KR19990086854A - 반도체 기판의 세정방법 - Google Patents
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Abstract
HSG 구조를 갖는 커패시터를 제조함에 있어서, HSG 도전막의 형성 전후에 오존수를 이용한 반도체 기판의 세정 방법을 개시한다. 본 발명은 하부 전극패턴이 형성된 반도체 기판을 오존수에 세정하는 단계와, 불화수소산과 알코올을 포함하는 세정용액에 세정하는 단계를 구비한다. 그리고 반구형 그레인을 갖는 도전막을 하부전극 패턴상에 형성한 후 반도체 기판을 오존수에 세정하는 단계와, 불화수소산 세정용액에 세정하는 단계를 구비한다. 본 발명은, 물반점등의 결함 발생 및 유기 잔류물을 최소화하여 소자의 신뢰성과 수율을 증가시키고, 반구형 그레인을 갖는 도전막이 세정액에 의해 다량 식각되어 반구형 그레인을 갖는 도전막의 면적이 감소하거나 반구형 그레인 자체가 하부전극으로부터 분리되는 현상을 최소화하여 커패시턴스를 증가시킬수 있다.
Description
본 발명은 반도체 기판의 세정방법에 관한 것으로서, 상세하게는 커패시터 형성공정중 반구형 그레인 형성 전후에 있어서 반도체 기판의 세정방법에 관한 것이다.
최근에 반도체 기억 소자가 고집적화됨에 따라, 다이나믹 램(DRAM)과 같은 반도체 소자의 단위 메모리 셀이 차지할 수 있는 면적이 감소하고 있다. 따라서 반도체 소자를 구성하는 커패시터의 면적도 감소한다. 하지만 다이나믹 램 소자에 있어서, 메모리 셀을 구성하는 셀 커패시터의 커패시턴스는 커패시터 전극의 유효 표면적에 비례한다. 따라서, 최근에는 높은 커패시턴스를 확보하기 위하여 커패시터 전극의 유효 표면적을 증가시키는 연구가 진행되고 있다. 그 방법의 일환으로, 커패시터 하부전극 표면에 반구형의 그레인(Hemi-Spherical Grain; 이하 HSG라 한다)을 형성하는 방법이 적용되고 있다.
그러나, HSG 구조를 갖는 커패시터는 그 제조공정이 복잡하여 제조공정시에 많은 결함이 발생한다. 이러한 결함들은 (1)HSG가 형성될 하부전극막 패턴 및 그 주변의 산화막 표면에 존재하는 오염물에 의해 발생하거나 (2)HSG 성장 후 유전막, 예컨대 산화막-질화막-산화막의 적층구조(Oxide-Nitride-Oxide) 또는 탄탈륨산화막(Ta2O5) 등의 성장 전의 세정 공정시 HSG 그레인이 손상(attack)되어 발생한다.
현재의 HSG 커패시터의 세정공정을 살펴보면, 먼저, HSG 도전막의 형성전의 세정공정은 잔류물 제거 및 HSG 성장 조건의 최적화를 위한 세정 공정을 사용하고 있다. 즉, 암모니아(NH4OH), 과산화수소(H2O2), 및 순수(DIW)의 혼합용액으로 세정한 후 연속적으로 불화수소산(이하 HF라 한다)을 사용하여 세정공정을 진행한다. 그러나 이러한 세정공정은 (1)실리콘 표면에 남은 물방울이 산화반응을 하여 생기는 물반점(water mark)등의 결함이 하부전극막 및 산화막이 동시에 드러나는 패턴상에서 발생하고 (2)유기 잔류물의 제거력이 충분치 못하다. 따라서, 이러한 세정공정은 소자들의 신뢰성 및 수율이 나쁘고, 세정효과가 완전하지 못한 문제점이 있다.
