KR20000076263A - 자외선/할로겐 금속 제거 공정 - Google Patents

자외선/할로겐 금속 제거 공정 Download PDF

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로윙앤드류
페이필드로버트티.
소윈허버트에이치.
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에프 에스 아이 인터내셔날,인코포레이티드
자르밀라 제트. 흐르벡
매사츄세츠 인스티튜트 오브 테크놀러지
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Abstract

금속 오염물이 염소처리되고 UV 조사에 의해 휘발성 금속염화물로 환원되는, 기판표면으로부터 금속 오염물을 제거하기에 적절한 염소계 건식 세정 시스템이 기술된다. 염소기체 부분압, 온도, 자외선 대역폭, 및/또는 염소함유기체 및 자외선 방사에 대한 기판의 노출 시퀀스 등의 공정 파라미터를 선택하여, 지나치게 기판조면처리를 하지 않고도 실질적으로 금속제거를 실행한다.

Description

자외선/할로겐 금속 제거 공정{UV/HALOGEN METALS REMOVAL PROCESS}
미량 금속 오염물의 제거는 반도체 제조공정에서 중요한 단계이다. 미량금속이 웨이퍼 표면에서 제거되지 않으면 디바이스 성능의 저하를 일으킬 수 있다. 금속오염물은 습식 화학약품, 포토레지스트, 이온 임플란테이션 및 플라즈마 공정 동안 챔버표면으로부터의 스퍼터 물질의 재-디포지션을 포함하는 다수의 소스에서 생길 수 있다.
특히, 동은 반도체 제조시 산화물을 벗겨내는데 일반적으로 사용되는 플루오르화수소산 용액으로부터 디포지션되는 것으로 알려졌다. 적은 비율의 동과 합금된 알루미늄은 디바이스 제조시 접속 메탈라인을 제조하는데 일반적으로 사용된다. 또한 동은 소량으로 304 및 316 스테인레스강, 공통 챔버 및 배관 제조 물질에 존재한다.
특히, HF 용액으로부터 디포지션되어 "HF 최종" 세정 시퀀스에서 표면 상에 머무르게 되는 경향 때문에, 동은 종래의 습식 세정기술로 제거하는데 가장 어려운 전이금속 중 하나이다.
다양한 반도체 공정에 대해 많은 상이한 에칭 및 세정기술이 개발되었다. 전형적으로 과거에는 "RCA 세정"과 같은 습식에칭이 반도체 제조공정에서 우세적이었다. 점차, 디바이스 구조가 줄어들고 VLSI 디바이스를 향해 이동함에 따라, 건식에칭이 두드러지게 되었다. 건식에칭은 플라즈마 및 기체-베이스 에칭을 포함하고, 산화물 및 탄소-베이스 오염물을 제거하기 위해 최초에 많은 것이 개발되었다.
기체상 금속 제거에 대해, 몇몇 시스템이 보고되었다. US 5,094,701 및 US 5,221,366는 산화 분위기에서 분산된 베타-디케톤 및 베타-케토이민(beta-ketoimine) 리간드 형성 화합물의 사용을 공개하고 있다. 충분한 온도에서, 휘발성 금속-리간드 배위화합물이 형성되어 표면으로부터 승화되는 것으로 보고되고 있다. 200℃-300℃의 온도가 필요한 것으로 알려진다. US 5,213,621, US 5,213,622 및 US 5,332,444는 표면 불순물과의 휘발성 금속-리간드 배위화합물이 형성되어 표면으로부터 승화될 수 있는 비슷한 방식으로 반복적으로 사용될 수 있는 다른 리간드 형성 화학시약을 공개하고 있다.
다른 건식 기체상 제거기술은 세정 라디칼을 생성시키는 자외선 조사의 사용을 포함한다. Sugino 등(IEIC Trans. Electron. Vol. E75-C, No. 7, July 1992)은 약 20 Torr, 170℃에서 세정 기체로써 광여기된 염소 라디칼을 이용하여 실리콘 표면 상의 Fe 및 Al을 제거하기 위한 시스템을 기술하고 있다. Sugino씨의 US 5,221,423는 염소라디칼을 생성하기 위해 20 Torr의 부분 염소압으로 염소기체를 조사함으로써 Al, Fe, Na 및 Cr를 제거하는 방법을 공개한다. Sugino씨의 US 5,178,721는 염소기체의 압력과 UV의 경로길이(pathlength)가 라디칼 생성 및 세정효율을 최대화하도록 변하는 UV 라디칼 생성 세정법을 공개한다. 이 시스템에서, 염소압력은 1 Torr에서 대기압까지의 범위에 있다. Ito(Proc. Instit. for Environ. Studies 1991 p.808)는 20 Torr의 압력에서 염소가 전달되는 광여기된 염소 라디칼을 이용한 세정법을 공개한다. 불행하게도, 염소 라디칼의 생성에 의존하는 기술은 염소 라디칼이 불순물외에 기판 및 세정장치를 에칭하므로 기판 및 세정장치에 대해 거칠다.
