KR20100105583A

KR20100105583A - 반도체 기판들의 ｈｆ 처리들에서 워터마크들의 감소

Info

Publication number: KR20100105583A
Application number: KR1020107012414A
Authority: KR
Inventors: 칼리드 라두안느
Original assignee: 에스.오.아이. 테크 실리콘 온 인슐레이터 테크놀로지스
Priority date: 2008-01-04
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2010-09-29
Also published as: WO2009086983A1; EP2227821A1; CN101965625A; JP5432180B2; JP2011508981A; WO2009086983A9; US8076219B2; EP2077576A1; US20100255659A1; CN101965625B

Abstract

본 발명은 반도체 기판들의 소수성의 표면들을 클리닝하고 준비하는 공정들에 관련되며,여기에서 상기 반도체 기판들은 에피택셜 성장을 위한 베이스 기판들로서 사용하기에 적합하다. 불산 (HF)를 포함한 수용액으로 상기 기판을 클리닝하는 배경에서, HF와 결합하여 3보다 작은 pKa를 가지는 강산이 사용될 수 있고 그리고/또는 메가소닉 웨이브들을 적용하는 동안에 린스하는 단계가 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 공정들은 소수성의 표면들이 감소된 수준의 워터마크들을 도시하면서 준비되는 것을 허용한다.

Description

반도체 기판들의 ＨＦ 처리들에서 워터마크들의 감소{Reduction of watermarks in HF treatments of semiconducting substrates}

반도체 기술의 특정한 분야에 제한되지 않지만, 본 발명은 특별히 소정의 헤테로 구조체를 구현하기 위하여 스마트 컷(Smart　Cut^®)기술을 사용하여 sSOI 형태(스트레인드 실리콘 온 절연체)의 구조체들을 생산하는 것에 관련이 있다.

스마트 컷 기술의 실시예들은 예를 들어, US 5 374 564 또는 A.J. Auberton-Herve et al. intitule "Why can Smart-Cut Change the Future of Microelectronics?", Int. Journal of High Speed Electronics and Systems, Vol.10, No.1, 2000, p.131-146에서 기술된다.

이러한 기술은 다음의 단계들을 포함한다:

a) 기판 내에 충분한 양으로 질소 또는 헬륨 이온들을 주입하기 위하여 질소 또는 헬륨의 이온들과 같은 가벼운 이온들로 도너 기판(예를 들어, 실리콘)의 일면을 충격하는 단계, 주입 영역은 마이크로 공동 또는 플레이트릿(platelet)들을 형성함으로써 취약 영역을 생성하며,

b) 수용 기판과 도너 기판의 이러한 면을 본딩하는 단계 및

c) 주입을 통하여 소정의 깊이로 생성된 취약 영역 및 이온 주입이 처리되는 표면 사이에 위치하는 기판의 일부분을 수용 기판으로 전이할 수 있는 주입 영역 근처에 도너 기판을 분열/파열시키는 단계. 실리콘-온-절연체(SOI) 구조체는 이렇게 구현될 수 있다.

스마트 컷 기술의 전형적인 적용에서, 이것은 SiGe (실리콘-게르마늄)의 버퍼층이 그 상에 그리고 SiGe의 이러한 완화된 층 상에 준비되는 실리콘의 지지 기판을 포함하는 도너 기판을 우선 준비하는 것을 포함할 수 있다. 버퍼층은 지지 기판과의 계면에서 매우 낮은 수준의 게르마늄을 가지며, 그리고 다른 계면에서, 상기 완화된 층 내에 게르마늄의 그것과 동일하거나 가까운 수준의 게르마늄을 가진다.

상기 완화된 SiGe 층 상에, 에피택시는 스트레인드 실리콘의 층을 형성하도록 사용될 수 있으며, 여기에서 실리콘은 Si-Ge 표면 상에 성장되며, 순수한 실리콘에서보다 더 넓게 배치된 원자들을 가지며, 더 높은 전하 캐리어 이동도 및 따라서 증가된 트랜지스터 동작 속도를 나타낸다.

세가지 언급된 (sSI/SiGe/Si)을 포함하는 층들의 조합은 스마트 컷 기술 내에서 도너 기판으로서 사용된다. 이것은 그 다음에 적합한 어셉터(acceptor) 기판으로 결합되며, 그리고 도너 기판의 원래의 실리콘 및 SiGe 층들은 수용 기판 상에 스트레인드 실리콘을 포함하는 웨이퍼의 준비에서 제거된다.

이러한 시스템에서, 완화된 층 내의 게르마늄 농도는 스트레인드 실리콘 층 내에서 필요로 하는 스트레인의 정도에 따라 변경될 수 있다.

