KR20110129583A - Surface Treatment Method of Silicon Wafer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘 웨이퍼 표면 세정 방법에 있어서, RCA 세정을 실시하는 단계, 상기 RCA 세정된 실리콘 웨이퍼 표면을 불산(HF)으로 세정하는 단계, 상기 세정된 실리콘 웨이퍼를 ADL 챔버 내로 이동하는 단계, 상기 실리콘 웨이퍼가 매입된 ALD 챔버 내에 오존가스를 주입하여 실리콘 웨이퍼의 표면을 처리하는 단계를 포함하는 실리콘 웨이퍼 표면 세정 방법을 제공한다.A method of cleaning a silicon wafer surface, the method comprising: performing RCA cleaning, cleaning the RCA cleaned silicon wafer surface with hydrofluoric acid (HF), moving the cleaned silicon wafer into an ADL chamber, the silicon It provides a silicon wafer surface cleaning method comprising the step of treating the surface of the silicon wafer by injecting ozone gas into the ALD chamber in which the wafer is embedded.
Description
본 발명은실리콘 웨이퍼에 균일한 두께의박막을 증착하기 위해 실리콘웨이퍼 표면을 화학적으로 처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of chemically treating a silicon wafer surface to deposit a thin film of uniform thickness on a silicon wafer.
반도체웨이퍼 제조 공정에서 순수 실리콘 반도체 웨이퍼의 표면에 원자층으로 매우 미세한 두께의 박막을 형성하는 원자층 증착 방법(Atomic layer deposition)이 이용되고 있다. 박막 증착 전의 웨이퍼 표면의 오염은 박막 증착 이후 반도체 소자 생산 수율을저하시키고 유전율을 감소시키는 원인이된다. 때문에 박막 증착 전에 실리콘 웨이퍼의 표면 처리를 통하여 박막표면의 거칠기를 감소시켜 향후 균일한 두께의박막층을 얻을 수 있도록하는 것이 필요하다. 이를 위하여화학적 방법으로 순수 실리콘웨이퍼의 표면에 최종적으로 균일한수산화기를 형성토록 하여 원자층 증착을 통해 균일한두께의 박막층을 얻을 수 있도록 한다.In the semiconductor wafer manufacturing process, atomic layer deposition is used, which forms a thin film having a very fine thickness as an atomic layer on the surface of a pure silicon semiconductor wafer. Contamination of the wafer surface before thin film deposition causes a decrease in the yield of semiconductor devices after thin film deposition and a decrease in dielectric constant. Therefore, it is necessary to reduce the roughness of the thin film surface through the surface treatment of the silicon wafer before thin film deposition so that a thin film layer having a uniform thickness can be obtained in the future. For this purpose, a uniform hydroxyl group is finally formed on the surface of the pure silicon wafer by a chemical method so that a uniform thickness thin film layer can be obtained through atomic layer deposition.
대한민국 등록특허 제914606호에 습식 게이트 산화막 형성 방법이 개시되어 있다. 반도체 웨이퍼를 RCA 약품처리 후 불산용액으로 재처리하고, 다시 오존수를 웨이퍼 표면에 공급하는 방법이다. 이러한 경우 웨이퍼의 표면처리가 모두 끝나고 난 후 다시 박막 증착을 위한 장비에 매입하여야 하므로 웨이퍼의 이송 과정 등에서 웨이퍼 표면에 미세파티클 등 불순물의 부착 가능성이 높아진다.Korean Patent No. 914606 discloses a method for forming a wet gate oxide. After RCA chemical treatment, the semiconductor wafer is reprocessed with a hydrofluoric acid solution and ozone water is again supplied to the wafer surface. In this case, after all the surface treatment of the wafer is finished, it must be re-purchased in the equipment for thin film deposition, so that the possibility of adhesion of impurities such as fine particles on the wafer surface increases during the wafer transfer process.
또한, 대한민국 등록특허 제841995호에 매엽식 웨이퍼 세정 장치 및 세정 방법이 개시되어 있다. 이는 웨이퍼의 세정을 위해 별도의 장치를 이용하는 것으로서 이 장치 내부에 웨이퍼를 매엽한 후 오존가스를 주입하고, 세정액을 분사하여 표면 세정을 실시한다. 이러한 종래기술 역시 웨이퍼의 표면 세정이 완료된 이후 박막 증착을 위한 증착 장비로 웨이퍼를 이송하여야 한다. 그러므로 이러한 이송 과정에서 이미 세정된 웨이퍼의 표면이 미세파티클 등에 의하여 오염될 가능성이 높다.