반도체 기판 및 마이크로공학 디바이스의 기판 등에서 미량금속을 제거하기 위해 기판 또는 처리장치에 대해 거칠지 않은 개선된 공정을 끊임없이 요구하고 있다.
본 발명은 반도체 디바이스 및 마이크로공학 디바이스와 같은 기판으로부터 금속의 기체상(gas phase) 제거를 하는 공정에 관한 것이다.
도 1-7은 동의 미소량으로 오염되고 본 발명의 다양한 실시예에 따라 세정처리한 실리콘 웨이퍼의 주사로부터 얻은 X-레이 2p 광전자 스펙트럼을 묘사한다.
도 1은 UV/Cl2공정에서 동 제거시 표면 광분해의 효과를 도시하는 도면.
도 2는 저압염소기체하에 동을 환원시키는 UV 파장의 효과를 도시하는 도면.
도 3은 진공하의 동 환원시 UV 파장의 효과를 도시하는 도면.
도 4는 245nm 조도에서 금속 제거시 온도의 효과를 도시하는 도면.
도 5는 245nm 조도에서 염소압력의 효과를 도시하는 도면.
도 6은 금속 제거시 염소처리-배기-조사 사이클을 반복하는 효과를 도시하는 도면.
도 7은 저압에서 UV 방사의 광대역 노출로 인해 50 mTorr로 유동 염소 시스템에서 금속의 매우 증가된 환원을 도시하는 도면.
도 8은 제거된 오염물이 철이라는 것을 제외하면 도 7과 유사한 조건하에서 얻은 스펙트럼.
도 9는 제거된 오염물이 니켈이라는 것을 제외하면 도 7과 유사한 조건하에서 얻은 스펙트럼.
본 발명의 주요한 목적은 밑에 놓여있는 기판에 최소 에칭을 하고 처리장치에 최소 피복(wear)을 한 기판표면으로부터 금속오염물을 제거하기 위한 공정을 제공하는데 있다. 본 발명은 휘발성 금속염화물의 생성을 용이하게 하기 위하여 다양한 형태의 UV 방사를 이용한다.
본 발명의 일 양상에 있어서, 금속염화물을 형성하기 위하여 기판과 반응하도록 염소처리기체가 허용된다. 다음에 염소처리기체는 제거되고 기판 상의 금속염화물을 UV 방사에 노출시켜 이 금속염화물을 좀더 휘발성의 금속염화물로 환원시킨다.
본 발명의 또 다른 양상에 있어서, 기판은 염소기체에 노출되고 이와 동시에 염소기체의 감지할 수 있는 해리를 일으키지 않는 UV 방사를 받게 된다. 염소기체를 충분히 낮은 압력으로 유지함으로써, 휘발성 금속염화물의 생성이 비휘발성 산화 금속염화물의 생성 보다 유리할 것이다.
본 발명의 또 다른 양상에 있어서, 세정챔버에 기판이 위치하며, 기판이 소정의 온도로 유지되고, 염소 기체 및 UV 방사에 노출되고, 염소기체의 부분압이 1 Torr 이하로 유지되고 기판온도가 약 200℃ 이하로 유지된다.
본 발명의 또 다른 양상에 있어서, 세정챔버에 기판이 위치하며, 챔버내 기판이 소정의 온도로 유지되고, 주위압력 이하의 압력으로 공급된 염소기체 및 자외선 방사에 노출되고, 10Å RMS 보다 큰 실리콘 표면조도를 생성하지 않는 실질적인 금속제거를 실행하기 위하여 염소기체 부분압, 온도, 자외선 대역폭, 및/또는 염소함유기체 및 자외선 방사에 대한 기판의 노출 시퀀스 등의 공정 파라미터를 선택한다.
본 발명의 중요한 특징은 금속이 저산화 상태 금속염화물의 형태일 때 금속 휘발이 용이하고, 반면에 바람직하지 않은 기판조면처리 특히, 실리콘 조면처리를 높은 염소 라디칼 플럭스로 하는 것이 유리하다는 것을 인식하는데 있다. 총 이용가능한 염소를 낮추고, 총 이용가능한 염소 라디칼 플럭스를 낮추고, 및/또는 지나치게 산화된 금속을 환원시킴으로써, 선행기술의 UV/Cl2금속제거에서 발견된 것 보다 낮은 온도, 낮은 압력, 및 낮은 기판손상의 특징에서 좀더 효과적인 금속제거를 수행할 수 있다.
광대역 스펙트럼 UV는 염소를 라디칼로 해리하는 것이 유리한 파장과 금속염화물의 환원이 유리한 파장을 포함한다. 이는 본 발명에 이용된 금속제거에 대한 몇몇 접근에 대해 기초를 제공한다. 제1접근에서, 금속은 염소처리되고, UV 방사의 사용은 염소기체의 감지가능한 해리를 일으키지 않는 좀더 휘발성인 금속염화물에 대해 비휘발성 금속염화물의 환원을 용이하게 하는 파장에 제한된다. 제2접근에서, 금속은 염소처리되고, 광대역 UV 방사는 금속염화물의 환원을 용이하게 하는데 사용되고, 염소 라디칼의 생성은 조사하기 전에 염소기체를 배기함으로써 제거된다. 이들 두 접근법은 공통의 목표를 달성한다; 금속염화물의 환원을 용이하게 하는 동안 라디칼 형성을 환원시킨다. 또한, 제3접근이 이루어질 수도 있다: 금속을 염소기체의 낮은 부분압으로 염소기체에 노출시키고 이와 동시에 금속을 광대역 UV 방사로 조사한다. 이 접근에서, 염소 라디칼의 형성과 금속염화물의 재산화는 금속염화물의 환원 및 환원된 종(species)의 휘발에 의해 균형을 이룬다.
