KR20000010388A - 실리콘 기판 표면위의 금속 오염물 제거방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 실리콘 기판 표면 위의 금속 오염물 제거방법에 관한 것으로서, 자외선(UV:Ultraviolet) 램프에 의해 금속 오염물이 누적된 실리콘 기판에 장·단파장의 자외선(UV)과 오존(O3)을 함께 방사하여 상기 단파장의 자외선이 금속 오염물을 원자 상태로 여기시키고, 오존이 상기 장파장과 단파장의 자외선을 흡수하여 산소 원자 상태로 여기되며, 상기 여기된 금속 오염물과 산소 원자가 반응하여 금속 산화물을 생성하는 UV/O3세정 과정과, 수소 플라즈마에서 수소 원자를 발생시켜, 상기 UV/O3세정 과정에서 생성된 금속 산화물과의 반응에 의해 수소화물을 생성하고, 그 수소화물을 수소 플라즈마에 의해 화학적으로 에칭한 후 리프트 오프(lift-off) 기구에 의해 제거함으로써, 금속 오염물을 제거하는 리모트 수소 플라즈마(RHP:Remote Hydrogen Plasma) 세정 과정으로 구성되어, 장비를 부식시키거나, Si 기판 표면을 손상시키지 않으면서, 웨이퍼 표면에서의 금속불순물 농도를 용이하게 1010atoms/cm2미만으로 제어할 수 있다는 장점이 있다.

Description

실리콘 기판 표면위의 금속 오염물 제거방법
본 발명은 실리콘 기판 표면 위의 금속 오염물 제거 방법에 관한 것으로서, 특히, 자외선(UV)/오존(O3) 세정과 리모트 수소 플라즈마(RHP) 세정을 최적 공정 조건하에서 순차적으로 실행하여 실리콘 표면 위의 금속 오염물을 효과적으로 제거하기 위한 실리콘 기판 표면 위의 금속 오염물 제거 방법에 관한 것이다.
집적회로의 제조 기술은 눈부신 발전을 거듭하여 메모리 소자의 경우 이미 1G DRAM이 개발되었으며, 머지 않아 기가(G:giga)급 소자의 양산이 실현될 것으로 전망된다. 이처럼 반도체 소자의 집적도가 증가하여 패턴이 미세화됨에 따라, 집적 회로의 소자 성능, 신뢰성 및 생산수율이 웨이퍼 표면의 오염물질, 먼지 등과 같은 불순물의 존재에 의해 크게 좌우되기 때문에, 웨이퍼 세정 기술의 중요성이 더욱 강조되고 있다.
이 때, 상기 웨이퍼 표면에 존재하는 오염물질은 대체로 유기오염, 금속오염물, 자연산화막 또는 화학적 산화막 및 먼지(particle)로 분류할 수 있으며, 이중에서도 특히 금속 오염물은 반도체 소자의 성능을 크게 저해하는데도 기존의 습식 세정(wet cleaning)법으로는 제거가 매우 어렵다. 금속 오염물 중에서도 특히 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn), 크롬(Cr), 금(Au), 수은(Hg), 은(Ag) 등의 중금속이 실리콘 소자에 가장 유해하다. 그런데, 웨이퍼로 주로 사용되는 실리콘(Si)은 기전력 서열(또는 전기음성도)이 수소보다 더 높기 때문에, 용액(특히 HF를 함유한 에칭액)내의 중금속들이 화학 반응에 의해 전류를 일으켜(galvanic 거동에 의하여) Si 웨이퍼 표면에 달라붙는 경향을 나타낸다. 또한, 상기 금속 불순물은 이러한 화학 용액 외에도 포토레지스트(photoresist), 탈 이온수(deionized water)나 가스의 수송관 그리고 웨이퍼 캐리어 등으로부터 오염될 수 있으며, 그밖에 이온 주입, 반응성 이온 에칭(RIE:Reactive Ion Etching), 스퍼터링(sputtering) 등의 공정 중에도 웨이퍼에 오염될 수 있다.
