2 및 NH3는 플라즈마 내에서 해리와 재결합 반응을 하여, F, NH4F, NH4HF2, HF 등과 같은 반응성 기체들을 생성한다.
이 반응성 기체들이 SiO2 기판 표면에 증착 되어 필름을 형성하는데, 이 때, Si-F 결합에너지(132kcal/mol)가 Si-O 결합에너지(111kcal/mol) 보다 높기 때문에 증착된 필름이 SiO2의 결합을 끊고, 반응부산물인 (NH4)2SiF6를 형성하게 된다.
이후 제거 단계에서, 반응 챔버 내 기판 위에 할로겐 램프를 설치하여 SiO2 기판을 약 200로 가열하면 SiO2 기판위에 형성된 (NH4)2SiF6 (분해온도: 100)가 NH3와 SiF4로 승화하게 된다.
건식 세정 가스 내의 OF2 및 NH3 가스의 혼합비에 따른 가스분해 반응식은 하기와 같다.
(3:1) 3OF2 + NH3 → 3HF + O2 + NO- + F2 + F- (1)
(2:1) 2OF2 + NH3 → 3HF + NO- + O- + F- (2)
(1:1) OF2 + NH3 → 2HF + N- + O- + H+ (3)
(1:2) OF2 + 2NH3 → HF + NH4F + N- + O- + H+ (4)
(1:3) OF2 + 3NH3 → HF2- + NH4+ + NH4F + N- + O- + H+ (5)
반응성 기체들이 SiO2와의 반응을 통해 부산물인 (NH4)2SiF6를 제거하는 반응식은 하기와 같다.
NF3 (g) + NH3 (g) → NH4F (g) + NH4FHF (g) (7)
NH4F (g) + NH4FHF (g) + SiO2 → (NH4)2SiF6 (s) + H2O (8)
(NH4)2SiF6 (s) → SiF4 (g) + 2NH3 (g) + 2HF (g) (9)
본 발명의 일 구현예에서, 상기 건식 세정 가스는 0.1 내지 99%의 OF2 가스를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 90%이며, 가장 바람직하게는 10 내지 80%일 수 있다. 건식 세정 가스 내에 OF2의 함량이 증가하면 F 활성종이 증가하여 상대적으로 HF 활성종이 감소하므로, 상기 함량비 외의 범위일 경우 세정 특성이 감소하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 건식 세정 가스는 0.1 내지 90%의 NH3 가스를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 70%이며, 가장 바람직하게는 10 내지 60%일 수 있다. 건식 세정 가스 내에 NH3의 함량이 증가하면 F 활성종이 증가하여 상대적으로 HF 활성종이 감소하므로, 상기 함량비의 외의 범위일 경우 세정 특성이 감소하는 문제점이 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 건식 세정 가스 내의 OF2 및 NH3 가스의 혼합비는 1:3 내지 3:1 일 수 있으며, 바람직하게는 1.5 : 1 내지 2.5 : 1 이며, 가장 바람직하게는 2:1 일 수 있다.
상기 혼합비 외의 범위일 경우, 분해 및 재결합에 의한 HF 활성종 생성 효율이 낮아 SiO2의 세정 특성이 감소하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 건식 세정 가스는 F2, NF3, CH2F2, CH3F 및 CHF3로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 세정 가스를 추가로 포함할 수 있으나, 실리콘을 함유하는 기판의 건식 세정하는 공정에 투입 가능한 가스라면 특별히 제한하지 않는다.
본 발명의 다른 구현예는, OF2 및 NH3 가스를 포함하는 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스를 사용하여 실리콘 함유 기판을 세정하는 방법을 제공하며, 상기 실리콘 함유 기판은 실리콘 옥사이드(SiOx), 실리콘 나이트라이드(SiNx), 실리콘 옥시 나이트라이드(SiON), 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 카보나이트라이드(SiCN), 폴리실리콘 및 아몰퍼스 실리콘으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 실리콘계 재료로 구성될 수 있으나, 실리콘을 함유하는 기판이라면 특별히 제한하지 않으며, 실리콘 옥사이드가 가장 바람직하다.