좀더 일반적으로, 본 발명의 일부 실시예에서 염소기체 이외의 다른 염소처리기체를 사용할 수도 있다. 여기 또는 광해리 스펙트럼이 휘발성 금속염화물에 대한 비휘발성 금속염화물의 환원을 강화시키는 주파수로 감지가능하게 오버랩하지 않는 염소처리기체는 본 발명의 적어도 일부 실시예에서 작용할 것이고, 금속의 염소처리 및 조사가 일시적으로 분리되는 공정에서, 제거될 금속의 염소처리에 영향을 미칠 수 있는 어떠한 기체라도 유용할 수 있다고 기대된다.
본 발명의 일 실시예에서, 고순도 염소처리기체가 챔버내로 도입되고, 자외선 방사가 없는 경우에 기판과 반응하여 기판표면 상에 금속염화물을 형성시킨다. 바람직하게는 염소기체가 이용된다. 그러나, 예를 들어 HCl 같이 금속을 염소처리할 수 있는 어떠한 다른 기체라도 사용될 수 있다. 다음에 염소처리기체는 챔버에서 제거된다. 이후, 기판표면을 향해 UV 방사를 하고, 그럼으로써 휘발성 금속염화물 종을 생성한다. 필터링되지 않은 광대역 UV 방사를 사용할 수도 있다. 바람직하게, UV 방사는 금속염화물이 좀더 휘발성인 금속염화물까지 환원되는 적어도 하나 이상의 파장을 포함한다. 염소처리, 배기 및 조사의 사이클은 소망하는 동의 양이 기판표면으로부터 제거될 때까지 반복될 수도 있다. 세정 사이클의 반복수는 압력과 같은 작용파라미터 이외에 제거될 불순물 양 및 소망하는 청정도 레벨에 의존한다. 선택적으로, 금속을 염소처리하는 동안 기판을 향해 자외선방사를 할 수도 있다.
염소기체가 챔버로부터 배기되는 것이 이 실시예의 중요한 특징일지라도, 조사단계 동안 비활성기체가 세정챔버내에 존재할 수도 있다. 염소기체가 제거된 후 조사하는 동안 세정챔버내 총 기체압력은 1 기압 이하인 것이 바람직하고, 약 100 Torr 이하인 것이 좀더 바람직하다. 그러나, 높은 비활성기체가 휩쓰는 일부 경우에, 심지어 1 기압 이상의 압력에서 조사하는 동안 형성된 휘발성 금속염화물 종을 효과적으로 제거할 수도 있다.
동의 경우, 약 1의 산화상태를 갖는 좀더 휘발성인 금속염화물(CuCl)에 대해 약 2의 산화상태를 갖는 금속염화물(CuCl2)의 환원을 용이하게 하도록 235nm 내지 255nm 파장범위의 UV 방사가 바람직하게 이용된다. 그럼에도 불구하고, 다른 금속염화물에 대해 다른 파장을 선택할 수도 있다. 자외선 방사의 파장은 초기에 형성된 금속염화물이 좀더 휘발성인 금속염화물까지 환원되는 적어도 하나 이상의 파장을 포함해야 한다.
본 발명의 이 실시예에서는 기판을 25℃ 내지 200℃ 온도범위로 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 휘발성 금속염화물의 생성을 용이하게 하도록 염소기체의 감지가능한 해리를 일으키지 않는 자외선 방사가 존재하는 경우, 세정챔버내에 기판을 위치시키고 주위압력 이하의 압력으로 공급된 염소기체에 기판을 노출시킴으로써 기판표면으로부터 금속을 제거한다. 좀더 휘발성인 금속염화물까지 환원된 UV 방사가 존재하는 경우, 기판표면 상에 금속염화물을 형성하기 위하여 염소기체는 금속과 반응한다. 염소기체압력은 약 1 Torr 이하인 것이 바람직하고, 약 500 mTorr 이하인 것이 좀더 바람직하고, 약 100 mTorr 이하인 것이 가장 바람직하다. 세정챔버내 총 압력은 1 기압 이하인 것이 바람직하고, 약 100 Torr 이하인 것이 좀더 바람직하고, 약 1 Torr 이하인 것이 가장 바람직하다. 기판은 25℃와 300℃ 사이의 온도로 유지되는 것이 적절하고, 약 150℃ 이하인 것이 좀더 바람직하고, 75℃와 125℃ 사이인 것이 가장 바람직하다. 기판표면에서 금속을 제거하고 기판손상을 최소화하기 위하여, 대역폭에 따른 방사 주파수와 방사의 영향 및 염소기체의 압력을 선택한다.