만일, 이러한 금속불순물이 제거되지 않는다면, 이 불순물이 나중의 열처리 공정 중에 Si 기판 내로 확산해 들어가 금지대내에 에너지 준위를 형성하고, 이것은 트랩(trap), 다시 말하면 생성/재결합 부(generation/recombination center)로 작용하여 소수 전하의 수명을 감소시키고, 반도체 표면전위를 불안정하게 하며, 표면에서의 재결합(recombination) 속도에 영향을 끼친다. 그 결과 역전도(inversion) 또는 축적(accumulation) 층이 형성되고, 과도한 누설전류가 생기는 등 소자의 성능과 신뢰성을 저해하는 심각한 문제들이 발생하게 된다. 그 외에도 에피성장 시에 핀 홀이나 보이드(void)와 같은 결함의 원인이 되고, 게이트 산화막의 항복 전압(breakdown voltage)을 저하시키며, 사진식각, 에칭, 증착과 린스(rinse) 등의 공정을 방해하는 나쁜 영향을 준다.
지금까지의 웨이퍼 세정에는 주로 RCA법을 기초로 한 습식세정법이 사용되어 왔고, 이 방법은 앞으로도 주요한 웨이퍼 세정 기술로서 계속 사용될 것으로 전망된다.
하지만, 기가(giga)급 소자의 경우 그 접촉 홀(contact hole)이 매우 가늘고 깊기 때문에, 습식 세정 기술에 의해 세정할 경우, 화학 용액이나, 세정제(cleaning agent)들이 상기 접촉 홀의 바닥까지 들어갔다가 다시 빠져나오는 것이 쉽지않고, 따라서, 기존의 습식 세정 기술로는 그 속의 금속 불순물이나 자연 산화막을 제거하는 것이 대단히 어렵다. 즉, 상기 세정제가 오히려 금속 불순물의 오염원이 될 수 있으며, 웨이퍼 표면으로부터 제거된 오염물들이 떠돌다가 다시 웨이퍼 표면에 흡착됨으로써, 재오염이 발생할 수 있다.
또한, 상기 기가(giga)급 소자의 경우, 웨이퍼 표면에서의 금속 불순물의 농도가 1010atoms/cm2미만이 되어야 하는데, 상기 수치는 이러한 습식 세정법으로는 도달하기 어려운 수준으로, 습식 세정법은 기가(giga)급 소자의 금속 오염물을 제거하기에는 이미 한계에 도달한 방법이다. 게다가 앞으로의 ULSI(Ultra Large Scale Integration)의 제조는 낮은 공정온도를 요구하며, 집적 클러스터 툴 시스템(integrated cluster tool system)에 의하여 이루어 질 전망이므로, 새로운 기술의 도입은 불가피할 것으로 생각된다.
한편, 건식 세정이란 화학 용액을 주로 사용하는 습식 세정과는 달리 자외선/오존(UV/O3) 또는 자외선/염소(UV/Cl2), 플라즈마(plasma) 세정법 등 반응성이 강한 기체나 플라즈마 등 기상(gas phase)의 매개체를 이용하여 실리콘 웨이퍼 표면의 불순물을 제거하는 세정법을 말하는데, 이러한, 건식 세정 시에는 가스를 흘려 내보내기 때문에 한번 제거된 금속 오염물이 재부착되지 않는다는 장점이 있다.
이러한 건식 세정 기술은 염화수소(HCl), 염소(Cl2) 등의 기체를 사용하여 오염물을 직접 제거하는 방식과, 수소를 사용하는 리모트 수소 플라즈마(RHP:Remote Hydrogen Plasma)법이나 오존을 사용하는 UV/O3법과 같이 오염물을 간접으로 제거하는 방식이 있다.
이 때, 상기 직접 제거 방식은 간접 제거 방식에 비해 금속 오염의 제거에 더 효과적이지만, 상기 HCl, Cl2등의 기체를 사용한 직접적인 건식 세정을 수행할 경우, 세정 장비를 부식시킨다는 문제가 있다.
한편, 상기 간접 제거 방식은 직접 제거 방식에 비해 세정 효과가 떨어지긴 하지만, 장비를 부식시킬 염려가 없고, Si 기판 표면도 거의 손상시키지 않으므로, 양산측면에서는 보다 더 실질적인 방법일 것으로 전망된다.