에피택시에 의해 스트레인드 실리콘 층을 성장시키기 이전에, HF-라스트 절차에 의해 SiGe 표면의 클리닝이 통상적으로 사용된다. HF-라스트 공정은 표면을 소수성으로 만들고 산화물을 제거한다. HF-라스트의 적용이 통상적으로 수행되기 이전에 완화된 SiGe 층의 폴리싱이 수행된다. 스트레인드 실리콘 층은 일반적으로 다소 얇고, 200 Å의 오더로 두께를 가진다. 따라서 이러한 층의 질을 가능한 최대로 컨트롤할 수 있는 것이 중요하다. 최종적인 sSOI 기판을 준비하는 동안 SiGe 완화층을 제거한 이후에, 에피택시에 의해 성장된 스트레인드 실리콘과 원래의 SiGe 사이의 접촉 표면이 다시 노출될 수 있고, 만약 결함이 있다면, 이들은 최종적인 sSOI 제품 내에 노출될 수 있다.

sSOI 표면은 여기에서 수용 기판 상으로 전이한 후에 추가적인 에피택시("재에피택시(re-epitaxy)")의 문제일 수 있다는 것이 또한 유의될 수도 있으나, 이것은 원래 표면 결함들의 결과들을 소멸시키는 데 충분하지 않을 수 있다.

에피택시 이전의 SiGe 층의 HF-라스트 처리가 중요하다. 이러한 공정이 "워터마크들"로 알려진 표면 결함들을 일으킬 수 있다고 알려져 있다. 다양한 원인들이 워터마크들의 출현에 기여한다고 추측되고 있으며, 가령 린스하기 위해 사용되는 탈이온수 내에 용해된 산소의 존재, 또는 그들을 건조하는 동안 웨이퍼 영역 내에 존재하는 불산 증기 등이 있다. 이러한 요인들은 Namba et al., "Insights Into watermark Formation And Control", Solid State Phenomena, Vols. 103-104 (2005) pp. 83-86 이라는 논문에 설명되고 있다.

현재 HF-라스트 처리 이후에, 잔존하는 산소를 제거하기 위하여 H₂ 베이크를 사용하여 고온(약 800°C)에서 열처리를 수행하는 것이 알려져 있다. 그러나 이러한 처리는, 에너지 소비량을 어느 정도 필요로 하면서도, 워터마크들의 문제를 완전하게 해결하지는 못한다.

US 2007/0256705 는 HF 용액들 및 그 다음에 강한 산화제를 포함하는 용액들로 연속적인 처리들을 포함하는 반도체 표면의 습식 클리닝을 개시한다. HF의 존재 내에서 염산(HCl)의 사용은 표면의 거칠기를 감소시키거나 피팅이 형성되는 경향을 감소시키는 것으로 설명하고 있으며, 이는 귀금속의 존재 하에서의 실리콘 표면의 산화 때문이다. 예시적인 상대적인 농도들은 0.2% HF 및 1.0% HCl이다. 산화 처리들을 포함하는 기판 처리의 상태 동안, 예를 들어 오존을 포함하는 용액으로 처리하는 동안, 메가소닉 웨이브들의 사용이 US 2007/0256705에 의해 개시된다.

US 5 932 022 는 친수성 산화 표면 층으로 실리콘 웨이퍼를 제조하기 위한 다단계 공정에 관한 것이다. 다단계 공정은, 린스하고 건조하는 층들과 별도로, 산화용액(NH₄O : H₂O₂: H₂O)을 제1 적용하는 단계를 포함하고, 그 다음에 불산(HF) 및 염산(HCl)을 포함하는 수용액을 적용하는 단계, 그 다음에 산화용액(H₂O₂ 및 HCl을 모두 포함하는)을 최종적으로 적용하는 단계를 포함한다. HF 및 HCl으로 처리하는 것은 따라서 친수성의 산화물-포함한 최종적인 표면을 형성하기 이전에 중간의 소수성의 표면을 제조한다. US 5 932 022은 가용성의 금속 착물(complex)들의 형성을 통하여 표면으로부터 금속들을 HCl이 제거할 수 있다는 것을 개시한다. 제1 산화용액(NH4O : H2O2: H2O)으로 표면을 처리하는 동안 메가소닉 웨이브들의 사용이 US 5 932 022 내에 예시된다.

US 5 051 134 은 불산을 포함하는 수용액들에 의해 처리하는 동안 실리콘 웨이퍼들과 같은 반도체 표면들의 입자 오염을 감소시키기 위하여 사이클로덱스트린들의 사용을 개시한다.