In addition, Korean Patent Registration No. 841995 discloses a single wafer cleaning apparatus and a cleaning method. This uses a separate device for cleaning the wafer. After embedding the wafer inside the device, ozone gas is injected, and the cleaning liquid is sprayed to perform surface cleaning. This prior art also has to transfer the wafer to the deposition equipment for thin film deposition after the surface cleaning of the wafer is completed. Therefore, during the transfer process, the surface of the already cleaned wafer is likely to be contaminated by fine particles or the like.
본 발명의 목적은 박막 증착 전에 웨이퍼 표면의 오염을 최소화할 수 있도록 하는 실리콘 웨이퍼의 표면 처리 방법이다.
It is an object of the present invention to provide a method for surface treatment of a silicon wafer that enables to minimize contamination of the wafer surface prior to thin film deposition.
상기한 과제를해결하기 위하여 본 발명의실리콘 웨이퍼의 표면처리 방법은 실리콘 웨이퍼 표면 세정 방법에있어서, RCA 세정을 실시하는 단계, 상기RCA 세정된 실리콘 웨이퍼 표면을불산(HF)으로 세정하는 단계, 상기 불산으로 세정된 실리콘 웨이퍼를 ADL 챔버 내로 이동하는 단계, 상기 실리콘 웨이퍼가 매입된 ALD 챔버 내에, 오존가스를 주입하여 실리콘 웨이퍼의 표면을 처리하는 단계를 포함한다.In order to solve the above problems, the silicon wafer surface treatment method of the present invention is a silicon wafer surface cleaning method, performing RCA cleaning, cleaning the RCA cleaned silicon wafer surface with hydrofluoric acid (HF), the Moving the silicon wafer cleaned with hydrofluoric acid into the ADL chamber, and treating the surface of the silicon wafer by injecting ozone gas into the ALD chamber in which the silicon wafer is embedded.
상기 실리콘 웨이퍼를 상기 불산으로 세정하는 단계는 상기 ALD 챔버와 연통되는 소정의 공간에서 이루어지는 것이 가능하다.The cleaning of the silicon wafer with the hydrofluoric acid may be performed in a predetermined space in communication with the ALD chamber.
상기 불산에서 세정된 실리콘 웨이퍼를 상기 ALD 챔버 내로 이송하는 장치가구비되는 것이 가능하다.It is possible to have an apparatus for transferring the silicon wafer cleaned in the hydrofluoric acid into the ALD chamber.
상기 웨이퍼를 이송할 때 건조가 이루어지는 것이 가능하며, 상기 건조는 공기분사(에어샤워)로 이루어지는 것이 가능하다. 또한, 상기 건조는 적외선 램프로 이루어지는 것이 가능하다.
Drying may be performed when the wafer is transferred, and the drying may be performed by air spray (air shower). In addition, the drying may be made of an infrared lamp.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실리콘웨이퍼의 표면처리 방법에 의하면, 박막 증착 전에 발생할 수 있는 웨이퍼 표면의 오염을최소화 할 수 있도록 하면서, 웨이퍼 표면에 균일한 수산화기를 형성시켜, 원자층증착에 의한 박막 형성 시 균일한 두께의 박막층을 얻을 수 있게 한다.
According to the method for treating the surface of the silicon wafer of the present invention configured as described above, a uniform hydroxyl group is formed on the surface of the wafer while minimizing the contamination of the wafer surface that may occur before the thin film deposition, and thus the thin film by atomic layer deposition. When forming, it is possible to obtain a thin film layer of uniform thickness.
도 1은 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 표면처리 방법의 순서도이다.1 is a flowchart of a surface treatment method of a silicon wafer of the present invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼의 표면처리 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.Hereinafter, a method of surface treatment of a silicon wafer according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification, the same or similar reference numerals are assigned to the same or similar configurations in different embodiments, and the description thereof is replaced with the first description.