따라서, 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 간접 건식 세정 방법인 UV/O3및 수소 플라즈마를 이용하여 실리콘 웨이퍼 표면 위에 존재하는 Fe 오염을 효과적으로 제거하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에서 제공하는 실리콘 기판 표면 위의 금속 오염물 제거방법은 자외선(UV:Ultraviolet) 램프에 의해 금속 오염물이 누적된 실리콘 기판에 장·단파장의 자외선(UV)과 오존(O3)을 함께 방사하여 상기 단파장의 자외선이 금속 오염물을 원자 상태로 여기시키고, 오존이 상기 장파장과 단파장의 자외선을 흡수하여 산소 원자 상태로 여기되며, 상기 여기된 금속 오염물과 산소 원자가 반응하여 금속 산화물을 생성하는 UV/O3세정 과정과, 수소 플라즈마에서 수소 원자를 발생시켜, 상기 UV/O3세정 과정에서 생성된 금속 산화물과의 반응에 의해 수소화물을 생성하고, 그 수소화물을 수소 플라즈마에 의해 화학적으로 에칭한 후 리프트 오프(lift-off) 기구에 의해 제거함으로써, 금속 오염물을 제거하는 리모트 수소 플라즈마(RHP:Remote Hydrogen Plasma) 세정 과정으로 구성된다.
도 1은 본 발명에 의한 실리콘 기판 표면 위의 금속 오염물 제거 방법에 대한 흐름도,
도 2는 본 발명에 의한 UV/O3세정 공정에 대한 흐름도,
도 3은 본 발명에 의한 RHP 세정 공정에 대한 흐름도,
도 4는 실리콘 웨이퍼 표면에 자연산화막이 존재할 경우 금속 오염물이 제거되는 메카니즘을 나타내는 도,
도 5a는 UV/O3세정 시간에 따른 실리콘 웨이퍼 표면 위의 Fe 오염물 제거 효과의 변화를 나타낸 그래프,
도 5b는 UV/O3세정 시간에 따른 실리콘 웨이퍼 표면 재결합 변화를 나타낸 그래프,
도 5c는 UV/O3세정 시간에 따른 실리콘 웨이퍼 표면의 RMS 거칠기 값의 변화를 나타낸 그래프,
도 6a는 RHP 세정 시간에 따른 실리콘 웨이퍼 표면 위의 Fe 오염물 제거 효과의 변화를 나타낸 그래프,
도 6b는 RHP 세정 시간에 따른 실리콘 웨이퍼 표면 재결합 변화를 나타낸 그래프,
도 6c는 RHP 세정 시간에 따른 실리콘 웨이퍼 표면의 RMS 거칠기 값의 변화를 나타낸 그래프,
도 7a는 RHP 세정시 RF-파워에 따른 실리콘 웨이퍼 표면 위의 Fe 오염물 제거 효과의 변화를 나타낸 그래프,
도 7b는 RHP 세정시 RF-파워에 따른 실리콘 웨이퍼 표면 재결합 변화를 나타낸 그래프,
도 7c는 RHP 세정시 RF-파워에 따른 실리콘 웨이퍼 표면의 RMS 거칠기 값의 변화를 나타낸 그래프,
도 8a는 UV/O3, 리모트 수소 플라즈마, ECR 수소 플라즈마 세정을 이용한 다단계 세정법들의 Fe 오염물 제거 효과를 비교한 그래프,
도 8b는 여러 종류의 다단계 세정법에 의하여 Si 표면을 세정한 후 Si 웨이퍼 표면 재결합 정도를 비교하여 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 의한 실리콘 기판 표면 위의 금속 오염물 제거 방법에 대한 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 의한 UV/O3세정 공정에 대한 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 의한 RHP 세정 공정에 대한 흐름도이다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 의한 실리콘 기판 표면 위의 금속 오염물을 제거하는 방법을 설명하면, UV 램프에 의해 금속 오염물이 누적된 실리콘 기판에 장파장과 단파장의 자외선(UV)과 오존(O3)을 함께 방사하여 상기 금속 오염물을 산화시켜 금속 산화물을 생성하는 UV/O3세정 공정(s100)과, 상기 공정(s100)에서 생성된 금속 산화물을 수소(H2) 플라즈마에 의해 화학적으로 에칭한 후 리프트 오프(lift-off) 기구에 의해 금속 오염물을 제거하는 리모트 수소 플라즈마(RHP) 세정 공정(s200)으로 구성된다.