반도체 표면들을 클리닝하기 위한 많은 종래의 클리닝 공정들이 따라서 알려지고 있으나, 앞에서 언급된 문헌들은 워터마크들의 특정한 문제들을 언급하고 있지 않으며, 최종적인 구조체로서, 특히 추가적인 에피택셜 성장을 위한, 소수성의 표면들을 제공하는 단계와 관련되지 않으며, 기술적인 효과를 구현하기 위하여 클리닝 조성물 내에서 필수적인 구성성분을 필요로 한다. 메가소닉 웨이브들은 어떠한 클리닝 공정들 내에서 앞에서 언급된 문헌들에서 개시되었지만, 친수성의 표면들을 발생하게 하는 산화 처리 단계에 반하여 소수성의 표면들을 발생하게 하는 HF-계 처리 단계들의 구성에서 워터마크들에 관련되지 않는다.

본 발명은 에피택시 이전의 표면의 질을 개선시킬 수 있는 방식으로 불산을 사용하여 클리닝하는 개선된 공정을 제안하며, 특히 "워터마크들"로 알려진 결함들의 발생을 최소화할 수 있는 공정을 제안한다.

마이크로 전자공학, 마이크로 역학, 집적 광학 및 집적 전자공학의 분야에서, 에피택시에 의해 위로 덮는 층을 준비하기 이전에 실리콘 및 실리콘-게르마늄과 같은 반도체의 기판의 표면들을 클리닝하고 준비하는 것이 필요하게 되었다.

에피택시 이전에 클리닝 단계에서, 불산의 사용은 "HF-라스트(HF-last)"라고 불리는 처리 공정에서 알려져 있다. 불산은 실리콘 및 실리콘-게르마늄과 같은 기판들로부터 표면 산화물을 제거하고 상기 표면을 소수성으로 형성하게 한다. 대조적으로, 실리콘 및 실리콘-게르마늄의 어떠한 클리닝 공정들에서의 단계들은 과산화수소 또는 오존과 같은 산화제들의 적용을 포함하며 그리고 표면 산화물의 양을 증가시켜 더욱 친수성의 표면을 생성하게 한다.

본 발명은 에피택시 이전의 표면의 질을 개선시킬 수 있는 방식으로 불산을 사용하여 클리닝하는 개선된 공정을 제안하며, 특히 "워터마크들"로 알려진 결함들의 발생을 최소화할 수 있는 공정을 제안한다. 후자는 클리닝되는 반도체 웨이퍼 표면의 중앙을(또는 이러한 기하학적 중앙에서 근접한 위치를) 그 원점으로(비록 직접적으로 보여지지 않더라도) 가지는 일직선 상으로 배열된 일련의 표면 결함들(용액-표면 용해 및/또는 (재)석출로부터 도출되는)로 구성된다. 이러한 형태의 패턴은 웨이퍼의 기하학적 중앙에 근접하거나 또는 상기 중앙에서 회전축을 중심으로 돌아가는 것을 포함하는, 린스 및 건조 단계들 동안 사용되는 웨이퍼 회전 공정들에 기인하여 발생하며 줄무늬 패턴들로 도출된다.

부가적으로, "단일 웨이퍼" 공정에서 효과적인 클리닝 화학 구성을 제공하는 것이 해당 분야에서 필요하며, 이는 "단일 웨이퍼" 공정이 워터마크 형성이라는 특별한 문제들을 발생시키는 것이 관찰되고 있기 때문이다. 반도체 웨이퍼들을 핸들링하면서, "단일 웨이퍼" 장치들과 "웨트 벤치" 장치들 사이에 차이점이 있다. "단일 웨이퍼" 장치(SEZ 회사의 SEZ304와 같은)에서, 수평으로 제공되는 단일 기판은 개별적인 기판 상으로 화학적인 용액을 적용함으로써 한번에 식각된다. 대조적으로, "웨트 벤치" 장치(PRETECH 장비들과 같은)에서, 예를 들어 25 또는 50 기판들의 배치가 화학적 식각 용액의 조(bath) 내에 잠겨진다. "단일 웨이퍼" 장치는 "웨트 벤치" 장치에 비교하여 원칙적으로 신선한 용액들이 각각의 웨이퍼에 적용되는 사실과 같은 많은 장점들을 제공할 수 있으며, 웨이퍼 표면 상의 개선된 균일도가 구현될 수 있으며, 그리고 하나의 웨이퍼로부터 다른 웨이퍼로 더 우수한 균등성이 구현될 수 있다.

본 발명자들은 에피택셜 성장을 위한 베이스 기판으로서 사용하는데 적합한 반도체 기판을 준비하기 위하여 수용성의 불산 용액들로 처리하는 구성에서 반도체 기판의 소수성의 표면을 클리닝하고 준비하는 공정들에서 워터마크들의 형성을 연구하였다.