본 발명의 실리콘 옥사이드 기판에 대해, 상기 건식 세정 가스로 세정 공정을 진행할 경우, 세정은 100 내지 100,000 Å일 수 있으며, 바람직하게는 200 내지 50,000 Å이며, 가장 바람직하게는 500 내지 10,000 Å 일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, OF2 및 NH3 가스를 포함하는 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스를 사용하여 실리콘 함유 기판을 세정하는 방법으로서, 상기 방법은 실리콘 함유 기판이 위치하는 반응 챔버 내로 상기 건식 세정 가스를 주입하여 세정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 반응 챔버 내의 온도는 0 내지 700 일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 600이며, 가장 바람직하게는 20 내지 550일 수 있다. 상기 온도 미만일 경우, 세정에 의한 반응 부산물 (NH4)2SiF6의 잔류물이 남을 가능성이 있으며, (NH4)2SiF6를 NH3 및 SiF4로 승화시키기 위해서는 상기 온도 범위가 가장 바람직하다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 반응 챔버 내의 압력은 0.001 내지 10 Torr 일 수 있으며, 바람직하게는 0.01 내지 5 Torr이며, 가장 바람직하게는 1 내지 5 Torr일 수 있다. 상기 상한치를 초과하는 높은 진공도에서 충분한 표면 흡착에 의한 표면반응이 일어나지 않을 우려 및 활성종이 배기되는 문제가 있으며, 상기 하한치 미만의 낮은 진공도에서는 표면 흡착 반응이 과도하게 일어나 잔류물이 남을 가능성이 있다.
실시예
본 발명의 건식 세정 가스의 효능을 평가하기 위하여, 하기 반응과 동일한 실험을 실시하였다. 본 실시예에 있어서는 세정 가스의 성능의 하나로서, 제거해야 할 침착물에 대한 세정 속도를 이하의 웨이퍼 위의 SiO2 기판의 식각 속도로 해서 일의적으로 평가했다.
본 발명의 OF2 및 NH3 가스를 포함하는 건식 세정 가스는, OF2 및 NH3의 혼합비를 달리하면서 실험하였고 이를 [실시예 1]~[실시예 3]으로 나타내었다.
실시예에서 사용한 세정 가스의 구체적인 조성은 [표 2]와 같다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3
세정 가스 조성 OF2 함량 (sccm) 44 30 20
NH3 함량
(sccm)		 12 33 45
OF2 : NH3
혼합비		 2:1 1:1 1:2
또한 NF3 와 NH3를 혼합하여 사용한 경우를 [비교예 1]~[비교예 5]로서 나타내었다.
비교예에서 사용한 세정 가스의 구체적인 조성은 [표 3]과 같다.
비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
세정 가스 조성 NF3 함량 (sccm) 53 45 30 20 15
NH3 함량
(sccm)		 17 22 33 42 47
NF3 : NH3
혼합비		 3:1 2:1 1:1 1:2 1:3
단결정 실리콘 웨이퍼 위에 SiO2을 각각 5㎛ 성막하고, 막 위에 선폭 0.3㎛의 개구부를 형성한 레지스트를 도포한 것을 사용하여, SiO2 기판을 준비하였다.
시료에 대하여, 준비한 건식 세정 가스를 일정한 유량비로 반응 챔버에 주입하고 소정의 프로세스 압력 하에서 소정의 온도 및 시간 하에서 식각을 진행하였다.
SiO 2 기판의 식각
표 2 및 3에 기재된 성분의 세정 가스를 반응 챔버에 주입하여 전술한 방법에 따라 SiO2 기판을 식각하였다. 보다 구체적으로 플라즈마 식각 단계에서 소스전력은 200 W, 압력은 400 mTorr, 온도는 0 ℃를 유지하였다.
기판 세정 가스 총 유량(sccm) 소스전력(W) 압력(mTorr) 시간
(sec)		 식각
(Å)
실시예 1 SiO2 56 200 400 1200 71,040
실시예 2 63 39,000
실시예 3 65 18,000
비교예 1 70 200 400 1200 -
비교예 2 67 5,400
비교예 3 63 2,760
비교예 4 62 4,560
비교예 5 62 -
표 4에 따르면 OF2 및 NH3 가스를 포함한 실시예 1 내지 3의 SiO2 기판의 식각은 비교예 1 내지 5에 비해 높았으며, OF2 : NH3 혼합비가 2:1인 실시예 1이 71040Å로 가장 높은 식각을 보이는 것을 알 수 있었다.
따라서 OF2 및 NH3 가스를 포함한 건식 세정 가스의 경우, NF4 와 NH3를 혼합하여 사용한 세정 가스보다 우수한 세정능력이 있음을 알 수 있다.