이 때, 상기 UV/O3세정 공정(s100)은 우선적으로 광화학적인 산화 과정으로서, 오염물 분자들이 장·단파장의 자외선을 흡수하여 활성화되거나 해리되는데, 산소원자와 오존은 산소 분자가 245.4nm의 파장을 가지는 자외선을 흡수하여 해리될 때 동시에 생성되고 산소 원자는 오존이 자외선과 더 긴 파장의 자외선을 흡수할 때에 생성된다. 이때, 단파장의 자외선과 오존을 같이 사용하는 이유는 단파장의 자외선과 오존을 같이 사용하면, 각각을 단독으로 사용하였을 때보다 더 빨리 청정한 표면을 얻을 수 있기 때문이다.
도 2를 참조하여, 이와 같은 상기 UV/O3세정 공정(s100)을 설명하면, 먼저, 자외선(UV) 램프에서 실리콘 기판으로 장파장과 단파장의 자외선(UV)과 오존(O3)을 방사(s101)하면, 그 실리콘 기판상에 누적된 금속 오염물 분자들은 단파장의 자외선(UV)을 흡수하여 금속 오염물 원자로 여기(s102)되고, 오존(O3)이 장파장과 단파장의 자외선을 흡수하여 원자 상태의 산소로 여기(s103)되며, 상기 각각 여기된 금속 오염물 원자들과 원자 상태의 산소가 서로 반응하여 금속 산화물을 생성(s104)한다.
이 때, 상기 자외선의 단파장은 185㎚이고, 장파장은 254㎚로 한다.
상기와 같은 UV/O3세정 과정은 실리콘 기판상의 금속 오염물을 직접 제거하는 능력은 없지만, 그 금속 오염물 들이 단독으로 존재하는 경우 보다는 유기 오염물과 함께 존재하는 경우가 많기 때문에 유기 오염물에 휩쓸려 함께 리프트-오프되어 제거되도록 하는 것이다.
또한, 상기 RHP 세정 공정(s200)의 경우 이 때 사용되는 화학적으로 반응성이 강한 입자들은 글로우 방전에 의해 발생되며, RHP 세정시 플라즈마 에칭에 대한 개념을 도입하였는데, 도 3을 참조하여 상기 RHP 세정 공정(s200)을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 수소 플라즈마에서 반응성이 있는 화학종들(특히, 수소 원자)이 발생하여, 상기 UV/O3세정 공정(s100)을 거친 실리콘 기판 표면으로 확산(s201)되고, 상기 실리콘 기판 표면 위에 생성된 금속 산화물과 상기 수소 플라즈마에서 발생한 수소 원자가 반응하여 수소화물을 생성(s202)하며, 그 수소화물을 수소 플라즈마에 의해 리프트-오프(lift-off)하여 금속 오염물을 제거(s203)한다.
도 4는 실리콘 웨이퍼 표면에 자연산화막이 존재할 경우 금속 오염물이 제거되는 메카니즘을 나타내는 도면으로서, 도 4를 참조하면, 실리콘 기판(20) 위에 자연 산화막(10)이 존재하고, 그 자연 산화막(10) 상부에 금속 오염물(40)이 생성되어 있을 때, 상기 구조물로 반응성 수소 원자(50)를 확산시킨다. 그러면, 상기 실리콘 기판(20)의 원자상태인 규소 원자(30)가 기판 상부의 자연 산화막(10)에 존재하는 산소원자와 반응하고, 수소 원자(60)와 반응하여, H-SiO(60) 상태로 상기 기판으로부터 리프트-오프(lift-off)되며, 이 때, 상기 금속 오염물(40)도 같이 리프트-오프된다.
이와 같이, 본 발명에서 사용한 RHP 세정은 원래 산화막을 분해시켜 제거하는 데에 효과적인 방법이므로, 자연 산화막을 제거함으로써 자연 산화막 위에 존재하는 Fe오염물도 동시에 제거(리프트-오프) 된다.
이러한 과정을 화학식을 이용하여 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다.
Ho+ e-→ H*+ e-
H++ Ho→ H*+ H+
상기 (화학식 1)에서 발생한 수소 라디칼(H*)은 수소 플라즈마 내에서 전자와 이온이 충돌함으로써 생성되며, 위의 반응에서 H+, H2+, H3+등의 수소 이온들이 발생하게 된다. 수소 이온에 의한 자연 산화막의 에칭 반응은 (화학식 2)에 나타나 있다.