UV 방사는 260nm와 450nm 사이의 파장을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 좀더 바람직하게는, UV 방사는 235nm와 255nm 사이의 적어도 하나 이상의 파장의 실질적인 영향을 포함할 수도 있다. 금속이 동인 경우, 분명히 염소해리로 인해, 염소기체는 기판표면 상의 금속과 반응하여 약 2의 산화수로 특징지워진 염화구리를 형성하고, 이는 260-450nm 파장영역의 광으로 염소기체를 조사함으로써 용이해진다는 것은 명백하다. 그러나, Cu(Ⅱ)는 235-255nm 범위의 자외선 방사로 조사함에 따라 Cu(Ⅰ)로 효과적으로 환원되고, CuCl는 CuCl2보다 실질적으로 훨씬 휘발성이다.
이 실시예에서, 염소의 부분압을 매우 낮게 유지하여 염소해리의 효과를 최소화할 수 있고, 총 챔버압력을 최소화하여 환원된 염화물 종의 제거를 용이하게 할 수 있으므로, 금속환원에 대해 염소해리를 유리하게 하는 파장으로의 UV 스펙트럼의 일부 오버랩을 받아들일 수 있다. 따라서, 일부 오버랩의 경우, 기판표면 상에 형성된 약 1의 산화수로 특징지워진 적어도 금속염화물의 일부가 약 2의 산화수로 특징지워진 금속염화물로 거꾸로 전환될 수 있기 전에 휘발되는 것을 확실히 하기 위해, 염소기체 부분압과 총 챔버압력은 충분히 낮은 압력으로 제어되어야만 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 약 200℃ 이하의 소정 온도에서 기판이 유지되는 세정챔버에 기판을 위치시키고, 1 Torr 이하의 부분압으로 공급된 염소기체 및 자외선 방사에 기판을 노출시킴으로써 기판표면으로부터 금속을 제거한다. 염소기체압력은 약 500 mTorr 이하인 것이 바람직하고, 약 100 mTorr 이하인 것이 좀더 바람직하다. 기판온도는 75℃와 125℃ 사이인 것이 바람직하다.
전술한 공정은 단독으로 또는 결합하여 제어가능하게 낮은 표면손상을 제공한다. 따라서, 또 다른 실시예에서, 염소기체 부분압, 기판온도, 자외선 대역폭, 및/또는 염소함유기체 및 자외선 방사에 대한 기판의 노출 시퀀스 등의 공정 파라미터를 선택하여 10Å RMS 보다 큰 실리콘 표면조도를 생성하지 않는 실질적인 금속제거를 실행하는 공정에서, 염소기체 및 UV 조사에 기판을 노출시킴으로써 실리콘 기판표면으로부터 금속을 제거한다. 표면조도는 5Å RMS 보다 크지 않게 제어되는 것이 좀더 바람직하고, 2Å RMS 보다 크지 않은 것이 가장 바람직하다. 바람직하게, 전술한 공정파라미터를 추가로 선택하여 단지 SiClx의 약 일 단분자층에 의해 특징지워지는 표면을 제공한다.
이 실시예에서, 기판온도는 25℃와 150℃ 사이에서 유지되는 것이 바람직하다. 염소기체는 1 Torr 이하의 부분압으로 공급되고, 약 100 mTorr 이하인 것이 좀더 바람직하다.
또 다른 실시예에서, 전술한 금속제거공정은 기판 상에 얇은 금속코팅으로 패턴을 에칭하는데 이용될 수도 있다. 마스크가 적용된 기판과 반응하도록 챔버내에 고순도 염소기체를 도입할 수도 있다. 기판표면 상에 놓여 있는 마스크를 향해 바람직하게 235nm 내지 255nm 파장의 자외선 방사를 한다. 그럼으로써, 기판의 노출영역으로부터 금속을 제거한다. 선택적으로, 기판표면 상의 금속에 패턴을 에칭하는 상기 금속제거공정과 연합하여 자외선 방사의 공간적으로 집중된 소스(source)를 사용할 수도 있다.
특정 메카니즘에 구속되지 않고, 동의 경우, UV 조사가 없거나 염소해리를 유리하게 하는 조사가 존재할 때, 염소 또는 다른 염소처리기체의 도입으로 기판 상에 비휘발성 CuCl2이 형성된다. UV로 유도된 금속염화물의 환원 동안 존재하는 임의의 염소기체 압력이 너무 높다면, 조사 동안 형성된 환원된 금속염화물은 CuCl2로 재산화할 것이다. 또한, 염소기체가 염소의 해리를 일으키는 주파수의 UV 방사에 노출되면, CuCl2의 형성이 유리할 것이다. 이 시스템이 라디칼 형성을 촉진하지 않는 주파수로 조사되거나, 염소압력이 라디칼 생성이 없어질 정도로 충분히 낮게 유지되면, 광-보조 환원이 우세하고, 그럼으로써 금속제거를 하게 된다. 형성된 특정 종이 세정되는 금속에 의존할지라도, 일반적인 메카니즘은 광량자로 유도된 염소 라디칼의 바람직하지 않은 생성 및 높은 염소기체 부분압에서 유리한 CuCl2의 생성 모두와 휘발성 금속염화물 종의 광량자 보조 생성을 균형맞추는 것을 포함할 것으로 기대된다.