SiO 2 기판의 표면에 대한 평가
OF2 및 NH3 가스를 포함한 건식 세정 가스를 원격 플라즈마(remote plasma)를 이용하여 반응 시킨 후, 램프 가열을 이용하여 반응부산물을 제거하였다.
도 2(a)는 본 실험에서 사용된 300 nm ref.의 SiO2 기판이고, 도 2(b)는 OF2 및 NH3 가스를 포함한 건식 세정 가스를 원격 플라즈마를 이용하여 SiO2 기판 위에 반응시켜, 반응된 SiO2 기판 위에 반응부산물로 (NH4)2SiF6가 생성된 모습이다.
도 2(c)는 약 200℃로 램프 가열을 하여 반응부산물인 (NH4)2SiF6이 제거된 상태에서 약 100nm 정도 세정된 SiO2 기판 단면에 대한 SEM 이미지이다.
도 2(d)는 상기 건식 세정 가스 내의 OF2 및 NH3 가스의 혼합비에 따른 투과도 FT-IR 결과를 NF3 와 NH3를 혼합한 건식 세정 가스와 비교한 그래프이다.
도 2(d)에 따르면 OF2 및 NH3 가스의 혼합비가 1:2 에서는, 형성되는 반응부산물이 적어 투과도 FT-IR이 정확하게 분석되지 않았다. 그 외 OF2 및 NH3 가스의 혼합비가 1:1 및 2:1 에서는 N-H (stretching) 작용기는 약 3400cm-1에서, N-H (bonding) 작용기는 약 1450cm-1에서, Si-F 작용기는 약 700cm-1에서 피크를 확인 할 수 있었다. 이를 통해, 기존 NF3 와 NH3를 혼합한 건식 세정 가스와 비교하여, OF2 및 NH3를 혼합한 경우에도 동일한 작용기를 가진 (NH4)2SiF6 반응부산물이 생성됨을 확인할 수 있었다. 또한, 흡수되는 파장을 이용하는 흡광도 FT-IR를 통해 반응부산물의 물질성분이 동일함을 확인할 수 있었다. 도 2(e)는 AFM을 이용한 SiO2에 대한 ref. 및 램프 가열을 이용하여 반응부산물을 제거한 후의 기판 표면의 RMS 조도(roughness)이다.
Ref SiO2의 RMS 조도는 약 0.25 nm이며, OF2 및 NH3 가스의 혼합비가 2:1 인 경우 약 0.453 nm, 1:1 인 경우 약 0.691 nm, 그리고 2:1 인 경우 약 0.356 nm로 측정되었다. 도 2(e)에 따르면 최적화된 혼합비 2:1에서는 ref 대비 거칠기가 약간 상승하였고, 1:1에서는 F 이온 충돌로 인해 거칠기가 상당히 상승 했음을 알 수 있었다. 반면에, 1:2에서는 HF종이 거의 생성되지 않아 거칠기는 혼합비 중 가장 좋으나 세정률이 낮음을 알 수 있었다.

Claims (17)

  1. 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스는 OF2 및 NH3 가스를 포함하며,
    OF2 및 NH3 가스 혼합이 부피비로 1:2 내지 2:1이며,
    반도체는 실리콘 옥사이드(SiOx), 실리콘 나이트라이드(SiNx), 실리콘 옥시 나이트라이드(SiON), 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 카보나이트라이드(SiCN), 폴리실리콘 및 아몰퍼스 실리콘으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 실리콘계 재료로 구성되는 실리콘 함유 기판이 포함되며,
    건식 세정 가스를 주입하여 실리콘 함유 기판 표면에 흡착시킨 후, 표면의 온도를 높여 반응부산물인 (NH4)2SiF6을 NH3과 SiF4로 승화시켜 해리되어 세정 식각이 18,000 내지 71,040Å인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 실리콘 함유 기판이 위치하는 반응 챔버 내로 건식 세정 가스를 주입하여 세정하는 단계; 및
    램프 탈착을 이용하여 반응부산물을 제거하는 단계를 포함하며,
    세정하는 단계와 제거하는 단계는 하나의 반응 챔버 내에서 인시튜(in-situ)로 수행되며,
    반도체 제조 공정용 건식 세정 가스는 OF2 및 NH3 가스를 포함하며,
    OF2 및 NH3 가스 혼합이 부피비로 1:2 내지 2:1이며,
    실리콘 함유 기판은 실리콘 옥사이드(SiOx), 실리콘 나이트라이드(SiNx), 실리콘 옥시 나이트라이드(SiON), 실리콘 카바이드(SiC), 실리콘 카보나이트라이드(SiCN), 폴리실리콘 및 아몰퍼스 실리콘으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 실리콘계 재료로 구성되며,
    반응 챔버 내의 온도가 20 내지 550℃, 반응 챔버 내의 압력이 1 내지 5Torr이며,
    건식 세정 가스를 주입하여 실리콘 함유 기판 표면에 흡착시킨 후, 표면의 온도를 높여 반응부산물인 (NH4)2SiF6을 NH3과 SiF4로 승화시켜 해리되어 세정 식각이 18,000 내지 71,040Å인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스를 사용하여 실리콘 함유 기판을 세정하는 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
KR1020170173004A 2017-12-15 2017-12-15 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법 KR102021413B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170173004A KR102021413B1 (ko) 2017-12-15 2017-12-15 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170173004A KR102021413B1 (ko) 2017-12-15 2017-12-15 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190072006A KR20190072006A (ko) 2019-06-25
KR102021413B1 true KR102021413B1 (ko) 2019-09-16