SiO2(s) + H++ e-→ SiO*+ OH*
SiO(s) + H++ e-→ Si*+ OH*
위와 같은 반응에 의해서 자연 산화막이 제거될 때 Fe 오염물이 함께 리프트-오프 되는 것이다.
본 발명에서 사용한 UV/O3와 RHP를 이용한 이 단계 세정시의 금속 오염물의 제거 과정을 다시 한번 설명하면, 다음과 같다.
먼저, UV/O3세정의 경우, 단파장의 자외선과 오존이 합세함으로써 어느 한쪽만을 사용할 때보다 더 빠른 속도로 세정하게 되는데, 먼저, 금속 오염 분자들이 단파장의 자외선을 흡수하여 여기되고, 또한 분자상태의 산소가 분해되며, 오존이 자외선의 장파장과 단파장을 흡수함으로써 분해되어 원자상태의 산소가 여기되도록 한 후, 상기 여기된 금속 오염 원자들과 원자상태의 산소가 반응하여 금속 산화물을 생성한다. 그러면, RHP 세정에서는 상기 금속 산화물을 리프트-오프(lift-off)에 의해 제거시킨다.
따라서, 상기 RHP 세정에 앞서 실시하는 UV/O3세정은 금속 오염물을 금속 산화물로 만들어서 수소 플라즈마에 의한 리프트-오프(lift-off)가 잘 일어나도록 도와주기 위한 예비처리 단계라 할 수 있다.
즉, 금속 오염물이 수소와 반응하여 생성되는 수소화물의 경우 상온에서 휘발하지 않으므로 수소 플라즈마에 의하여 금속 오염물을 기화시키는 직접적인 세정효과는 거둘 수 없으므로, 수소 플라즈마 세정법으로는 리프트-오프(lift-off)에 의한 간접적인 세정효과를 얻어야 하는데, 금속 원자를 수소에 의하여 리프트-오프(lift-off)시키는 것보다 금속 산화물을 수소에 의하여 리프트-오프(lift-off)시키는 것이 훨씬 더 용이하기 때문에 상기 UV/O3세정에 의하여 Fe원자의 감광성 산화를 유도하는 것이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 실시예 1 내지 실시예 3에서 사용된 "bare"시편은 실리콘 웨이퍼 상자에서 바로 꺼낸 웨이퍼를 의미하며, "initial"시편은 예비처리를 거치고 FeCl3표준 용액으로 오염시킨 웨이퍼를 의미한다. 또한, 상기 실시예를 위해, p-type(100), boron-doped, 직경 4inch, 비저항 5∼10Ω.cm인 실리콘 웨이퍼가 사용되었으며, UV/O3세정시 사용되는 UV 램프와 기판 사이의 거리는 1cm로 고정하였고, 각 세정시간을 30초, 1분, 3분, 5분, 10분으로 공정 변수를 조정하여 최적의 공정 조건을 찾고자 하였다. 그리고, 실리콘 웨이퍼의 오염원으로는 1mol의 FeCl3표준용액을 순수에 10ppm으로 희석한 용액을 사용하였다.
한편, 실시예를 수행하기 전에 피라냐(piranha) 세정(H2SO4: H2O2= 4 : 1)을 10분 동안 실시하여 웨이퍼 표면에 있는 유기오염을 제거하고, 불산용액(HF solution-HF :DI water = 1 : 10)에 10초 동안 침잠시켜 웨이퍼 표면의 자연 산화막을 제거하고, 불산처리(HF dipping)가 끝난 웨이퍼를 순수에 5분 동안 세척한 다음 10분 동안 스핀 드라이(Spin dry)처리하여 시편의 예비처리를 하였다.
실리콘 웨이퍼의 표면분석과 금속 불순물을 검출하기 위한 방법으로는 TXRF(Total Reflection X-Ray Fluorescence)와 SPV(Surface Photovoltage), AFM(Atomic Microscopy)을 사용하였는데, 상기 TXRF는 세정 후 실리콘 웨이퍼 표면에 잔류하는 금속 불순물 농도를 정량적으로 알아내는 데에 사용하였고, SPV는 시편을 세정한 전후의 표면재결합(Surfacd Recombination)을 측정하는 데에 사용하였으며, AFM은 세정 전후의 표면 거칠기를 측정하는데 사용하였다.
