KR20150013505A - 반도체 웨이퍼의 세정방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼의 세정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 반도체 웨이퍼의 세정방법에 있어서, 평균 Al농도가 1ppb 이하인 합성석영재로 이루어진 세정조 내에, 암모니아 및 과산화수소수를 포함하는 세정액을 채우고, 상기 반도체 웨이퍼를 상기 세정액에 침지시키고, 상기 세정액에 의한 상기 합성석영의 표면 에칭속도가 0.3nm/min 이하가 되도록 하여 상기 반도체 웨이퍼를 세정하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 세정방법이다. 이에 따라, 암모니아·과수 세정액 중의 Al농도를 저농도로 유지하여, 반도체 웨이퍼의 표면 청정도를 향상시킬 수 있는 세정방법이 제공된다.

Description

반도체 웨이퍼의 세정방법{METHOD FOR CLEANING SEMICONDUCTOR WAFER}
본 발명은, 반도체 웨이퍼의 세정방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼의 세정방법으로는, 일반적으로 암모니아와 과산화수소수(이하, 과수라고도 함)를 포함하는 혼합액이 세정액으로서 사용된다. 이 경우의 반도체 웨이퍼의 세정 플로우로는, 예를 들어, 암모니아·과수 세정→순수 린스→염산·과수 세정→순수 린스→건조가 있다. 이 세정방법에서는, 최초의 암모니아·과수 세정액으로 표면부착 유기물과 파티클의 제거를 행하고, 순수 린스로 약품을 씻어낸 후, 다음의 염산·과수 세정액으로 금속 불순물을 제거하고, 재차, 순수 린스로 약품을 씻어낸 후, 건조를 행한다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼의 세정에 이용되는 세정액은, 그 세정효과를 높이기 위하여 60℃에서 80℃로 가온하여 사용되는 경우가 많다. 이 때문에, 세정조에는 순환 여과 시스템이 부착되어, 파티클의 제거와 동시에 히터에 의한 세정액의 온도조절이 행해지고 있다. 또한, 세정액에 포함되는 약품의 증발에 의한 세정액의 농도 저하를 방지하기 위하여, 약액의 농도를 일정하게 제어하고 있는 경우도 있다. 나아가, 파티클의 제거력을 향상시키기 위하여, 초음파 세정을 병용하는 경우도 있다.
또한, 반도체 웨이퍼의 세정방법으로서 사용되는 세정액은 반도체 웨이퍼의 청정도 품질에 직접 영향을 주기 때문에, 세정액 중의 파티클이나 금속 불순물 농도는 엄격하게 관리된다. 마찬가지로, 세정액에 포함되는 약품도 반도체 웨이퍼의 청정도 품질에 직접 영향을 주기 때문에, 파티클이나 불순물이 극한까지 적은 고품질의 약품이 사용된다.
일본특허공개 2005-322714호 공보
반도체 웨이퍼의 세정공정에서 사용되는 암모니아·과수 세정은, 주로 파티클 제거에 사용되지만, 금속 불순물이 반도체 웨이퍼 표면에 잔류하기 쉽다는 문제가 있고, 특히 금속 불순물로서 문제가 되는 것은, 산화막 중에 취입되기 쉬운 Al이다. Al은 세정조 석영재로서 사용되는 천연석영 중에 약 10ppmw 포함되고, 이 Al이 암모니아·과수 세정에 의한 석영표면 에칭에 의해 세정액 중에 용출되어, 반도체 웨이퍼 표면을 오염시킨다.
이에, 보다 표면 청정도가 높은 반도체 웨이퍼를 필요로 하는 경우에는, 그 표면의 Al오염을 저감하기 위하여 합성석영 세정조가 사용되는 경우가 있다(특허문헌 1 참조). 그러나, 이러한 합성석영조를 사용하여도, 석영조 제작시의 용접·열처리에 있어서, Al을 포함한 금속오염이 불가피하기 때문에, 석영 세정조로부터의 Al오염을 없앨 수는 없다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 암모니아·과수 세정액 중의 Al농도를 저농도로 유지하여, 반도체 웨이퍼의 표면 청정도를 향상시킬 수 있는 세정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 반도체 웨이퍼의 세정방법에 있어서, 평균 Al농도가 1ppb 이하인 합성석영재로 이루어진 세정조 내에, 암모니아 및 과산화수소수를 포함하는 세정액을 채우고, 상기 반도체 웨이퍼를 상기 세정액에 침지시키고, 상기 세정액에 의한 상기 합성석영의 표면 에칭속도가 0.3nm/min 이하가 되도록 하여 상기 반도체 웨이퍼를 세정하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 세정방법을 제공한다.