워터마크 형성은 수용성의 불산 용액을 수반한 처리를 따라 탈이온수로 린스하는 동안 메가소닉 웨이브들의 적용으로 인하여 감소될 수 있다는 것이 놀랍게도 관찰되었다.

따라서, 제1 측면에서, 본 발명은 워터마크들의 출현을 억제하도록 하는 방법으로 반도체 기판의 소수성의 표면을 클리닝하고 준비하는 공정에 관한 것이며, 여기에서 상기 반도체 기판은 에피택셜 성장을 위한 베이스 기판으로서 사용하기에 적합하며, 여기에서 상기 소수성의 표면을 클리닝하고 준비하는 공정은 다음의 단계들을 포함한다:

(a) 불산 (HF)을 포함하는 수용액으로 상기 기판을 클리닝하는 단계 및

(b) 탈이온수로 상기 기판을 린스하는 단계로서, 상기 린스를 수행할 때, 상기 기판은 메가소닉 웨이브들에 처리되는 동안 상기 린스가 진행된다.

워터마크들을 감소하는 방향으로 동일한 연구가 수행되는 동안 동일하게, 제2 강산의 적절한 농도로 HF-마지막 절차에서 수용성의 불산 용액을 희석함으로써 워터마크들 형성이 놀랍게도 감소될 수 있다는 것이 발견되었다.

따라서, 제2 측면에서, 본 발명은 워터마크들의 출현을 억제하는 방법으로 반도체 기판의 소수성의 표면을 클리닝하고 준비하는 공정에 관한 것이며, 여기에서 상기 반도체 기판은 에피택셜 성장을 위한 베이스 기판으로 사용하기에 적합하며, 여기에서 상기 소수성의 표면을 클리닝하고 준비하는 공정은 다음의 단계들을 포함한다:

(a) 3보다 작은 pKa를 가진 강산을 부가한 불산(HF)을 포함하는 수용액으로 상기 기판을 클리닝하는 단계,여기에서 상기 수용액 내에 사용되는 상기 강산의 중량 농도는 불산(HF)의 중량 농도보다 더 작으며

(b) 탈이온수로 상기 기판을 린스하는 단계 및

(c) 상기 기판을 건조하는 단계.

소수성의 최종 표면들을 생성하기 위하여 반도체 기판들의 HF-계 처리의 상황에서 워터마크들을 감소시키기 위하여, 메가소닉 웨이브들 및 제2 강산을 모두 사용하는 것을 결합하면서, 본 발명의 양 측면들을 조합하는 것이 가능하다는 것이 유의될 수 있다.

본 발명은 추가적으로 다음의 기판의 표면에 에피택셜 층을 부가하기 위한 공정에 관련된다:

α) 불산 (HF)을 포함하는 수용액을 포함하는 공정에 의하여 초기에 존재하는 기판의 표면 층을 클리닝하고 준비하는 단계(들)로서, 상기 공정은 본 발명의 앞서 설명한 제1 측면 및/또는 제2 측면(들)에 따른 공정들 중의 하나이며 그리고

β) 상기 방식으로 클리닝되고 준비된 표면 상에 에피택셜 성장을 수행하는 단계.

마지막으로, 본 발명은 추가적으로 본 발명의 앞에서 설명된 제1 및/또는 제2 측면(들)에 따라 구현된 클리닝되고 준비된 기판에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이렇게 클리닝되고 준비된 기판 상에 에피택셜 성장에 의해 구현된 표면층을 가지는 기판에 관한 것이다.

본 발명의 제1 및 제2 측면들에 의해 제안된 용액들은 에피택셜 성장을 위한 소수성의 표면을 유지하는 동안 산화물이 제거될 수 있게 한다.

이러한 접근은 예를 들어, 산소를 질소로 대체하거나 건조 시간들을 변경함으로써 린스 및 건조 절차들에 대한 변경 뿐만 아니라, 개선된 HF-라스트 절차를 위하여 당업자에게 현재 알려진 수소 분위기에서의 베이크로부터 차별된다.

본 발명의 제1 측면 및 제2 측면들에 의해 제공되는 용액들은 친수성의 산화물 표면들의 준비보다는 최종적인 소수성의 표면을 준비하는 것에 관련된다는 것이 이해될 수 있으며, 여기에서 HF-처리된 소수성의 표면은 단지 일시적인 중간체이다. 이러한 공정은 US 2007/0256705 또는 US 5 932 022에서 개시된다. 실제로, HF-처리된 소수성의 표면들은 추가적인 클리닝 단계 없이, 에피택시에 의해 표면들을 추가적으로 성장시키고 그리고 양질의 최종 기판을 구현할 수 있는 목적을 가지고 본 발명에서 준비된다. 본 발명의 바람직한 실시예들에서, 따라서, 클리닝 및 준비 공정들은 친수성 표면을 생성하기 위하여, 과산화수소, 오존 등과 같은 산화제들로 구현되는 표면들의 임의의 처리들을 수반하지 않는다.