본 발명의 모든 실시예에서, 25℃ 내지 200℃의 온도범위에서 세정공정을 수행할 수도 있다.
여기에서는 주로 실리콘 웨이퍼 기판과 관련하여 기술했을지라도, 본 발명에 다른 기판을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 실리콘, 실리콘 이산화물의 노출된 표면박막을 제공하는 임의의 물질, 또는 SiGe 또는 갈륨 비소화물과 같은 다른 반도체 물질로 이루어진 기판을 사용할 수도 있다. 이러한 기판은 반도체 웨이퍼, 평평한 패널 또는 여기에 기술된 유형의 금속제거작용을 요하는 임의의 다른 구조일 수도 있다.
반도체 제조시 금속이 문제가 되므로, 본 발명은 특히 동 제거에 유리하다. 그러나, 본 발명은 철, 알루미늄, 니켈 및 크롬과 같은 다른 일반적인 문제의 금속를 제거하는데 적용될 수도 있다. 본 발명을 적용할 수도 있는 다른 금속은 아연, 탄탈, 텅스텐, 망간, 마그네슘, 티타늄, 니오븀, 칼슘, 바나듐, 코발트 및 나트륨을 포함한다.
다음의 비제한적인 실예를 참조하여 본 발명을 예증한다.
실예
아래의 실예 1-7에 대해, 스퍼터 디포지션을 통해 실리콘 웨이퍼의 표면 상에 동을 디포지션했다. 다음에 처리용 UV 세정챔버내에 웨이퍼를 위치시켰다. 실예 6 및 7을 제외하고, 각각 245nm 및 367nm 파장으로 약 1.5 mWatt/㎠ 및 3 mWatt/㎠를 제공하는 UV 조도 시스템 및 단색광기를 이 실험에 사용하였다. 실예 6 및 7에서, 1 킬로와트 고압 수은 크세논 램프를 사용하였다. 이 램프는 약 1 Watt/㎠의 출력을 제공하였다. 다음 처리에서, X-선 광전자 분광법(XPS)을 통해 샘플을 분석했다. 931.9 eV에서 생기는 광방출라인에 의해 금속 동이 특징지워진다. 주 금속 동 라인의 위치를 나타내는 기준라인이 모든 도면에 포함된다. 높은 커버리지(coverage)의 높은 결합 에너지로 시프트하는 주 피크치에 대한 경향이 있을지라도, 보통 932.6 eV에서 생기는 광방출라인에 의해 CuCl2가 특징지워진다. 도면의 기준선의 우측에 대해 약간 누워있는 주 CuCl2선은 용이하게 확인가능하다. 또한, 특징적인 "동요" 부수체의 존재가 특징이다. 결국, CuCl은 930.4 eV 만큼 낮게 관찰될지라도 명목상 931.2 eV에서 생기는 광방출라인에 의해 특징지워진다. 도면의 기준선의 좌측에 대해 약간 누워있는 주 CuCl선은 용이하게 확인가능하다.
실예 1
도 1에, 염소기체가 있을 때와 없을 때의 CuCl2에 대한 245nm 조사의 효과가 도시된다. 단분자층(ml)의 약 0.05의 초기 동 커버리지는 상부 스펙트럼에 도시된 바와 같이 245nm 조도하에 30분간 5 Torr의 염소에 노출된다. 염소기체 유동률은 50 sccm 이었다. 희석기체를 사용하지 않았다. 표면으로부터 동이 거의 제거되지 않고, 또한 표면에 남아있는 모든 동은 중간의 스펙트럼에 도시된 CuCl2만큼 존재한다. 그러나, 염소기체가 배기되고 기판이 245nm 조도에 노출될 때, XPS의 검출 한계에 대해 표면으로부터 동이 제거된다. 따라서, 염소기체가 존재하지 않는 경우, 245nm의 자외선 조사는 금속염화물을 좀더 휘발성인 형태로 감소시킨다. 염소기체가 존재하는 경우, 금속염화물의 CuCl로의 환원은 염소기체에 의한 CuCl의 산화와 경쟁한다. 5 Torr의 총 압력에서 CuCl2의 생성이 유리하다.