이와 같이, 고순도의 합성석영재를 이용함과 함께, 합성석영의 표면 에칭속도가 0.3nm/min 이하가 되도록 하여 반도체 웨이퍼를 세정함으로써, 암모니아·과수 세정 후의 반도체 웨이퍼의 표면 Al농도가 1×1010atoms/cm2 이하가 되어, 반도체 웨이퍼의 표면 청정도가 개선된다. 나아가, 반도체 웨이퍼의 표면 Al농도를 1×1010atoms/cm2 이하로 하기 위해 필요했었던 반도체 웨이퍼의 산세정을 생략하는 것도 가능하다.
이때, 상기 세정액을 순환시켜 여과 및 항온가열을 행하는 순환 여과장치에 의해, 상기 세정액 중의 암모니아 및 과산화수소수의 각 농도를 일정하게 제어하면서 상기 반도체 웨이퍼를 세정하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 세정액 중의 암모니아 및 과산화수소수의 각 농도를 일정하게 제어하면서 반도체 웨이퍼를 세정함으로써, 합성석영의 표면 에칭속도를 확실하게 소정값으로 제어하여, 반도체 웨이퍼의 세정효과를 높일 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따르면, 암모니아·과수 세정 후의 반도체 웨이퍼의 표면 Al농도를 1×1010atoms/cm2 이하로 하는 것이 가능해지므로, 반도체 웨이퍼의 표면 청정도가 개선되고, 또한, 반도체 웨이퍼의 표면 Al농도를 1×1010atoms/cm2 이하로 하기 위한 산세정을 생략할 수도 있으므로, 보다 저비용, 또한 보다 단시간에 청정도가 높은 반도체 웨이퍼를 얻을 수 있다.
도 1은, 실시예 및 비교예에 있어서의, 세정 실험 전의 반도체 웨이퍼의 표면 금속 불순물(Al) 농도를 조사하기 위해 반도체 웨이퍼에 실시하는 처리의 플로우도이다.
도 2는, 실시예 및 비교예에 있어서의, 세정 실험의 세정 플로우도이다.
도 3은, 본 발명에 있어서의, 반도체 웨이퍼의 세정방법을 실시할 수 있는 장치이다.
이하, 본 발명에 대하여, 실시태양의 일 예로서, 도면을 참조하면서 상세하게 설명하나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 반도체 웨이퍼의 세정방법을 실시하기 위한 장치의 일 예를 나타낸 개략도이다. 도 3에서는, 세정조(2) 내에 세정액(3)을 채우고, 반도체 웨이퍼(1)를 세정액(3)에 침지시켜, 반도체 웨이퍼(1)를 세정하고 있다. 이때, 세정액(3)을 여과장치(5)를 통해 순환시킴으로써, 세정액 중의 약액의 각 농도를 일정하게 제어하고 있다. 또한, 세정조(2) 내의 세정액(3)을 가열하기 위한 가열장치(4)에 의해, 세정액(3)의 액온을 일정하게 제어하고 있다. 이 세정장치(6)에 있어서, 세정조(2)는 평균 Al농도가 1ppb 이하인 합성석영으로 형성되어 있다.
이러한 장치를 이용하여, 본 발명은, 반도체 웨이퍼의 세정방법에 있어서, 평균 Al농도가 1ppb 이하인 합성석영재로 이루어진 세정조 내에, 암모니아 및 과산화수소수를 포함하는 세정액을 채우고, 반도체 웨이퍼를 세정액에 침지시키고, 세정액에 의한 합성석영의 표면 에칭속도가 0.3nm/min 이하가 되도록 하여 반도체 웨이퍼를 세정하는 반도체 웨이퍼의 세정방법이다.
이와 같이, 고순도의 합성석영을 이용함과 함께, 합성석영의 표면 에칭속도가 0.3nm/min 이하가 되도록 하여 반도체 웨이퍼를 세정함으로써, 암모니아·과수 세정 후의 반도체 웨이퍼 표면의 Al농도가 1×1010atoms/cm2 이하가 되어, 반도체 웨이퍼의 표면 청정도가 개선된다. 나아가, 반도체 웨이퍼의 표면 Al농도를 1×1010atoms/cm2 이하로 하기 위해 필요했었던 반도체 웨이퍼의 산세정을 생략하는 것도 가능하기 때문에, 보다 저비용, 또한 보다 단시간에 청정도가 높은 반도체 웨이퍼를 얻을 수 있다.
