KR930005440B1 - 절연막의 선택적 제거방법 - Google Patents

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다이닛뽕 스쿠린 세이소오 가부시키가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

절연막의 선택적 제거방법
제1도는 본 발명의 하나의 실시예에 의한 방법으로 실시하기 위한 장치의 개략도.
제2도는 HF가스, 수증기 N2가스등을 챔버에 공급하기 위한 장치의 개략도.
제3도는 본 발명에 의한 방법에 대하여 실행된 실험에 사용한 실험장치의 구성을 나타내는 개략도.
제4도는 실리콘웨이퍼의 표면온도와 열적산화막의 엣칭속도와의 관계를 나타내는 그래프.
제5도 및 제6도는 본 발명을 실시하기 위한 장치를 나타내는 수직단면의 개략도.
제7도 및 제8도는 제5도 및 제6도에 도시된 장치를 사용하여 확인한 절연막의 엣칭속도와 웨이퍼표면으로 부터의 불화수소산 증기의 온도차와의 관계를 나타내는 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 외용기 12 : 내관
14,22,26 : 공급구 16,24,28,44,48 : 배기구
18 : 웨이퍼 가열실 W : 웨이퍼
20 : 증기 가열실 30 : 자외선 조사램프
32 : 앤드 포인트 센서 34,36 : 온도제어장치
38 : 가스공급장치 40 : 실린더
46 : 용기 50 : 온도센서
102 : 불화수소산 탱크
104,106,108,110,112,114,116,118,130,132 : 관로
122 : 레벨제어장치 124,134,136 : 온도제어장치
42,126,156 : 가열기 128 : 펌프
14 : 질량유량제어장치 141,142,146,150 : 밸브
152 : 온도센서 158 : 압력계기
201 : 용기 201a : 개구부
202 : 불화수소탱크 202a : 탱크의 저벽
203 : 덮개 204 : 증기발생부
205 : 내부용기 205a : 개구부
206 : 웨이퍼 지지장치 207 : 증기공급부
208 : 열판 209 : 지지축
210 : 모터 211 : 벨트전동장치
212 : 진공흡입통로 217 : 샷터
217a : 모터 218 : 이송기구
219 : 열수배관 221 : 열수통로
222 : 열수공급관 223 : 열수배출관
224 : 오버플로워통로 225 : 자동절환밸브
226 : 공급관 227,239,241 : 밸브
228 : 증기공급통로 233 : 캐리어 가스공급관
235 : 혼합가스공급관 237 : 증기분산 다공판
238 : 증기공간부 240,242 : 배기관
본 발명은 실리콘웨이퍼의 표면, 다결정 실리콘막의 표면 및 비결정 실리콘막의 표면등(이하 이들표면을 실리콘층 표면이라 총칭한다)의 표면상에 형성된 실리콘 자연산화막과 같은 절연막을 제거하기 위한 방법에 관한 것으로, 특히 실리콘 자연산화막과 같이 반도체 장치를 형성하는 실리콘 열산화(th-SiO2) 막, 질화실리콘(SiN2)막. 인. 도프. 그라스(PSG)막, 붕소. 인. 도프 그라스(BPSG)막, 비소. 도프. 그라스(AsSG)막과 같은 절연막을 선택적으로 제거하기 위한 방법에 관한 것이다.
상기한 PSG막은 P2O2의 이층산화막이며 일반적으로 CVD(기상성장)법에 의하여 SiH4+O2+PH3가스시스템 내에서 증착되며, 반면에 BPSG막은 B2O3-P2O5-SiO2의 3층 산화막으로서 일반적으로 CVD법에 의하여 SiH4+O2+PH3+B2H6가스시스템 내에서 증착된다.
반도체장치의 제조과정에 있어서는 각종의 오염이 발생되어 상기 반도체장치의동작특성에 악영향을 주게 된다. 상기 오염중의 하나는 실리콘층 표면상에 형성되는 실리콘자연산화막이다.
실리콘자연산화막은 단지 실리콘층의 표면을 대기중에 노출시키는 것만으로 실리콘층 표면상에 10내지 20Å두께로 용이하게 형성된다. 또한 상기 실리콘자연산화막은 또한 반도체장치의 제조과정에 있어서 세정 및 엣칭단계에서 2차적으로 형성된다.