본 발명의 제1 및 제2 측면들에 의해 제공되는 용액들은 또한 US 5 051 134에 의해 개시되는 유기 링 분자들 및 더욱 명확하게는 사이클로덱스트린(cyclodextrins)과 같은, 클리닝 용액에 추가적인 유기 부가물의 필수적인 첨가를 필요로 하지 않는다.

도 1은 메가소닉 웨이브를 적용하지 않은 경우의 결함들을 도해한 것이고,
도 2는 메가소닉 웨이브를 적용한 경우의 결함들을 도해한 것이다.

본 발명의 제1 측면 또는 제2 측면에 따른 바람직한 실시예들에서, 클리닝되는 상기 기판은 실리콘, 스트레인드 실리콘 또는 실리콘-게르마늄의 표면 층을 포함한다.

또한, 본 발명의 제1 측면 또는 제2 측면에 따른 바람직한 실시예들에서, 단계 (a)의 수용액에서 사용되는 불산 (HF)의 농도는 0.05 % < 중량에 의한(by weight) [HF] < 49 % 의 범위에서 구성되며, 바람직하게는 0.5 % < 중량에 의한 [HF] < 10 %의 범위에서 구성된다. 여기에서 상기 농도는 HF:H₂O 중량:중량에 근거하여 물(H₂O) 내의 HF의 절대 농도(absolute concentration)를 언급한다는 것을 유의하여야 한다. 중량에 의한 49% HF는 따라서 마이크로 전자공학에서 사용하기 위하여 구매된 표준의 49% 수용성 HF을, 희석하지 않고, 적용하는 것에 대응될 수 있다. HF의 중량에 의한 4.9% (4.9 중량 %) 농도는 일반적인 상업용 49% 수용성 HF를 중량에 의한 한 부분(one part)과 탈이온수의 중량에 의한 아홉 부분(nine part)를 혼합함으로써 구현된다.

본 발명의 제1 측면에 대하여, 소수성의 표면을 생성하기 위하여 수용성의 HF 용액으로 처리하는 구성에서 탈이온수로 린스하는 단계를 수반하는 메가소닉 웨이브들을 동시에 사용하는 것과 관련하여, 수용성의 HF 용액을 적용하는 것을 포함하는 단계 (a) 이후에, 그리고 상기 기판이 메가소닉 웨이브들에 적용받는 동안 린스하는 단계를 포함하는 단계 (b) 이전에, 선택적으로 상기 기판은 메가소닉 웨이브들을 적용하지 않으면서 탈이온수로, 개별적인 단계 (b0)에서, 린스받을 수 있다.

본 발명의 제1 측면에서, 상기 린스 단계 (b)에 후속하여, 단계 (c)에서 상기 기판을 건조하는 것이 바람직하다. 건조는 가스 플로우에 의해, 예를 들어 비활성 가스를 사용하여, 또는 단순한 회전(spinning)에 의하여 아래에서 더욱 상세하게 설명되는 것처럼 수행될 수 있다.

본 발명의 제1 측면에서, 클리닝 공정의 단계 (b)에서 메가소닉 웨이브들의 적용하는 동안, 적용되는 메가소닉 웨이브 파워는 최소 100 와트 및 최대 1200 와트의 범위에서 존재하고, 바람직하게는 최소 800 와트 및 최대 1000 와트의 범위에서 존재한다. 적용되는 상기 메가소닉 웨이브 주파수는 최소 1 kHz 및 최대 10 MHz의 범위에 있고, 바람직하게는 최소 700 kHz 및 최대 1 MHz의 범위에 있다. 상기 메가소닉 웨이브들의 적용 시간(duration of application)의 바람직한 값들은 최소 1 초 및 최대 5분의 범위에 있고, 바람직하게는 최소 10초 및 최대 60초의 범위에 있다.

앞에서 언급된 것처럼, 본 발명의 제2 측면은, 소수성의 표면을 생성하기 위하여 수용성의 HF 용액으로 처리하는 구성에서, 3보다 작은 pKa를 가진 강산을 부가한 불산(HF)을 포함하는 수용액으로 반도체 기판을 클리닝하는 공정과 관련되며, 여기에서 상기 수용액 내에 사용되는 상기 강산의 중량 농도는 불산(HF)의 중량 농도보다 더 작다.