이 산세정은, 산성의 약액을 이용한 세정에서, IC 제조에 있어서의 웨이퍼 세정에 널리 이용되고 있는데, 본 발명에 있어서의 반도체 웨이퍼의 세정방법에서는, 상기 서술한 바와 같이, 세정 후의 반도체 웨이퍼의 표면 Al농도를 1×1010atoms/cm2 이하로 할 수 있으므로, 반도체 웨이퍼의 산세정을 생략할 수 있다. 단, 본 발명에서는, 필요에 따라 산 세정을 행해도 되며, 이러한 경우를 배제하는 것은 아니다.
또한, 도 3에 나타내는 바와 같은 세정장치(6)에 의해, 세정액(3)을 여과장치(5)를 통과하여 순환시켜 여과하고, 다시 합성석영으로 이루어진 세정조(2) 내의 세정액(3)을 가열장치(4)에 의해 항온가열함으로써, 세정액(3) 중의 암모니아 및 과산화수소수의 각 농도를 일정하게 제어하면서 반도체 웨이퍼(1)를 세정하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 세정액 중의 암모니아 및 과산화수소수의 각 농도 및 액온을 일정하게 제어하면서 반도체 웨이퍼를 세정함으로써, 세정액에 의한 합성석영으로 이루어진 세정조의 표면이 에칭되는 속도를 확실하게 0.3nm/min 이하로 할 수 있는 반도체 웨이퍼의 세정효과를 높일 수 있다.
한편, 본 발명에서의 세정되는 반도체 웨이퍼는 특별히 한정되지 않으나, 실리콘 웨이퍼 이외에, 게르마늄과 같은 원소 반도체나 GaAs, InP와 같은 화합물 반도체 등에서도 사용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
직경이 300mm인 양면을 경면으로 마무리한 청정한 실리콘 단결정의 웨이퍼를 준비하였다. 이 실리콘 웨이퍼는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 암모니아·과수 세정을 행한 후, 연속적으로 희불산에 의한 세정을 행하고, 다시 그 실리콘 웨이퍼 표면에 청정한 산화막을 형성하기 위해 오존수로 처리를 한 후, 건조를 행하였다.
그 후, 이 청정한 실리콘 웨이퍼의 표면 금속 불순물(Al) 농도를 조사하기 위하여, 불산에 의한 실리콘 웨이퍼의 표면 금속 불순물(Al)의 회수를 행하고, 이 회수액을 ICP-MS 분석장치로 정량분석을 행하였다. 그 분석 결과, 실험 전의 실리콘 웨이퍼 표면 금속 불순물(Al) 농도는, 모두 N.D.(검출 하한값 이하)였다.
다음에, 합성석영 세정조에서의 실리콘 웨이퍼의 세정 실험을 행하였다. 이 세정 실험은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 먼저 실리콘 웨이퍼를 합성석영 세정조에 채워진 암모니아·과수 세정액에 침지하고 세정하였다. 이때, 세정 조건으로서, 암모니아·과수 세정액의 약액 조성(혼합비율)을 암모니아:과수:순수=1:1:10으로 하였다. 또한, 세정액 온도는 50℃로 하여, 세정 중의 암모니아·과수 세정액에 의한 합성석영의 에칭속도를 0.3nm/min로 하였다. 한편, 암모니아·과수 세정은, 상기 세정액의 작성 후에 온도조절·순환 여과를 4시간 행한 후에 5min 실시하고, 합성석영 세정조 중의 평균 Al농도는 0.5ppb인 것을 사용하였다.
그 후, 암모니아·과수 세정을 실시한 실리콘 웨이퍼에 순수 린스를 행하고, 다시 순수 린스를 행한 실리콘 웨이퍼를 건조시켰다.
상기 세정 실험의 종료 후에, 해당 합성석영조의 석영 중에 포함되는 Al농도를, 합성석영조로부터 분석샘플을 꺼내어, 불산에 의한 용해를 행한 후, ICP-MS로 분석을 행하여 실리콘 웨이퍼 표면 금속 불순물(Al) 농도를 산출하였다.
(실시예 2)
암모니아·과수 세정액에 의한 실리콘 웨이퍼의 세정 실험시에, 세정액 온도는 40℃로 하고, 세정 중의 암모니아·과수 세정액에 의한 합성석영의 에칭속도를 0.2nm/min로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 세정 실험을 행하여, 실험 종료 후에 합성석영조의 실리콘 웨이퍼 표면 금속 불순물(Al) 농도를 산출하였다.
(실시예 3)
암모니아·과수 세정액에 의한 실리콘 웨이퍼의 세정 실험시에, 평균 Al농도가 1.0ppb 포함된 합성석영조를 세정조로서 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 세정 실험을 행하여, 실험 종료 후의 실리콘 웨이퍼 표면 금속 불순물(Al) 농도를 산출하였다.