또한, HSG 도전막 형성한 후 유전막을 성장시키기 전에 암모니아, 과산화수소 및 순수의 혼합용액으로 세정한 후 연속적으로 HF 용액으로 세정한다. 그러나, 이러한 세정공정은 세정액에 의해 다량의 폴리실리콘이 식각되기 때문에 성장된 HSG의 면적이 감소하고, 그 결과 커패시턴스가 감소하는 문제점이 있다. 그리고, 세정액에 의한 과다한 식각으로 인해 HSG 그레인 자체가 전극으로부터 떨어져 나오는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 세정효과가 충분치 못하고 HSG 도전막의 면적이 감소하고 HSG가 전극으로부터 떨어져 나오는 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, HSG 구조를 갖는 커패시터의 제조공정상에서 HSG 형성전후의 새로운 세정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 세정방법에 따르면, 먼저 하부 전극패턴이 형성된 반도체 기판을 오존수에 세정하고, 다시 알코올을 포함하는 세정용액에 세정한다. 오존수의 농도는 1ppm - 100ppm 범위이고, 오존수의 온도는 0℃ - 30℃ 범위인 것이 바람직하다. 알코올을 포함하는 세정용액은 이소프로필 알코올(Isopropyl Alcohol), HF 및 순수(Deionized Water)의 혼합용액, 메탄올(Methanol), HF 및 순수의 혼합용액, 또는 에탄올(Ethanol), HF 및 순수의 혼합용액등인 것이 바람직하다. 세정 공정후, 상기 반도체 기판은 통상의 방법을 이용하여 건조한다. 반도체 기판을 건조한 후, 상기 하부전극 패턴위에 반구형 그레인을 형성한다. 다음에, 반구형의 그레인이 형성된 반도체 기판을 오존수에 세정하고, HF 세정용액에 세정한다. 다음 반도체 기판을 통상의 방법을 이용하여 건조한다.
본 발명에 의해 물반점 등의 결함 발생 및 유기 잔류물을 최소화하고, HSG 도전막이 식각되는 것을 최소화할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명이 하기 실시예에 국한되는 것으로 해석되어져서는 안된다.
준비된 반도체 기판 위에 절연막을 증착한 후, 절연막을 패터닝하여 하부전극 콘택홀을 형성한다. 하부전극용 도전막, 예컨대 비정질 실리콘등을 증착하고 패터닝하여 하부전극 패턴을 형성한다.
다음, HSG 성장전 표면 처리방법으로, 하부전극 패턴이 형성된 반도체 기판을 산화력이 뛰어난 오존수를 이용하여 세정공정을 진행한다. 이때, 오존수의 농도는 1ppm - 100ppm 범위인 것이 바람직하다. 오존수를 1ppm - 100ppm 농도로 만드는 이유는, 오존수의 농도가 1ppm이하이면 산화효과를 발생시킬 수 없으며 오존수의 농도를 100ppm 이상으로 제조하는 것은 현재의 기술로는 어렵기 때문이다.
오존수의 온도는 오존수의 농도를 증가시키기 위하여 저온이어야 하며, 0℃ - 30℃ 범위인 것이 바람직하다. 오존수의 온도를 30℃ 이하로 한정하는 이유는 30 ℃이상에서는 원하는 오존수의 농도를 얻기가 어렵기 때문이다. 오존수에서의 세정시간은 대략 10분 정도인 것이 바람직하다.
하부전극 패턴 표면의 유기물 및 파티클(particle)은 오존수에 의해 산화되어 연속적으로 진행되는 알코올과 HF의 혼합용액에 의한 세정공정에 의해 완전히 제거된다.
다음, 오존수에 세정된 반도체 기판을 알코올을 포함하는 세정용액에 세정한다. 알코올을 포함하는 세정용액은 이소프로필 알코올, HF 및 순수의 혼합용액, 메탄올, HF 및 순수의 혼합용액, 또는 에탄올, HF 및 순수의 혼합용액등인 것이 바람직하다. HF는 알코올과 순수의 혼합부피를 기준으로 0.1부피% - 5부피% 이하의 농도비로 혼합된 것이 바람직하다. 순수는 세정용액의 전체 부피를 기준으로 1 부피% - 50 부피% 범위의 농도비로 혼합된 것이 바람직하다. 세정용액에 포함되는 알코올의 혼합비율에 따라 식각량을 조절할 수 있으므로, 이소프로필 알코올, 메탄올, 및 에탄올은 세정용액의 전체 부피를 기준으로 각각 1 부피% - 99 부피% 범위의 농도비로 혼합된 것이 바람직하다.
알코올을 포함하는 세정용액으로 세정한 후, 통상의 방법, 예컨대 이소프로필알코올 증기 드라이어를 이용하여 반도체 기판을 건조한다. 알코올을 포함하는 세정용액은 종래의 순수를 다량 포함하는 세정용액보다 물반점의 발생을 최소화할 수 있다. 따라서, 종래의 물반점을 많이 발생시키는 스핀드라이어를 이용하여 건조하더라도, 본 발명의 알코올을 포함하는 세정용액으로 세정하면 물반점의 발생을 최소화할 수 있다.
앞서 설명한 세정공정을 진행한 후, 통상의 방법을 이용하여 하부전극 패턴 위에 HSG 도전막을 형성한다. 다음, 산화막 식각용액을 이용하여 하부도전막 사이의 산화막을 일부 제거함으로써 산화막 상부에 성장된 HSG 도전막을 동시에 제거한다.