본 발명의 제2 측면의 바람직한 실시예에서, 본 발명의 제2 측면의 앞서 설명된 공정의 단계 (a)의 수용액 내에 사용되는 강산은, 불산 (HF)과 결합하여 0보다 작은 pKa를 가진다. 이러한 강산은 가장 바람직하게는 염산 (HCl), 질산 (HNO₃), 황산 (H₂SO₄) 및 과염소산 (HClO₄)으로 구성되는 그룹으로부터 선택된다. 이러한 그룹에서 현재 가장 바람직한 강산은 염산 (HCl)이다. 염산 (HCl)을 사용하는 바람직한 실시예에서, 수용성의 클리닝 용액에서 사용되는 염산 (HCl)의 농도는 염산 (HCl)의 중량에 의한 농도는 불산 (HF)의 중량에 의한 농도보다 더 작을 수 있다는 것을 유의하면서, 0.01 % < 중량에 의한 [HCl] < 38 % 의 범위이다. 여기에서 염산 (HCl)의 농도는 HCl:H₂O 중량:중량에 근거하여 물(H₂O) 내의 HCl의 절대 농도(absolute concentration)라는 것을 유의해야 하며, 이것은 임의의 경우에 표준의 상업용 HCl의 중량 농도로 38%를 넘지 않을 수 있다. 중량으로 38% 상업용 HCl을 중량으로 1 부분과, 중량으로 49% 상업용 HF을 중량으로 2 부분과 결합하여, 탈이온수의 중량으로 37 부분은, 예로서, HCl의 중량으로 0.95% 및 HF의 중량으로 2.45%를 가지는 최종 용액을 만들 수 있다.

상기 제1 측면 또는 제2 측면에 따른 본 발명에서, 단계 (a)에서 적용되는 클리닝 용액들을 포함하는 HF에서 부가적인 첨가물들의 사용은 가능하지만 본질적인 것은 아니다. 현재 바람직한 실시예에서, 유기 링 분자들 및 더욱 명확하게는 사이클로덱스트린(cyclodextrins)은 클리닝 용액들을 포함하는 HF에 부가되지 않는다.

상기 제1 측면 또는 제2 측면에 따른 본 발명에서, 클리닝 공정들의 온도는 현재 그다지 중요하지 않다고 사료된다. 10°C 내지 90°C의 온도가, 더욱 바람직하게는 15°C 내지 60°C, 그리고 가장 바람직하게는 약 20°C 또는 반도체 제조 현장에서 표준적인 환경 온도가 클리닝 공정을 위하여 사용될 수 있다는 것이 사료된다.

본 발명(본 발명의 제1 측면 또는 제2 측면 중 어느 하나에 따른 공정에서 단계 (c))에서 건조 조건들에 대하여, 가스 플로우에 의한 건조, 특히 질소 또는 아르곤과 같은 비활성 가스의 플로우를 사용한, 또는 증발을 유도하기 위하여 단순한 회전과 같은 다양한 시스템들이 고안될 수 있다. 어떠한 경우들에서, 예를 들어 더욱 소수성의 표면들에서, IPA (isopropyl alcohol)계 건조 기술들의 사용이, 표면 장력 구배들을 이용하면서, 비활성 가스 플로우에 의한 건조와 유리하게 결합되면서, 사용될 수 있다. 회전-건조 공정은 현재 본 발명의 바람직한 실시예이다. 회전-건조 단계 (c)의 지속시간은 전형적으로 30초 내지 5분의 범위 이내에서 구성된다.

클리닝 공정의 지속 시간에 대하여, 1초 내지 5분 이내의 처리 시간이 본 발명의 제1 측면 또는 제2 측면 중 어느 하나에 따른 공정의 클리닝 단계 (a)에서 사용될 수 있다는 것이 고안된다. 현재 바람직한 클리닝 시간은 5초 내지 40 초에서 구성된다.

린스 단계 (b)에 대하여, 본 발명의 제1 측면 또는 제2 측면 중 어느 하나에 따른 공정들에서 1 초 내지 5분의 린스 시간이 사용될 수 있다는 것이 고안되며, 그리고 현재 바람직한 린스 시간은 5초 내지 40초로 구성된다. 본 발명의 제1 측면에서, 앞에서 기술된 것처럼, 메가소닉 웨이브들의 적용 시간은 바람직하게는 최소 1초 내지 최대 5분의 범위에 있고, 그리고 바람직하게는 최소 10초 내지 최대 60초의 범위에 있으며, 메가소닉 웨이브들은 단지 린스 동안에 적용될 뿐이라는 것이 이해된다.

본 발명의 제1 측면 또는 제2 측면 중 어느 하나에서, 바람직한 실시에에서, 단일 웨이퍼 클리닝 장치가 사용된다.