일반적으로 반도체 웨이퍼 표면을 세정하는 기술은 크게 습식 세정과 건식 세정으로 구분된다. 세정 공정은 웨이퍼 표면에 존재하는 불순물들을 제거하는 공정이다. 실리콘 웨이퍼의 RCA 습식 세정방식(Radio Corporation of America社의 세정방식)은 가장 오래 사용되어온 웨이퍼 세정 방법으로서, 습식 화학 세정에 사용되는 가장 일반적인 방법이다. In general, the technology for cleaning the semiconductor wafer surface is largely divided into wet cleaning and dry cleaning. The cleaning process is a process of removing impurities present on the wafer surface. RCA wet cleaning of silicon wafers (the cleaning method of Radio Corporation of America) is the longest used wafer cleaning method and is the most common method used for wet chemical cleaning.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼의 표면처리 방법이 수행되는 과정을 도시한 순서도이다.1 is a flowchart illustrating a process of performing a surface treatment method of a silicon wafer according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면 본 발명의 실리콘 웨이퍼의 표면처리 방법의 전체 공정은 실리콘웨이퍼를 RCA 세정(Radio Corporation of America社의 세정방식) 단계(S10)와, RCA 세정된 실리콘 웨이퍼를 불산(HF)으로 처리하는 단계(S20), 불산으로 처리된 웨이퍼를 ALD(ATOMIC LAYER DEPOSITION)용 챔버 내로 이동하는 단계(S30), ALD 챔버 내로 오존가스를 주입하는 단계(S40)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 1, the entire process of the surface treatment method of the silicon wafer of the present invention comprises the step of performing a RCA cleaning of a silicon wafer (S10), and a RCA cleaned silicon wafer to hydrofluoric acid (HF). The step (S20) of processing, the step of moving the wafer treated with hydrofluoric acid into the chamber for ALD (ATOMIC LAYER DEPOSITION) (S30), the step of injecting ozone gas into the ALD chamber (S40).
RCA 세정 단계(S10)는 일반적인 RCA 세정법을 따르는 습식 공정으로서 RCA 세정에 사용되는 용액은 고순도의 초순수(deionized water)와 과산화수소(H2O2), 수산화 암모늄(NH4OH), 그리고 염산(HCl) 등으로 이루어져 있다. 이들은 보통 RCA 표준세정-1(SC-1; standard clean 1)과 표준세정-2 (SC-2 ; standard clean 2)의 두 단계로 구성된다. RCA cleaning step (S10) is a wet process following the general RCA cleaning method, the solution used for RCA cleaning is composed of high-purity deionized water, hydrogen peroxide (H2O2), ammonium hydroxide (NH4OH), hydrochloric acid (HCl), etc. . These usually consist of two stages: RCA standard clean-1 (SC-1) and standard clean-2 (SC-2).
표준세정-1단계에서는 강한 산화 작용으로 인하여 표면 유기물질들이 산화되어 용해되며, 잔류 금속 불순물(Au, Ag, Cu, Ni, Cd, Zn, Co, Cr 등)도 같이 제거된다.In standard cleaning step 1, surface organic materials are oxidized and dissolved due to strong oxidation, and residual metal impurities (Au, Ag, Cu, Ni, Cd, Zn, Co, Cr, etc.) are also removed.
표준세정-2단계에서는 알카리 이온들(Al3+, Fe3+, Mg2+)과 NH4OH에는 녹지 않는 수산화 물질인 Al(OH)3, Fe(OH)3, Mg(OH)2, Zn(OH)2 및 그때까지 제거되지 않고 잔존하는 물질들이 제거된다.In standard washing step 2, Al (OH) 3, Fe (OH) 3, Mg (OH) 2, Zn (OH) 2 and alkaline hydroxides (Al3 +, Fe3 +, Mg2 +) and hydroxides insoluble in NH4OH Remaining substances that are not removed are removed.
상기한 RCA 세정 단계(S10)를 통해 웨이퍼 표면에 존재하는 구리,칼슘,아연 등의 금속불순물들이 일부 제거될 수 있다. 그러나 RCA 세정 단계(S10)를 거친 이후에도 웨이퍼 표면에 금속불순물이 잔류하거나 세정 이후 재부착될 수 있기 때문에 추가적인 세정이 필요하다.Through the RCA cleaning step S10, some of the metal impurities such as copper, calcium, and zinc existing on the wafer surface may be removed. However, even after the RCA cleaning step (S10), further cleaning is necessary because metal impurities may remain on the wafer surface or may be reattached after the cleaning.
RCA 세정된 실리콘웨이퍼를 불산(HF)으로 처리하는 단계(S20)는 RCA 세정을 거친 후에도 웨이퍼 표면에 잔류하거나 재부착된 금속불순물을 제거하기 위한 목적으로 수행된다. The step S20 of treating the RCA cleaned silicon wafer with hydrofluoric acid (HF) is performed to remove metal impurities that remain or reattach to the wafer surface even after undergoing RCA cleaning.