실예 2
도 2에, 20 mTorr 염소 및 65℃에서의 UV 조도의 효과가 예시된다. 이 실예에서 모든 세 샘플은 최상부의 스펙트럼으로 표시된 바와 같은 금속 동의 초기 레벨(∼0.1ml)이 특징이었다. 샘플 1(위로부터 두번째 스펙트럼)은 60분간 어둠속에서 유지되었고, 이 샘플 상의 모든 동은 CuCl2로써 존재한다. 샘플 2(위로부터 세번째 스펙트럼)는 60분간 367nm UV에 노출되었고, 이 샘플상의 대부분의 동은 CuCl2로써 존재한다. 샘플 3(하부 스펙트럼)은 60분간 245nm UV에 노출되었고, 이 샘플상의 모든 동은 CuCl로써 존재한다. 모든 세 실예에서, 염소기체 부분압은 20 mTorr 이었고, 질소기체로부터 나오는 부가압력을 갖는 총 압력이 750 mTorr 이었다. 총 유동률은 200 sccm 이었다. 기판온도를 65℃로 유지했다. 367nm에서, CuCl2의 CuCl로의 환원은 염소원자의 기체상 생성에 기인한 염소처리에 의해 오프셋된다. 245nm에서, 염소의 유효한 해리가 발생하지 않는 경우, CuCl2의 좀더 휘발성인 CuCl로의 환원이 발생한다.
실예 3
도 3에, 미리 염소처리된 샘플에 대한 UV 조도의 효과가 367nm 및 245nm로 도시된다. 도 3에 도시된 실험에서, 최상부 스펙트럼에 도시된 바와 같은 0.1ml의 금속 동의 초기레벨이 특징인 두 샘플을 어둠속에서 프리-염소처리했고, 다음에 1×10-7Torr의 압력에서 진공하에 조사했다. 염소처리후 CuCl2의 레벨이 두번째 스펙트럼에 도시된다. 샘플 1은 367nm의 광으로 조사했고, 반면 샘플 2는 245nm의 광으로 조사했다. 샘플 1 및 2는 동 제거를 나타낸다. 샘플 1의 표면 상에 남아있는 동은 CuCl의 형태이다. 샘플 2에 대한 XPS 검출한계에 가까이 동이 제거된다. 진공하에 367nm로 기판을 조사하는 것이 동 금속을 제거할지라도, 245nm로 기판을 조사하는 것 만큼 효과적으로 동 금속을 제거하지는 않는다.
실예 4
도 4는 245nm 조도하의 금속제거에 대한 온도의 효과를 예증한다. 세 샘플이 도면에 표시된다. 모든 세 샘플은 최상부의 스펙트럼에 도시된 바와 같은 0.1ml의 초기 커버리지 레벨이 특징이었다. 모든 세 샘플은 60분간 20 mTorr의 염소압력에서 245nm로 조사되었다. 실예 2에서처럼, 희석 질소기체로부터 나오는 부가압력을 갖는 총 압력이 750 mTorr 이었다. 총 유동률은 200 sccm 이었다. 샘플 1을 105℃로 유지하고, 거의 XPS 검출한계에 대한 동제거를 나타내었다. 샘플 2를 60℃로 유지했다. 샘플 2에 남아있는 모든 동은 CuCl의 형태이고, 동의 초기 레벨의 거의 절반이 제거되었다. 샘플 3을 25℃로 유지했다. 샘플 3은 CuCl2및 CuCl의 혼합 조성을 나타내고, 동의 초기 레벨에서의 환원을 거의 나타내지 않는다.
실예 5
도 5는 245nm 조도하의 염소압력의 효과를 예증한다. 다시 한번 세 샘플이 표시된다. 모든 세 샘플은 최상부의 스펙트럼에 도시된 바와 같은 0.1ml의 초기 커버리지 레벨이 특징이었다. 모든 세 샘플은 60분간 75℃로 245nm 광으로 조사되었다. 180 mTorr에서 20 mTorr로 압력이 감소함에 따라 동제거 능률에서 뚜렷한 증가를 보인다. 질소기체는 희석제로써 존재했다. 총 압력은 약 1 Torr이고, 반면 기체의 유동률은 약 200 sccm 이었다.
이하의 실예에서, 단색광기를 조도 시스템에서 제거하였다. 따라서, 샘플을 전 대역폭 및 UV 램프의 영향에 노출시킨다. 따라서, 샘플은 도 1-5에 예시된 실험에서 보다 훨씬 높은 광량자 플럭스를 수용한다.
실예 6
도 6은 염소처리, 배기 및 조사의 후속 사이클에 따라 동제거를 논증한다. 이 공정에서, 약 0.05 단분자층의 Cu 디포지션을 가진 샘플을 어둠속에서 1분간 염소기체에 노출시킨다. 염소기체의 압력은 약 5 Torr 이었다. 다음으로 챔버를 배기하고, 샘플을 40℃에서 30초간 1×10-7Torr의 압력으로 진공하에 UV 조도에 노출시켰다. 도 6은 각각의 세 UV 노출 사이클에 대한 포스트(post) 공정 스펙트럼 뿐만 아니라 금속 및 염소처리된 동의 초기 레벨을 도시한다. 또 다시, 염소처리된 스펙트럼 중 단지 하나만 도시되었을지라도, 각 UV 사이클 전에 샘플을 염소에 노출시켰다. 풀(full) 램프 영향으로부터의 훨씬 강하고 광대역인 방사로 인해, UV 조사는 30초 이하에서 염화구리를 금속 동으로 완전히 환원시킬 수 있다. 사실, 환원공정의 효율은 XPS 검출한계에 대해 동을 제거하기 위하여 염소처리/UV 노출 사이클을 3번 반복해야 할 정도이다. UV 환원 역학은 CuCl 처럼 표면으로부터 동을 제거할 수 있기 전에 동을 완전히 Cu(0)로 환원하는 것이다.