박막의 게이트산화막의 전기특성은, 예를들면, 실리콘웨이퍼의 전처리의 결과에 따라서 상당히 크게 영향을 받는 것으로 잘 알려지고 있다. 따라서, 반도체장치 제조과정에 있어서 실리콘웨이퍼상에 게이트산화막과 같은 산화막을 형성하기 위하여, 실리콘웨이퍼의 표면으로 먼저 실리콘 자연산화막을 제거하는 것이 필요하다.
또한 소오스, 드레인등과 같은 전극이 형성되어질 실리콘웨이퍼의 표면상에 실리콘자연산화막층이 형성되어 있으면 정상적인 전극기능이 이루어질 수 없음도 잘 알려지고 있다. 금속전극을 형성하는 경우에 있어서는 접촉저항을 억제시키기 위하여 실리콘층 표면에서 완전히 실리콘자연산화막을 제거하여 주어야 한다. 또한, 실리콘의 에피택셜 성장을 효과적으로 하는 경우에 있어서도 실리콘층 표면으로 부터 실리콘자연산화막을 미리 제거시키는 것이 필요하다.
따라서, 실리콘층 표면에 형성되어 있는 실리콘자연산화막층은, 반도체장치의 제조과정 특히, 기상장(CVD)이나 스피더링에 의하여 막을 형성하기전에 반드시 제거되어야 한다.
실리콘층표면으로 부터 실리콘자연산화막을 제거하기 위하여 불화수소(HF)가스를 사용하는 방법이 최근에 검토되어 왔다. 예를들면, 국제특허출원(PCT/US/01508)에 의한 일본국특허공보 제62-502930호에서 다음과 같은 방법이 제안되어 있다. 이 발명의 방법에 의하면, 무수 불화수소가스가 수증기(H2O)와 함께 실리콘웨이퍼의 표면으로 공급되며, 실리콘웨이퍼 표면은 이들 가스 및 수증기에 노출된다.
그 결과로 높은 습도의 분위기하에서 여러가지의 실리콘산화막이 제거될 수 있다.
그러나 반도체장치의 제조과정에 있어서, 실리콘웨이퍼의 표면에 대하여 각종의 박형성처리가 행하여진다. 따라서 실리콘표면상에는 상기 실리콘자연산화막 뿐만 아니라 실리콘산화막, 질화실리콘막, PSG막, BPSG막 및 AsSG막과 같은 실리콘 절연막이, 열산화법, CVD법 및 기타의 다른 방법에 의하여 형성된다. 상기한 특허공보에 개시되어 있는 방법에 의하면, 실리콘 자연산화막 뿐만 아니라 특별히 웨이퍼상에 형성시켜 놓은 실리콘 절연막까지도 일제히 웨이퍼 표면으로 부터 제거되어 버리게 된다.
실리콘웨이퍼만은 아니고 갈리움비소와 같은 웨이퍼상에 있어서 (이들 웨이퍼를 이하 “웨이퍼”라 총칭한다), 웨이퍼상에 이미 형성되어 있는 다결정 실리콘막이나 또는 비경질 실리콘막상에 또다시 어떤 막인가를 형성시켜 놓을 수도 있다.
이경우에 있어서도 또한 상기 다결정 실리콘 막의 표면이나 또는 비결정 실리콘의 표면상에 형성되어 있는 실리콘 자연산화막을 미리 제거하는 것이 필요하다.
상기한 바의 관점에서, 실리콘 자연산화막을 선택적으로 제거하기 위한 방법이 이미 제안된 바 있다. 예를들면, 이와같은 방법은 “별책 닉케이 마이크로 디바이스 No.2(Special Issue No.2 of Nikke Device)”(닉케이 맥크로힐(Nikkei-Mcgraw-Hill)의 1988년 10월 발생, 202-207페이지)이나, “서브미크론 ULSI 프로세스 기술(Submicron ULSI process Technology)”[초 LSI 울트라클린 테크놀리지 심포지움 No. 7의 예고집(paper prepaed for ultra cleen technology symposium No. 7), 리얼라이스 캄파니(realize company)1988.7.발행, 173-193페이지]에 개시되어 있다.