웨이퍼 표면에 잔류하는 금속불순물들은 향후 방막 증착 후 박막층의 두께를 불균일하게 하는 원인이 될 수 있으므로 최대한 깨끗하게 제거해 주는 것이 필요하다. 이를 위하여 RCA 세정된 웨이퍼를 희석된 불산 용액이 든 용기 등에 일정 시간 침지하여 다시 한번 표면을 세정하는 것이 바람직하다. Metal impurities remaining on the wafer surface may cause uneven thickness of the thin film layer after the deposition of the barrier, so it is necessary to remove them as cleanly as possible. To this end, it is preferable to immerse the RCA-cleaned wafer in a container containing a dilute hydrofluoric acid solution for a predetermined time to clean the surface once again.
불산으로 세정하는 단계(S20)는 원자층 박막 증착 장비 즉, ALD 장비에 구비된 별도로 구비된 소정의 공간에서 수행되는 것이 가능하다. 또한, 상기한 별도로 구비된 소정의 공간은 박막 증착이 직접 수행되는 ALD 챔버와 연통되어 있는 것이 가능하다.Cleaning with hydrofluoric acid (S20) may be performed in a predetermined space provided separately in the atomic layer thin film deposition equipment, that is, ALD equipment. In addition, the predetermined space provided separately may be in communication with the ALD chamber in which thin film deposition is directly performed.
불산으로 세정하는 단계(S20)가 완료된 웨이퍼는 원자층 박막 증착 장비의 내부 즉, ALD 챔버 내로 이동(S30)된다. After the step S20 of cleaning with hydrofluoric acid is completed, the wafer is moved into the ALD chamber, that is, the SLD.
불산으로 세정하는 단계(S20)를 거친 웨이퍼의 표면에 잔존하는 불산은 ALD 챔버의 수명을 단축시키거나 박막 증착 시 웨이퍼의 오염 문제를 일으킬 수 있기 때문에 건조하여 제거하는 것이 바람직하다.Since hydrofluoric acid remaining on the surface of the wafer subjected to the step of cleaning with hydrofluoric acid (S20) may shorten the life of the ALD chamber or cause contamination of the wafer during thin film deposition, it is preferable to dry and remove the hydrofluoric acid.
상기의 건조는 상기의 불산으로 세정하는 단계(S20)가 수행된 별도의 공간에서 ALD 챔버 내로 웨이퍼가 이동(S30)하는 동안 이루어지는 것이 바람직하다. 이때 건조는 상기 웨이퍼가 ALD 챔버 내로 이동(S30)하는 동안 에어샤워장치를 통해 이루어지는 것이 가능하다. 또한, 건조는 상기 웨이퍼가 ALD 챔버 내로 이동(S30)하는 동안 적외선 램프에 의해 이루어지는 것이 가능하다.The drying is preferably performed while the wafer is moved (S30) into the ALD chamber in a separate space in which the step of cleaning with hydrofluoric acid (S20) is performed. In this case, the drying may be performed through an air shower device while the wafer is moved into the ALD chamber (S30). In addition, drying may be performed by an infrared lamp while the wafer is moved into the ALD chamber (S30).
상기 불산으로 세정하는 단계(S20)를 거친 웨이퍼가 ALD 챔버 내로 이송(S30)할 때는 ALD 장비 내에 설치된 이송하는 소정의 유닛에 의하여 이루어지는 것이 가능하다.When the wafer passed through the hydrofluoric acid cleaning step (S20) is transferred to the ALD chamber (S30), the wafer may be made by a predetermined unit installed in the ALD equipment.
불산으로 세정하는 단계(S20)를 거친 후의 웨이퍼 표면에는 H원자들이 남아있게 된다. 즉, 불산에 의해 H-terminated 된 후의 웨이퍼는 표면에 존재하는 H 원자들로 인해 ALD 전구체(precursor)인 금속유기화합물 등의 분자와 반응이 잘 일어나지 않게 된다. 그러면 ALD 공정 동안 일부분에서 막이 자라는 등의 반응이 일어나 박막 증착 후 웨이퍼의 표면이 불균일하고 거칠어지게 된다. H atoms remain on the wafer surface after the step of cleaning with hydrofluoric acid (S20). That is, the wafer after H-terminated by hydrofluoric acid does not react well with molecules such as metal organic compounds, which are ALD precursors, due to H atoms present on the surface. Then, during the ALD process, a film grows in a part, and the surface of the wafer becomes uneven and rough after thin film deposition.