(실시예 1)
실시예 1은 UV/O3세정을 실시하였을 때, 세정 시간별 세정 결과를 분석하기 위한 것으로서, 도 5a는 UV/O3세정 시간에 따른 실리콘 웨이퍼 표면 위의 Fe 오염물 제거 효과의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 5b는 UV/O3세정 시간에 따른 실리콘 웨이퍼 표면 재결합 변화를 나타낸 그래프이며, 도 5c는 UV/O3세정 시간에 따른 실리콘 웨이퍼 표면의 RMS 거칠기 값의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5a를 참조하면, 10ppm농도의 FeCl3표준용액을 사용하여 실리콘 웨이퍼에 Fe를 인위적으로 오염시켜 UV/O3세정을 실시하였을 때, UV/O3세정에 의하여 Fe가 가장 효과적으로 제거되는 세정 시간은 30초이고, 도 5b를 참조하면, UV/O3세정을 실시하였을 때 가장 좋은 표면 재결합(Surface Recombination, 값이 작을수록 표면상태가 양호함을 나타냄)의 값이 나타나는 세정 시간은, 상기 Fe 오염물 제거의 경우와 마찬가지로, 30초이다.
한편, 도 5c를 참조하면, UV/O3세정을 실시하였을 때, 세정시간에 따른 실리콘 웨이퍼 표면의 RMS 거칠기(roughness)값은 세정시간이 증가할수록 감소한다.
즉, UV/O3단독에 의해 실리콘 기판을 세정할 경우, 그 세정 시간은 30초로 하는 것이 가장 효율적이다.
(실시예 2)
실시예 2는 인위적으로 Fe를 오염시킨 실리콘 웨이퍼를 리모트 수소 플라즈마(Remote Hydrogen Plasma)세정 하였을 때 세정 시간 및 RF 파워 크기 별 세정 결과를 분석하기 위한 것으로서, 도 6a는 RHP 세정 시간에 따른 실리콘 웨이퍼 표면 위의 Fe 오염물 제거 효과의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 6b는 RHP 세정 시간에 따른 실리콘 웨이퍼 표면 재결합 변화를 나타낸 그래프이며, 도 6c는 RHP 세정 시간에 따른 실리콘 웨이퍼 표면의 RMS 거칠기 값의 변화를 나타낸 그래프이다. 도 7a는 RHP 세정시 RF-파워에 따른 실리콘 웨이퍼 표면 위의 Fe 오염물 제거 효과의 변화를 나타낸 그래프이고, 도 7b는 RHP 세정시 RF-파워에 따른 실리콘 웨이퍼 표면 재결합 변화를 나타낸 그래프이고, 도 7c는 RHP 세정시 RF-파워에 따른 실리콘 웨이퍼 표면의 RMS 거칠기 값의 변화를 나타낸 그래프이다.
먼저, 도 6a를 참조하면, RHP 세정에 의해 실리콘 기판을 세정한 경우, 세정 시간이 1분일 때, 그 세정 효과가 가장좋고, 도 6b를 참조하면, 실리콘 웨이퍼 표면의 표면 재결합 값의 경우도, 세정 시간이 1분일 때, 가장 좋은 표면 재결합 값이 나타났다.
도 6c를 참조하면, 실리콘 웨이퍼 표면의 RMS 거칠기(Root Mean Square roughness - 값이 작을수록 표면이 깨끗함)값의 경우, 세정 시간이 짧을수록 표면의 손상이 적어 더 낮은 RMS 거칠기 값을 나타낸다.
따라서, RHP 세정 방법 단독에 의해 실리콘 기판을 세정할 경우, 세정 시간이 1분일 때 가장 좋은 특성을 나타낸다.
한편, RHP 에 의한 세정시 그 세정 시간을 일정하게 하고, RF 파워를 변화시킬 경우, 도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 실리콘 기판의 금속 오염도, 실리콘 웨이퍼 표면의 표면 재결합 값 및 실리콘 웨이퍼 표면의 RMS 거칠기 값이 모두 RF-파워가 증가할수록 낮은 값을 나타낸다. 즉, 더 좋은 세정 효과를 나타낸다.