실예 7
이 공정에서, 약 0.05 단분자층의 Cu 디포지션을 가진 샘플을 75℃에서 60초간 50 mTorr 압력의 유동 염소기체로 UV 조사에 노출시킨다. 질소 희석제로부터 생기는 부가압력을 갖는 총 압력이 1 Torr 이었다. 염소 및 질소기체의 총 유동률은 약 200 sccm 이었다. 이 공정후에 검출한계 가까이 동을 제거하였다. 도 7은 풀 램프 영향으로부터의 훨씬 강하고 광대역인 방사에 대한 노출로 인해, 매우 증가된 환원율을 예증한다.
실예 8
사용된 실리콘 웨이퍼 기판에 동 대신 철의 양(약 0.1 단분자층)을 디포지션했다는 것을 제외하고 실예 7의 공정을 반복했고, 60℃에서 긴 시간 동안 이 공정을 실행했다. 도 8의 스펙트럼을 695-735 eV의 영역에서 취했다. 1분 및 3분의 공정시간 후에 얻은 스펙트럼은 철 디포지션의 점진적인 제거를 논증하는 것이다.
실예 9
실리콘 웨이퍼 기판에 동 대신 니켈의 양(약 0.1 이하의 단분자층)을 디포지션했다는 것을 제외하고 실예 7의 공정을 반복했고, 70℃에서 긴 시간 동안 이 공정을 실행했다. 도 9의 스펙트럼을 840-890 eV의 영역에서 취했다. 2분 및 6분의 공정시간 후에 얻은 스펙트럼은 니켈 디포지션의 점진적인 제거를 논증하는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따라 기판에 다양한 형태의 UV 방사를 하여 휘발성 금속염화물을 쉽게 생성할 수 있다.

Claims (42)

  1. 기판표면 처리방법에 있어서,
    세정챔버내에 기판을 위치시키고 기판표면으로부터 금속을 제거하기 위해 기판표면을 처리하고,
    ⅰ) 세정챔버속에 염소처리기체를 공급하는 단계;
    ⅱ) 염소처리기체를 기판표면과 반응시키는 단계;
    ⅲ) 세정챔버에서 염소처리기체를 제거하는 단계; 그리고 이어서
    ⅳ) 금속제거를 수행하기 위해 염소처리기체가 없을 경우에 자외선 방사로 기판을 조사하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 기판표면 처리방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    자외선 방사가 없을 경우에 상기 염소처리기체가 기판표면과 반응하도록 허용되는 것을 특징으로 하는 기판표면 처리방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정챔버는 단계 ⅳ)에서의 압력이 약 1기압 이하인 것을 특징으로 하는 기판표면 처리방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    소망하는 금속량을 제거할 때까지 단계 i)-ⅳ)를 반복하는 것을 특징으로 하는 기판표면 처리방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속은 동, 철, 알루미늄, 니켈, 크롬, 아연, 탄탈, 텅스텐, 망간, 마그네슘, 티타늄, 니오븀, 칼슘, 바나듐, 코발트 및 나트륨으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기판표면 처리방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속은 동, 철, 알루미늄, 니켈 및 크롬으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 기판표면 처리방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 염소처리기체는 기판표면 상의 금속과 반응하여 금속염화물을 형성하고, 상기 자외선방사는 금속염화물이 좀더 휘발성인 금속염화물로 환원되는 적어도 하나 이상의 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판표면 처리방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속은 동이고, 자외선방사로 조사하자마자 상기 염소처리기체는 기판표면 상의 금속과 반응하여, 약 2의 산화수로 특징지워진 금속염화물이 약 1의 산화수로 특징지워진 금속염화물로 환원되는 금속염화물을 형성하는 것을 특징으로 하는 기판표면 처리방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선방사는 기판표면 상의 금속에 패턴을 에칭하도록 이용되는 것을 특징으로 하는 기판표면 처리방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 25℃ 내지 200℃의 온도범위에서 유지되는 것을 특징으로 하는 기판표면 처리방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 염소처리기체는 염소기체인 것을 특징으로 하는 기판표면 처리방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 i) 및 ii)는 기판 또는 염소처리기체에 자외선으로 조사하지 않고 수행되는 것을 특징으로 하는 기판표면 처리방법.