(비교예 1)
암모니아·과수 세정액에 의한 실리콘 웨이퍼의 세정 실험시에, 평균 Al농도가 10ppm 포함된 천연석영조를 암모니아·과수 세정조로서 사용하고, 세정액 온도는 80℃로 하여, 세정 중의 암모니아·과수 세정액에 의한 합성석영의 에칭속도를 0.7nm/min로 한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 세정 실험을 행하여, 실험 종료 후의 실리콘 웨이퍼 표면 금속 불순물(Al) 농도를 산출하였다.
(비교예 2)
암모니아·과수 세정액에 의한 실리콘 웨이퍼의 세정 실험시에, 평균 Al농도가 2.0ppb 포함된 합성석영조를 암모니아·과수 세정조로서 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 세정 실험을 행하여, 실험 종료 후의 실리콘 웨이퍼 표면 금속 불순물(Al) 농도를 산출하였다.
(비교예 3)
암모니아·과수 세정액에 의한 실리콘 웨이퍼의 세정 실험시에, 세정액 온도는 50℃로 하고, 세정 중의 암모니아·과수 세정액에 의한 합성석영의 에칭속도를 0.3nm/min로 한 것을 제외하고는, 비교예 2와 동일하게 세정 실험을 행하여, 실험 종료 후의 실리콘 웨이퍼 표면 금속 불순물(Al) 농도를 산출하였다.
이하, 표 1, 2에, 실시예 1~3 및 비교예 1~3에 있어서의, 실리콘 웨이퍼의 세정 조건 및 실리콘 웨이퍼 세정 후의 웨이퍼 표면 금속 불순물(Al) 농도를 분석한 결과를 각각 정리하였다.
[표 1]
Figure pct00001

[표 2]
Figure pct00002

이상, 실시예 1~3으로부터, 반도체 웨이퍼를 세정할 때에, 평균 Al농도가 1ppb 이하인 합성석영재로 이루어진 세정조에 암모니아·과수를 포함하는 세정액을 채우고, 그 세정액에 반도체 웨이퍼를 침지시키고, 그 세정액에 의한 합성석영의 표면 에칭속도가 0.3nm/min 이하가 되는 조건으로 하여 반도체 웨이퍼를 세정함에 따라, 암모니아·과수 세정 후의 반도체 웨이퍼의 표면 Al농도를 1×1010atoms/cm2 이하로 할 수 있는 것을 알게 되었다.
한편, 비교예 1, 2에서는, 반도체 웨이퍼를 세정할 때에, 평균 Al농도가 1ppb보다 큰 석영재(비교예 1은 천연석영, 비교예 2는 합성석영)로 이루어진 세정조에 암모니아·과수를 포함하는 세정액을 채우고, 그 세정액에 반도체 웨이퍼를 침지시키고, 그 세정액에 의한 석영의 표면 에칭속도가 0.3nm/min보다 큰 속도로 반도체 웨이퍼를 세정함에 따라, 암모니아·과수 세정 후의 반도체 웨이퍼의 표면 Al농도를 1×1010atoms/cm2 이하로 할 수 없었다.
또한, 비교예 3에서는, 암모니아·과수를 포함하는 세정액에 의한 합성석영의 표면 에칭속도가 0.3nm/min로 반도체 웨이퍼를 세정하였지만, 평균 Al농도가 1ppb보다 큰 합성석영재로 이루어진 세정조를 이용함에 따라, 비교예 1, 2와 마찬가지로, 암모니아·과수 세정 후의 반도체 웨이퍼의 표면 Al농도를 1×1010atoms/cm2 이하로 할 수 없었다.
또한, 실시예 1~3 및 비교예 1~3에서는, 석영조의 에칭속도를 암모니아·과수 세정을 행할 때의 세정액의 온도에서 변화시키고 있으나, 세정액에 포함되는 암모니아와 과수의 혼합비에 의한 조성을 변경하더라도, 마찬가지로 석영조의 에칭속도를 변화시킬 수 있다.
한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는, 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (2)

  1. 반도체 웨이퍼의 세정방법에 있어서,
    평균 Al농도가 1ppb 이하인 합성석영재로 이루어진 세정조 내에, 암모니아 및 과산화수소수를 포함하는 세정액을 채우고, 상기 반도체 웨이퍼를 상기 세정액에 침지시키고, 상기 세정액에 의한 상기 합성석영의 표면 에칭속도가 0.3nm/min 이하가 되도록 하여 상기 반도체 웨이퍼를 세정하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 세정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세정액을 순환시켜 여과 및 항온가열을 행하는 순환 여과장치에 의해, 상기 세정액 중의 암모니아 및 과산화수소수의 각 농도를 일정하게 제어하면서 상기 반도체 웨이퍼를 세정하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 세정방법.
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