이와 같이, RHP에 의한 Fe 오염 제거의 최적 공정 조건을 찾기 위한 실시예 2를 수행할 때, 기본 진공도는 5×10-6Torr, 공정압력은 480mTorr, 플라즈마가 생성된 중심부에서 부터 실리콘 웨이퍼까지의 거리는 20cm 그리고 H2gas의 유량은 100sccm으로 고정하였으며, RF-power를 20W, 60W, 100W로 그리고 세정 시간은 1분, 5분, 10분으로 변화시켰다.
(실시예 3)
실시예 3은 다단계 세정법에 의한 효과를 비교한 것으로서, 도 8a는 UV/O3, 리모트 수소 플라즈마, ECR 수소 플라즈마 세정을 이용한 다단계 세정법들의 Fe 오염물 제거 효과를 비교한 그래프이고, 도 8b는 여러 종류의 다단계 세정법에 의하여 Si 표면을 세정한 후 Si 웨이퍼 표면 재결합 정도를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 8a를 참조하면, UV/O3세정, RHP 세정, ECR 수소 플라즈마 세정의 다단계 세정에 의해 Fe오염을 제거한 경우, UV/O3세정을 1분동안 실시한 후에 5분간 RHP 세정을 실시하였을 때 가장 좋은 세정효과를 나타낸다. 도 8b를 참조하면, 표면 재결합 값의 경우도, UV/O3세정을 1분 동안 실시한 후에 RHP 세정을 5분 동안 실시하였을 때 가장 작은 값을 나타낸다.
따라서, 실리콘 기판의 금속 오염물을 가장 효율적으로 제거하기 위해서는 UV/O3세정을 1분 동안 실시한 후, RHP 세정을 5분 동안 실시한다.
상기와 같은 본 발명의 실리콘 기판 세정 방법은 간접 제거 방식이므로 HCl, Cl2등을 직접 제거 방식에 비해 세정능력은 약간 떨어지지만, 장비를 부식시킬 염려가 없고, Si 기판 표면도 거의 손상시키지 않는 장점이 있으며, 빨대와 같이 가늘고 긴 접촉 홀(contact hole) 바닥의 금속불순물 및 자연산화막을 화학 반응에 의해 용이하게 제거할 수 있어, 기가(giga)급 소자 제조시에 요구되는 웨이퍼 표면에서의 금속불순물 농도를 용이하게 1010atoms/cm2미만으로 제어할 수 있다.
또한, 향후 ULSI 제조시 필수적인 집적 클러스터 툴 시스템(integrated cluster tool system)에도 적용할 수 있다.

Claims (2)

  1. 자외선(UV) 램프에 의해 금속 오염물이 누적된 실리콘 기판에 장·단파장의 자외선(UV)과 오존(O3)을 함께 방사하여, 상기 금속 오염물이 단파장의 자외선(UV)에 의해 금속 오염물 원자로 여기되고, 오존(O3)이 장파장과 단파장의 자외선을 흡수하여 원자 상태의 산소로 여기되어 상기 금속 오염물 원자를 산화시키도록 반응하여, 금속 산화물을 생성하는 제 1 과정과,
    상기 제 1 과정에서 생성된 금속 산화물을 수소(H2) 플라즈마에 의해 화학적으로 에칭한 후 리프트 오프(lift-off) 기구에 의해 제거하여 금속 오염물을 제거하는 제 2 과정으로 구성된 것을 특징으로 하는 실리콘 기판 표면 위의 금속 오염물 제거 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 기판 표면 위의 금속 오염 제거 효율을 최대로 하기 위해,
    상기 제 1 과정은
    자외선(UV) 램프와 실리콘 기판 사이의 거리를 1㎝로 하여 1분 동안 수행하고,
    상기 제 2 과정은
    수소 플라즈마에서 실리콘 기판까지의 거리를 20㎝로 하고, 상기 제 2 과정이 진행되는 챔버 내로 흘려주는 수소의 양을 100sccm로 하고, 공정 압력을 480mTorr로 하여, 5분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 실리콘 기판 표면 위의 금속 오염물 제거방법.
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