챔버 내로 오존가스를 주입하는 단계(S40)는 ALD 챔버 내로 웨이퍼를 이송하는 단계(S30)가 완료된 후 웨이퍼 표면에 존재하는 H 원자층을 오존가스를 이용하여 OH층으로 바꾸어주기 위하여 수행된다. 이는 ALD 박막 증착 시 사용되는 전구체인 금속유기화합물 등과 반응을 좋게 하기 위한 것이다. The step of injecting ozone gas into the chamber (S40) is performed to convert the H atomic layer present on the wafer surface into the OH layer using ozone gas after the step S30 of transferring the wafer into the ALD chamber is completed. This is to improve the reaction with metal organic compounds, which are precursors used in ALD thin film deposition.
실리콘 웨이퍼의 박막 증착 시 ALD 전구체와 실리콘 웨이퍼 표면의 반응이 잘 일어나면 증착되는 박막층의 두께가 일정하게 되어 증착 후 웨이퍼의 표면이 매끄럽게 형성될 수 있다.When the ALD precursor reacts well with the surface of the silicon wafer during thin film deposition of the silicon wafer, the thickness of the deposited thin film layer may be uniform, and thus the surface of the wafer may be smoothly formed after the deposition.
이때 사용되는 오존가스는 ALD 챔버 내에서 일정시간 분위기를 조성하기 위하여 주입되었다가 배출되는 것이 가능하다. 오존가스를 배출하기 위하여 진공펌프 등이 사용되는 것이 가능하다. The ozone gas used at this time can be injected and discharged to create a certain time atmosphere in the ALD chamber. It is possible to use a vacuum pump or the like to discharge the ozone gas.
상기 불산으로 세정하는 단계(S20)가 수행되는 공간과 오존가스가 주입되는 ALD 챔버는 각 공간마다 격벽이 형성되어 그 내부공간이 분리되는 것이 가능하다. In the space where the step of cleaning with hydrofluoric acid (S20) is performed and the ALD chamber into which ozone gas is injected, partitions are formed in each space, and the inner space may be separated.
상기와 같은 실리콘 웨이퍼의 표면 처리 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.
The surface treatment method of the silicon wafer as described above is not limited to the configuration and operation of the embodiments described above. The above embodiments may be configured such that various modifications may be made by selectively combining all or part of the embodiments.
Claims (6)
RCA 세정을 실시하는 단계;
상기 RCA 세정된 실리콘 웨이퍼 표면을 불산(HF)으로 세정하는 단계;
상기 세정된 실리콘 웨이퍼를 ADL 챔버 내로 이동하는 단계; 및
상기 실리콘 웨이퍼가 매입된 ALD 챔버 내에, 오존가스를 주입하여 실리콘 웨이퍼의 표면을 처리하는 단계;를 포함하는, 실리콘 웨이퍼의 표면처리 방법.
In the silicon wafer surface cleaning method,
Performing an RCA clean;
Cleaning the RCA cleaned silicon wafer surface with hydrofluoric acid (HF);
Moving the cleaned silicon wafer into an ADL chamber; And
And treating the surface of the silicon wafer by injecting ozone gas into the ALD chamber in which the silicon wafer is embedded.
상기 실리콘 웨이퍼를 상기 불산(HF)으로 세정하는 단계는 상기 ALD 챔버와 연통되는 소정의 공간에서 이루어지는 것을 포함하는, 실리콘 웨이퍼의 표면처리 방법.
The method of claim 1,
Cleaning the silicon wafer with the hydrofluoric acid (HF) comprises a predetermined space in communication with the ALD chamber.
상기 불산(HF)에 세정된 실리콘 웨이퍼를 상기 ALD 챔버 내로 이송하는 유닛에 의한 것을 포함하는, 실리콘 웨이퍼의 표면처리 방법.
The method of claim 1,
And a unit for transferring the silicon wafer cleaned in the hydrofluoric acid (HF) into the ALD chamber.
상기 웨이퍼를 이송할 때 건조가 이루어지는 것을 포함하는, 실리콘웨이퍼의 표면처리 방법.
The method of claim 3, wherein
Drying is carried out when the said wafer is conveyed, The surface treatment method of the silicon wafer.
상기 건조는 공기분사(에어샤워)로 이루어지는 것을 포함하는, 실리콘 웨이퍼의 표면처리 방법.
The method of claim 4, wherein
And the drying comprises air spraying (air shower).
상기 건조는 적외선 램프로 이루어지는 것을 포함하는, 실리콘 웨이퍼의 표면처리 방법
The method of claim 4, wherein
Wherein said drying comprises an infrared lamp.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020100049043A KR20110129583A (en) | 2010-05-26 | 2010-05-26 | Surface Treatment Method of Silicon Wafer |
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