앞에서 언급된 것처럼, 본 발명은 추가적으로 기판의 표면에 에피택셜 층을 부가하는 공정과 관련되며, 상기 공정은 다음을 포함한다:

α) 본 발명의 제1 측면 또는 제2 측면에 따른 불산 (HF)를 포함하는 수용액을 수반하여 표면층을 클리닝하는 단계를 포함하는 공정에 의해 초기에 존재하는 기판의 표면 층을 클리닝하고 준비하는 단계(들) 및

β) 상기 클리닝되고 준비된 표면 상에 에피택셜 성장을 수행하는 단계.

에피택시는 실리콘-계 반도체 웨이퍼를 제조하는 분야에서 당업자에게 잘 알려진 공정이다. 기상 에피택시(화학적 기상 증착의 형태)가 씨드 표면들 상에 결정 성장을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 통상적인 기상 공정들에서, 예를 들어, 실리콘의 할라이드 또는 하이드라이드와 에피택셜 층에 증착되는 고상 물질(예를 들어, 원소 실리콘) 사이의 고온(1000°C를 넘는) 평형이 사용된다. 하이드라이드 기상 에피택시 (HVPE) 가 본 발명에 따른 클리닝된 기판들에 적용되는 에피택셜 성장 공정들에 대하여 사용될 수 있다.

예들

본 발명의 제2 측면에 따른 실시예들의 비제한적인 예시에서, 벌크 실리콘 기판은 다음의 표 1에서 보여지는 것처럼 다양한 HCl/HF 혼합물로 클리닝되었다. 사용된 건조 조건들은 1 분동안 2200 RPM으로 회전(SpinDry)에 의하여 건조하는 단계를 포함한다.

구현된 표면들이 SP1에 의해 (광 산란에 의해) 분석되었다. 소위 "워터마크들"은 직선을 형성하도록 웨이퍼의 중앙에서 출발하여 에지로 향하는 사진들 상의 연속적인 점들을 나타내는 일련의 표면 흠들로 구성된다. 표면 흠들의 라인들이 관찰되는 곳에서, 워터마크들의 존재는 표 1의 해당하는 컬럼에서 "예"로 나타난다.

표 1 : HF 및 HCl의 혼합물을 수반한 처리의 워터마크들 상의 영향

유사하게, 본 발명의 제1 측면에 따른 실시예들의 비제한적인 설명에서, 스트레인드-실리콘-온-절연체 (sSOI) 기판이 HCl을 전혀 부가하지 않고, 중량으로 1.5%의 농도로 HF 용액으로 클리닝되었다. HF를 수반한 처리 시간은 10초이었으며, 그리고 메가소닉 웨이브들에 노출되면서 동시에 탈이온수로 린스하는 시간은 25초였다. 본 발명의 제1 측면에 따른 테스트에서, 구현된 결과들이 첨부된 도 2에서 도시되었으며, 메가소닉 웨이브들은 1000 와트의 파워, 1 MHz의 주파수 및 42초의 적용 시간으로 적용되었다. 첨부된 도 2에서 도시된 것처럼, SP1 관찰을 통하여 0.40 ㎛ 의 220 개의 결함들만 관찰되었으며, 워터마크들은 관찰되지 않았다. 대조적으로, 동일한 HF 용액에 의해 처리되지만 메가소닉 웨이브들에 후속적으로 처리되지 않은, 동일한 sSOI 기판은 0.40 ㎛ 의 2500 개 결함들을 나타내었고 첨부된 도 1에서 도시된 것처럼, 워터마크들이 보였다.