HSG 실리콘층이 형성된 반도체 기판을 오존수에 세정한 후에 HF 용액으로 세정한다. 이때, 오존수의 농도는 1ppm - 100ppm 범위인 것이 바람직하고, 오존수의 온도는 0℃ - 30℃ 범위인 것이 바람직하다. 종래의 암모니아, 과산화수소 및 순수의 혼합세정액 대신 오존수를 사용함으로써, HSG 그레인들의 손실(loss)에 의한 소자의 커패시턴스 감소를 최소화할 수 있다.
HF 용액에 세정한 후, 반도체 기판을 통상의 방법을 이용하여 건조한다. 앞서 설명한 세정공정을 진행한 후, 통상의 방법을 이용하여 후속막, 예컨대 유전막등을 형성한다.
이상 실시예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것으로서, 본 발명의 기술사상 및 범위내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 각종 변형 및 개량이 가능함은 명백하다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 반도체 기판의 세정방법은, HSG 도전막의 형성 전후의 새로운 세정방법을 제공함으로써, 물반점등의 결함 발생 및 유기 잔류물을 최소화하여 소자의 신뢰성과 수율을 증가시키고, HSG 도전막이 세정액에 의해 다량 식각되어 HSG 면적이 감소되거나 HSG 그레인 자체가 하부전극으로부터 분리되는 현상을 최소화하여 커패시턴스를 증가시킬수 있다.
Claims (14)
- 하부 전극패턴이 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계;상기 반도체 기판을 오존수에 세정하는 단계;상기 반도체 기판을 알코올을 포함하는 세정용액에 세정하는 단계; 및상기 반도체 기판을 건조하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정방법.
- 제1항에 있어서, 상기 반도체 기판을 건조하는 단계 이후, 상기 하부전극 패턴위에 반구형 그레인을 갖는 도전막을 형성하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정방법.
- 제1항에 있어서, 상기 알코올을 포함하는 세정용액은 이소프로필 알코올, 불화수소산 및 순수의 혼합용액, 메탄올, 불화수소산 및 순수의 혼합용액 또는 에탄올, 불화수소산 및 순수의 혼합용액들인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정방법.
- 제3항에 있어서, 상기 불화수소산은 상기 알코올과 순수의 혼합부피를 기준으로 0.1 부피% - 5 부피% 이하의 농도비로 혼합된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정방법.
- 제3항에 있어서, 상기 순수는 상기 세정용액의 전체 부피를 기준으로 1 부피% - 50 부피% 범위의 농도비로 혼합된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정방법.
- 제3항에 있어서, 상기 이소프로필 알코올, 메탄올, 및 에탄올은 상기 세정용액의 전체 부피를 기준으로 각각 1 부피% - 99 부피% 범위의 농도비로 혼합된 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정방법.
- 제1항에 있어서, 상기 오존수의 농도는 1ppm - 100ppm 범위인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정방법.
- 제1항에 있어서, 상기 오존수의 온도는 0℃ - 30℃ 범위인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정방법.
- 하부전극 패턴위에 반구형의 그레인 구조를 갖는 도전막이 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계;상기 반도체 기판을 오존수에 세정하는 단계;상기 반도체 기판을 희석 불화수소산을 사용하는 세정용액에 세정하는 단계; 및상기 반도체 기판을 건조하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정방법.
- 제9항에 있어서, 상기 오존수의 농도는 1ppm - 100ppm 범위인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정방법.
- 제9항에 있어서, 상기 오존수의 온도는 0℃ - 30℃ 범위인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정방법.
- 제9항에 있어서, 상기 희석 불화수소산은 순수와 불화수소산으로 이루어지며, 상기 불화수소산은 상기 세정용액의 전체 부피를 기준으로 0.1 부피% - 5 부피%인 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정방법.
- 하부 전극패턴이 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계;상기 반도체 기판을 오존수에 세정하는 단계;상기 반도체 기판을 알코올을 포함하는 세정용액에 세정하는 단계;상기 반도체 기판을 건조하는 단계;상기 하부전극 패턴위에 도전막을 형성하는 단계;상기 반도체 기판을 오존수에 세정하는 단계;상기 반도체 기판을 희석 불화수소산을 사용한 세정용액에 세정하는 단계; 및상기 반도체 기판을 건조하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정방법.
- 제13항에 있어서, 상기 도전막은 반구형의 그레인 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 세정방법.
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