  13. 세정챔버내에 기판을 위치시키고,
    염소기체상에 의해 강하게 흡수되지 않고 그럼으로써 염소원자를 형성하는 염소기체의 실질적인 광분해를 일으키지 않는 자외선 방사가 존재하는 경우, 주위압력 이하의 압력으로 공급된 염소기체에 기판을 노출시킴으로써 기판표면으로부터 금속을 제거하는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 자외선 방사는 260nm 내지 450nm 범위의 파장이 제거되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 자외선 방사는 235nm 내지 255nm 범위의 적어도 일 파장 이상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 자외선 방사는 플루언스(fluence)가 특징이고, 상기 자외선 방사의 주파수는 대역폭이 특징이고, 상기 염소기체의 주파수, 플루언스, 대역폭 및 압력은 기판손상을 최소화하는 기판표면으로부터 금속을 제거하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 세정챔버내 압력은 1 Torr 이하이고, 상기 기판은 약 150℃ 이하의 온도를 특징으로 하는 금속제거방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 금속은 동, 철, 알루미늄, 니켈, 크롬, 아연, 탄탈, 텅스텐, 망간, 마그네슘, 티타늄, 니오븀, 칼슘, 바나듐, 코발트 및 나트륨으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    상기 금속은 동, 철, 알루미늄, 니켈 및 크롬으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  20. 제 13 항에 있어서,
    상기 자외선방사는 기판표면 상의 금속에 패턴을 에칭하도록 이용되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 금속 및 염소기체는 반응하여 기판표면 상에 금속염화물을 형성하고, 상기 자외선 방사는 높은 휘발성의 금속염화물로 금속염화물이 환원되는 파장을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  22. 제 13 항에 있어서,
    자외선방사로 조사하자마자 상기 염소기체는 기판표면 상의 금속과 반응하여, 약 2의 산화수로 특징지워진 금속염화물이 약 1의 산화수로 특징지워진 금속염화물로 환원되는 금속염화물을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    기판표면 상에 형성된 약 1의 산화수로 특징지워진 적어도 금속염화물의 일부가 약 2의 산화수로 특징지워진 금속염화물로 거꾸로 전환될 수 있기 전에 휘발되는 것을 확실히 하기 위해, 상기 염소기체는 충분히 낮은 압력으로 유지되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  24. 제 13 항에 있어서,
    상기 기판은 25℃ 내지 300℃의 온도범위에서 유지되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 기판은 75℃ 내지 125℃의 온도범위에서 유지되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  26. 제 23 항에 있어서,
    상기 염소의 부분압은 약 100 mTorr 이하인 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  27. 소정의 온도로 유지된 세정챔버내에 기판을 위치시키고, 기판을 염소기체 및 UV 방사에 노출시킴으로써 기판표면으로부터 금속을 제거하며,
    상기 염소기체의 부분압은 1 Torr 이하이고, 상기 기판은 약 200℃ 이하의 온도에서 유지되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 염소기체는 약 100 mTorr 이하의 부분압으로 공급되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 기판은 75℃와 125℃ 사이의 온도에서 유지되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 금속은 동, 철, 알루미늄, 니켈, 크롬, 아연, 탄탈, 텅스텐, 망간, 마그네슘, 티타늄, 니오븀, 칼슘, 바나듐, 코발트 및 나트륨으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  31. 제 27 항에 있어서,
    상기 금속은 동, 철, 알루미늄, 니켈 및 크롬으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  32. 세정챔버내에 기판을 위치시키고, 상기 기판은 소정의 온도로 유지되며,
    상기 기판을 주위압력 이하의 압력으로 공급된 염소기체 및 자외선 방사에 노출시킴으로써 실리콘 기판표면으로부터 금속을 제거하며,
    10Å RMS 보다 큰 실리콘 표면조도를 생성하지 않고 실질적으로 상기 금속을 제거하기 위하여,
    i) 염소기체 부분압;
    ⅱ) 기판온도;
    ⅲ) 자외선 대역폭; 및/또는
    ⅳ) 염소함유기체 및 자외선 방사에 대한 기판의 노출 시퀀스의 공정 파라미터를 선택하는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 표면조도는 5Å RMS 보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 표면조도는 2Å RMS 보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  35. 제 32 항에 있어서,
    단지 SiClx의 약 일 단분자층에 의해 특징지워지는 표면을 제공하기 위하여 상기 공정 파라미터를 추가로 선택하는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  36. 제 32 항에 있어서,
    상기 자외선 방사 및 염소기체에 대한 노출은 동시에 일어나고, 상기 자외선 대역폭은 염소기체의 감지가능한 해리를 일으키는 파장을 제외하는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  37. 제 32 항에 있어서,
    상기 염소기체는 1 Torr 이하의 부분압으로 공급되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  38. 제 32 항에 있어서,
    상기 염소기체는 약 100 mTorr 이하의 부분압으로 공급되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  39. 제 36 항에 있어서,
    상기 기판은 25℃ 내지 150℃의 온도범위에서 유지되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  40. 제 32 항에 있어서,
    상기 금속은 동, 철, 알루미늄, 니켈, 크롬, 아연, 탄탈, 텅스텐, 망간, 마그네슘, 티타늄, 니오븀, 칼슘, 바나듐, 코발트 및 나트륨으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  41. 제 32 항에 있어서,
    상기 금속은 동, 철, 알루미늄, 니켈 및 크롬으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
  42. 제 32 항에 있어서,
    상기 실리콘 기판표면은 염소기체에 노출되어 염소처리되고, 그후 염소기체가 제거되고, 다음으로 실리콘 기판이 자외선 방사에 노출되는 것을 특징으로 하는 금속제거방법.
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