Claims

워터마크들의 출현을 억제하기 위한 방법으로 반도체 기판의 소수성의 표면을 클리닝하고 준비하는 공정으로서,
상기 반도체 기판은 에피택셜 성장을 위한 베이스 기판으로 사용하기에 적합하고,
상기 소수성의 표면을 클리닝하고 준비하는 공정은:
(a) 불산(HF)을 포함하는 수용액으로 상기 기판을 클리닝하는 단계 및 이후에
(b) 탈이온수로 상기 기판을 린스하는 단계를 포함하고,
상기 린스를 수행하는 동안, 상기 기판이 메가소닉 웨이브의 적용을 받는 것을 특징으로 하는 공정.
제1항에 있어서,
상기 단계 (a) 이후에 그리고 상기 단계 (b) 이전에, 상기 기판이 메가소닉 웨이브들을 적용하지 않으면서 탈이온수로 개별적인 단계 (b0)에서, 린스되는 것을 특징으로 하는 공정.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 린스하는 단계 (b)에 후속하여, 상기 기판이 단계 (c) 에서 건조되는 것을 특징으로 하는 공정.
제1 항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
적용되는 상기 메가소닉 웨이브 파워는 최소 100 와트 및 최대 1200 와트의 범위에 있고, 바람직하게는 최소 800 와트 및 최대 1000 와트의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 공정.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
적용되는 상기 메가소닉 웨이브 주파수는 최소 1 kHz 및 최대 10 MHz의 범위에 있고, 바람직하게는 최소 700 kHz 및 최대 1 MHz의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 공정.
제1 항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 메가소닉 웨이브들의 적용 시간은 최소 1 초 및 최대 5분의 범위에 있고, 바람직하게는 최소 10초 및 최대 60초의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 공정.
워터마크들의 출현을 억제하기 위한 방법으로 반도체 기판의 소수성의 표면을 클리닝하고 준비하는 공정으로서,
상기 반도체 기판은 에피택셜 성장을 위한 베이스 기판으로 사용하기에 적합하고,
상기 소수성의 표면을 클리닝하고 준비하는 공정은:
(a) 3보다 작은 pKa를 가진 강산을 부가한 불산(HF)을 포함하는 수용액으로 상기 기판을 클리닝하는 단계
(b) 탈이온수로 상기 기판을 린스하는 단계 및
(c) 상기 기판을 건조하는 단계를 포함하고,
상기 수용액 내에 사용되는 상기 강산의 중량 농도는 불산(HF)의 중량 농도보다 더 작은 것을 특징으로 하는 공정.
제7항에 있어서,
상기 단계 (a)의 수용액 내에 사용되는 상기 강산은 0보다 작은 pKa를 가지는 것을 특징으로 하는 공정.
제8항에 있어서,
상기 강산은 염산 (HCl), 질산 (HNO₃), 황산(H₂SO₄) 및 과염소산 (HClO₄)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 공정.
제9항에 있어서,
상기 강산은 염산 (HCl)인 것을 특징으로 하는 공정.
제10항에 있어서,
상기 단계 (a)의 상기 수용액에서 사용되는 염산 (HCl)의 농도는 0.01 % < 중량에 의한(by weight) [HCl] < 38 % 의 범위에서 구성되고, 바람직하게는 0.01 % < 중량에 의한 [HCl] < 5 %의 범위에서 구성되는 것을 특징으로 하는 공정.
제1 항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 기판은 실리콘, 스트레인드 실리콘 또는 실리콘-게르마늄의 표면 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
제12항에 있어서,
상기 기판은 실리콘-게르마늄의 표면 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
제1항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 단계 (a)의 상기 수용액에서 사용되는 불산 (HF)의 농도는 0.05 % < 중량에 의한 [HF] < 49 % 의 범위에서 구성되고, 바람직하게는 0.5 % < 중량에 의한 [HF] < 10 %의 범위에서 구성되는 것을 특징으로 하는 공정.
제1항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서,
워터마크들의 출현을 억제하기 위한 방법으로 상기 반도체 기판의 소수성의 표면을 클리닝하고 준비하는 공정은 단일 웨이퍼 클리닝 장치에서 수행되는 것을 특징으로 하는 공정.
기판의 표면에 에피택셜 층을 부가하기 위한 공정으로서, 상기 공정은
(a) 제1항 내지 제15항 중 어느 하나의 항에 따른 공정에 의해 초기에 존재하는 상기 기판의 표면 층을 클리닝하고 준비하는 단계(들) 및
(b) 상기 클리닝되고 준비된 표면 상에 에피택셜 성장을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
제16항에 있어서,
상기 기판의 초기에 존재하는 표면 층은 실리콘-게르마늄 (SiGe) 층 또는 스트레인드 실리콘 (sSi) 층인 것을 특징으로 하는 공정.
제17항에 있어서,
상기 초기에 존재하는 표면 층 실리콘-게르마늄 (SiGe) 층은 단계 (a)에서 클리닝되는 노출된 표면에서의 게르마늄 농도가 실리콘 원자들에 대한 게르마늄 원자들의 백분율로 표현하였을 때 적어도 20%인 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 공정.
제16항 내지 제18항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 단계 (b)에서 상기 에피택셜 성장은 스트레인드 실리콘 (sSi) 층 또는실리콘-게르마늄 (SiGe) 층의 성장인 것을 특징으로 하는 공정.
제1 항 내지 제15항 중 어느 하나의 항의 공정에 따라 얻어진 클리닝되고 준비된 기판.
제16항 내지 제19항 중 어느 하나의 항의 공정에 따라 얻어진 클리닝되고 준비된 기판 상에 에피택셜 성장에 의해 얻어진 표면 층을 가지는 기판.