Family

ID=67065355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170173004A KR102021413B1 (ko) 2017-12-15 2017-12-15 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102021413B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100043837A1 (en) * 2006-06-13 2010-02-25 The Boc Group Plc Method of controlling contamination of a surface

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3183846B2 (ja) * 1997-05-20 2001-07-09 セントラル硝子株式会社 クリーニングガス及びエッチングガス
KR20110077604A (ko) * 2009-12-30 2011-07-07 주식회사 하이닉스반도체 웨이퍼 세정 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 세정방법
KR20140007609A (ko) * 2012-07-09 2014-01-20 삼성전자주식회사 반도체 장치의 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100043837A1 (en) * 2006-06-13 2010-02-25 The Boc Group Plc Method of controlling contamination of a surface

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190072006A (ko) 2019-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100725078B1 (ko) 포로젠-함유 물질의 증착에 후속하는 ｃｖｄ 챔버 세정
US7581549B2 (en) Method for removing carbon-containing residues from a substrate
Raoux et al. Remote microwave plasma source for cleaning chemical vapor deposition chambers: Technology for reducing global warming gas emissions
CN1282992C (zh) 半导体制造装置的净化方法和半导体器件的制造方法
US10595477B2 (en) Oxide with higher utilization and lower cost
US7780865B2 (en) Method to improve the step coverage and pattern loading for dielectric films
US20130337583A1 (en) Method for repairing damage of dielectric film by cyclic processes
US20070207275A1 (en) Enhancement of remote plasma source clean for dielectric films
US7322368B2 (en) Plasma cleaning gas and plasma cleaning method
US20120285492A1 (en) Methods of dry stripping boron-carbon films
US20070006893A1 (en) Free radical initiator in remote plasma chamber clean
US10892143B2 (en) Technique to prevent aluminum fluoride build up on the heater
KR20160062181A (ko) 에칭 방법
KR20170019668A (ko) 플라즈마 원자층 증착법을 이용한 실리콘 질화 박막의 제조방법
US11158517B2 (en) Selective plasma etching of silicon oxide relative to silicon nitride by gas pulsing
KR20130012671A (ko) 반도체 소자 제조 장비의 세정 방법
US6209483B1 (en) Apparatus and method for removing silicon dioxide residues from CVD reactors
KR102021413B1 (ko) 반도체 제조 공정용 건식 세정 가스 및 이를 사용하는 세정 방법
Oh et al. Effect of N-containing additive gases on global warming gas emission during remote plasma cleaning process of silicon nitride PECVD chamber using C4F8/O2/Ar chemistry
JP4032889B2 (ja) 絶縁膜の形成方法
Kim et al. C4F8O/O2/N-based additive gases for silicon nitride plasma enhanced chemical vapor deposition chamber cleaning with low global warming potentials
Alonso et al. Effect of the predecomposition of SiF4 on the properties of silicon dioxide deposited at low temperatures using SiF4/SiH4/N2O in a double‐plasma process
JP2008235562A (ja) プラズマｃｖｄ成膜装置のクリーニング方法
KR20020023244A (ko) 플라즈마 화학기상증착법을 이용한 저 유전체 SiCFO 박막성장
KR20140108347A (ko) 에칭 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant