KR20080058097A - 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LOCOS 공정을 적용하기 위해 패드 산화막 형성 전 세정 공정에서 발생하는 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법에 관한 것이다.

본 발명의 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법은 NH₄OH, H₂O₂, H₂O의 혼합세정액을 사용하여 세정을 수행하는 SC1 세정 단계; HQDR 및 OF 스텝을 수행하는 제1 린스 단계; 희석된 불산 용액을 사용하여 세정을 수행하는 HF 세정 단계; QDR 및 OF 스텝을 수행하는 제2 린스 단계; NH₄OH, H₂O₂, H₂O의 혼합세정액을 사용하여 세정을 수행하는 U 세정 단계; QDR, OF 및 FR 스텝을 수행하는 제3 린스 단계; 그리고 이소프로필 알코올에 의하여 증기 건조 스텝 및 스핀 드라이 스텝을 수행하는 IPA 건조 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법에 의하면 U 세정 공정 단계를 추가하여 구비함으로써 패드 산화막 형성 전 세정 공정에서 발생하는 줄무늬 디펙트를 제거하여 생산수율(yield)을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

LOCOS(Local oxidation of silicon), 전 세정(pre-cleaning), 줄무늬 디펙트

Description

줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법{Wafer cleaning method for removing stripe defect}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법의 공정순서도,

도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법을 실시하기 전·후에 있어서 줄무늬 디펙트 효과를 보여주는 그래프.

본 발명은 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LOCOS 공정을 적용하기 위해 패드 산화막 형성 전 세정(pre-cleaning) 공정에서 발생하는 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자 제조공정은 웨이퍼 상에 확산, 사진, 식각, 이온주입 및 증착 등 일련의 공정을 거쳐 완성된다. 이와 같은 공정으로 제조되는 반도체 소자는 패턴의 미세화와 고집적화가 되어감에 따라 공정 중에 발생하는 파티클(particle)이나 각종 오염물에 의한 미세오염으로 제품 수율이나 신뢰성에 상당히 영향을 받는다.

이에 반도체 소자를 제조하기 위한 공정 진행중에는 모든 웨이퍼는 항상 청결한 상태로 유지되어야 한다. 따라서 웨이퍼 세정기술은 반도체 소자 제조공정 중에서 가장 기본적인 기술이라 할 수 있으며, 세정공정은 반도체 소자 제조공정들 사이를 이어주는 필수 공정 중 하나이다.

현재 가장 신뢰성 있게 사용하는 세정방법은 습식세정(wet cleaning) 공정이며, 이 습식세정 공정을 구현하기 위한 장비로는 웨트 스테이션(wet station)이 있다.

이와 같은 웨트 스테이션은 웨트 스테이션에 로딩(Loading)된 웨이퍼를 소정 케미컬(Chemical) 공정을 수행한 후, 초 순수(de-ionized water) 샤워(Shower) 및 오버플로우(Over-flow)를 통해 웨이퍼를 세정하는 QDR(Quick dumped rinse; 이하 'QDR'이라 한다) 세정을 하며, 이후 웨이퍼 건조 전 최종적으로 웨이퍼를 세정하는 파이널 린스(Final rinse) 세정을 하고, 최종 세정된 웨이퍼를 스핀 드라이어(spin dryer)로 이송하여 웨이퍼를 건조시켜 세정을 완료한다. 이후, 스핀 드라이어에서 건조시킨 웨이퍼를 언로딩(Unloading)함으로써 세정공정을 완료한다.

그러나 LOCOS(Local oxidation of silicon) 공정을 적용하는 반도체 소자 또는 웨이퍼의 특성에 따라 패드 산화막(Pad Oxide) 형성을 위한 전 세정(Pre Cleaning) 후 웨이퍼 표면에 줄무늬 디펙트가 발생한다.

이러한 디펙트는 후속공정인 패드 산화막(Pad Oxide), 패드 질화막(Pad Nitride), 폴리실리콘(polysilicon) 공정에까지 영향을 미치게 되며, 더욱이 처음에는 작은 크기로 형성되었던 것이 박막 증착 공정을 여러 번 반복하면서 큰 크기의 디펙트로 성장하여 제품의 품질 저하의 원인이 되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, LOCOS 공정을 적용하기 위해 패드 산화막 형성 전 세정 공정에서 발생하는 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법은 NH₄OH, H₂O₂, H₂O의 혼합세정액을 사용하여 세정을 수행하는 SC1 세정 단계; HQDR 및 OF 스텝을 수행하는 제1 린스 단계; 희석된 불산 용액을 사용하여 세정을 수행하는 HF 세정 단계; QDR 및 OF 스텝을 수행하는 제2 린스 단계; NH₄OH, H₂O₂, H₂O의 혼합세정액을 사용하여 세정을 수행하는 U 세정 단계; QDR, OF 및 FR 스텝을 수행하는 제3 린스 단계; 그리고 이소프로필 알코올에 의하여 증기 건조 스텝 및 스핀 드라이 스텝을 수행하는 IPA 건조 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 U 세정 단계는 상기 혼합세정액의 혼합비가 NH₄OH:H₂O₂:H₂O = 0.2:1:10 인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 U 세정 단계는 75 ~ 85℃의 혼합세정액의 온도, 350 ~ 450초의 침지시간의 공정 조건으로 수행하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법의 공정순서도이다.

첨부된 도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법은 SC1 세정 단계, 제1 린스 단계, HF 세정 단계, 제2 린스 단계, U 세정 단계, 제3 린스 단계 그리고 IPA 건조 단계를 포함하여 이루어져 있다.

상기 SC1 세정 단계는 NH₄OH, H₂O₂, H₂O의 혼합세정액을 사용하여 세정을 수행하는 단계이다. 상기 혼합세정액은 일반적인 RCA 세정에서 사용되는 혼합비율과는 달리, NH₄OH:H₂O₂:H₂O = 0.2:1:10의 혼합비율로 사용하는 것이 바람직하며, 상기 혼합세정액의 온도는 상온 내지 80℃ 정도에서 사용하는 것이 바람직하다.

이 단계에서 과산화수소(H₂O₂)에 의한 산화반응과 암모니아수(NH₄OH)에 의한 에칭반응이 동시에 일어나게 되어 파티클 또는 유기물을 제거하게 되는 것이다.

상기 제1 린스 단계는 HQDR 및 OF 스텝을 수행하는 단계이다. 즉 상기 SC1 세정 단계를 수행한 웨이퍼를 고온(대략 70℃)의 초순수를 사용한 QDR(hot quick dumped rinse, 이하 'HQDR'라 한다) 스텝 및 초순수를 사용하여 오버 플로우(over flow, 이하 'OF'라 한다) 스텝을 수행하여 상기 혼합세정액을 제거하는 것이다.

상기 HF 세정 단계는 희석된 불산 용액을 사용하여 세정을 수행하는 단계이다. 즉 불산(HF):H₂O = 1:19 비율로 희석한 세정 용액을 사용하여 세정 공정 중 발생한 화학적 산화막 또는 자연 산화막과 금속 오염물을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.

상기 제2 린스 단계는 QDR 및 OF 스텝을 수행하는 단계이다. 즉 상기 HF 세정 단계를 수행한 웨이퍼를 상온(대략 25℃)의 초순수를 사용하여 QDR 스텝 및 초순수를 사용하여 OF 스텝을 수행하여 상기 세정 용액을 제거하는 것이다.

상기 U 세정 단계는 NH₄OH, H₂O₂, H₂O의 혼합세정액을 사용하여 세정을 수행하는 단계이다. 이 단계에서 사용되는 혼합세정액은 상기 SC1 세정 단계에서 사용하는 혼합세정액을 사용하여 추가로 세정을 진행하는 것이다.

상기 제3 린스 단계는 QDR, OF 및 FR 스텝을 수행하는 단계이다. 즉 상기 U 세정 단계를 수행한 웨이퍼를 상온의 초순수를 사용하여 QDR 스텝 및 OF 스텝을 수행하여 상기 혼합세정액을 제거하고나서 최종 린스(final rinse) 스텝을 수행하는 것이다.

상기 IPA 건조 단계는 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, 이하 'IPA'라 한다)에 의하여 증기 건조 스텝 및 스핀 드라이 스텝을 수행하는 단계이다. 즉 IPA를 대략 200℃ 정도 가열하여 발생한 IPA 증기(대략 80℃ 정도)를 이용하여 웨이퍼 표면의 물을 치환시킨 후 건조하는 증기 건조 스텝을 수행하고나서, 웨이퍼에 고속의 회전을 가하여 원심력에 의하여 웨이퍼를 건조시키는 스핀 건조(spin dry)를 수행하는 것이다.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법에서, 상기 U 세정 단계는 상기 혼합세정액의 혼합비가 NH₄OH:H₂O₂:H₂O = 0.2:1:10 인 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법에서, 상기 U 세정 단계는 75 ~ 85℃의 혼합세정액의 온도, 350 ~ 450초의 침지시간의 공정 조건으로 수행하는 것이 바람직하다.

즉, 전술한 바와 같은 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법에서 본 발명의 핵심부분인 U 세정 단계를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 U 세정 단계는 NH₄OH:H₂O₂:H₂O = 0.2:1:10의 혼합비율의 혼합세정액의 온도는 75 ~ 85℃ 정도에서 사용하여 350 ~ 450 초의 침지 시간으로 진행하는 것으로 이루어진다.

상기 U 세정 단계에 의하여 줄무늬 디펙트가 제거되는 원리는, 첫째로 식각 작용에 의하여 웨이퍼 표면으로부터 파티클이 떨어져 나가는 효과(lift-up)와 둘째로 알카리 용액에서 웨이퍼와 파티클의 제타 포텐셜(Zeta potential)이 음의 전위를 띠게 되어 전기적 척력(electrical repulsion)이 작용하기 때문이다.

도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법을 실시하기 전·후에 있어서 줄무늬 디펙트 효과를 보여주는 그래프이다.

첨부된 도 2에 도시한 바와 같이, U 세정 단계를 추가함으로써 LOCOS 공정을 적용하기 위해 패드 산화막 형성 전 세정 공정에서 발생하는 줄무늬 디펙트가 현저하게 감소하는 것을 관찰할 수 있다.

본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법에 의하면 U 세정 공정 단계를 추가하여 구비함으로써 LOCOS 공정을 적용하기 위해 패드 산화막 형성 전 세정 공정에서 발생하는 줄무늬 디펙트를 제거하여 생산수율(yield)을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. NH₄OH, H₂O₂, H₂O의 혼합세정액을 사용하여 세정을 수행하는 SC1 세정 단계; HQDR 및 OF 스텝을 수행하는 제1 린스 단계; 희석된 불산 용액을 사용하여 세정을 수행하는 HF 세정 단계; QDR 및 OF 스텝을 수행하는 제2 린스 단계; NH₄OH, H₂O₂, H₂O의 혼합세정액을 사용하여 세정을 수행하는 U 세정 단계; QDR, OF 및 FR 스텝을 수행하는 제3 린스 단계; 그리고 이소프로필 알코올에 의하여 증기 건조 스텝 및 스핀 드라이 스텝을 수행하는 IPA 건조 단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 U 세정 단계는 상기 혼합세정액의 혼합비가 NH₄OH:H₂O₂:H₂O = 0.2:1:10 인 것을 특징으로 하는 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 U 세정 단계는 75 ~ 85℃의 혼합세정액의 온도, 350 ~ 450초의 침지시간의 공정 조건으로 수행하는 것을 특징으로 하는 줄무늬 디펙트를 제거하기 위한 웨이퍼 세정방법.

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