이들 방법은 어떤 농도이상에는 실리콘 산화막이 엣칭되나 어떤 농도이하에서는 엣칭이 전혀 일어나지 않는 HF와 수증기(H2O) 성분이 경계농도가 존재한다는 사실과 실리콘 자연산화막과 실리콘 열산화막등의 사이에는 경계농도가 다른다는 사실을 이용하고 있다.
이들 방법에 의하면, 희석용 질소(N2)가스중의 HF 가스농도는 분위기중의 H2O성분의 농도가 극히 낮은 조건하에서 제어되도록 하여서 실리콘웨이퍼 표면으로 부터 실리콘 자연산화막을 선택적으로 제거하도록 하고 있다.
그러나, 상기한 방법들에 의하면, 질소(N2)가스로 HF 가스를 정확하게 희석하여서 수 볼륨 %농도의 희석 HF 가스를 생성시키고, 분위기에 H2O를 극히 감소시켜 주어야 하는등의 필요가 있기 때문에, 장치 전체의 구조가 복잡하게 되고 이 장치를 제어하는 것이 용이하지 않게 된다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 비교적 간단하고 용이한 방법으로 소망의 절연막을 선택적으로 제거하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 하나의 목적은 분위기에서 물을 상당히 감소시킴이 없이 제2절연막에 대하여 제1절연막을 선택적으로 제거하기 위한 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 HF 가스를 정확하게 희석시킬 필요없이 HF 가스로 소정의 절연막을 선택적으로 제거할 수 있도록 하기 위한 것이다.
본 발명의 또다른 하나의 목적은 HF와 H2O의 혼합비에 관계없이 HF 가스와 수증기의 혼합가스를 사용하여 소정의 절연막을 선택적으로 제거하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 의한 발명은, 불화수소와 수증기를 포함하는 증기를 마련하고, 제1절연막과 제2절연막에 의하여 결정되는 소정범위만큼 웨이퍼 표면온도보다 상기 증기의 온도를 비교적 더 높게 유지하며, 상기 증기를 상기 웨이퍼 표면으로 공급함으로서, 제1절연막이 불화수소에 의하여 상기 제2절연막에 대하여 선택적으로 엣칭되어 제거되는 단계들을 포함하고 있다.
상술한 방법에 의하면, 예를들어, 실리콘 자연산화막의 제거는 다음과 같은 방법으로 진행한다. 불화수소산증기가 실리콘층 표면으로 공급될 때, 불화수소산증기는 실리콘층 표면에 흡착된다. 실리콘층 표면상에 형성되어 있는 실리콘 자연산화막은, H2O의 존재하에서, 다음과 같은 화학식으로 나타내는 반응에 의하여 엣칭된다.
SiO2+GHF→H2SiF6+2H2O
상기 반응에 의하여, 불화규소산(H2SiF6)이 형성된다. 이 형성된 H2SiF6은, 실리콘자연산화막 표면을 피복하는 액체막중에 고농도로 존재하게 된다. 그러나 H2SiF6는 SiF4및 HF 가스로 분할되고 즉시 증발되어서 (H2SiF6→SiF4↑+2HF↑) 실리콘층 표면에서 제거된다.
본 발명에 의한 방법에 있어서, 실리콘층 표면의 온도는 10℃에서 50℃까지, 바람직하기로는 12℃에서 40℃만큼 불화수소산의 온도보다 더 높게 유지된다. 불화수소산 증기가 실리콘층 표면으로 공급될때, 실리콘층 표면상으로의 불화수소산의 응축이 억제된다.
이와 같은 상황에서, 실리콘층 표면상에 형성되어 있는 실리콘자연산화막의 엣칭에 있어서는 상술한 식으로 나타낸 반응은 그 진행에 그렇게 방해받지 않게 되나, 다른 실리콘 절연막의 엣칭반응은 거의 중지된다.
실리콘자연산화막과 다른 실리콘 절연막의 반응에 있어서의 이와같은 차이에 대한 이유는 현재에는 명백하게 알려져 있지는 않지만, 이들 양자 막의 품질에 있어서의 차이, 혹은 이들 양자의 막중의 수분량의 차이, 혹은 산화막상에 흡착하고 있는 물분자의 영향중의 어느 하나에 의한 것이 아닌가 생각되어진다.
상기한 메카니즘에 대한 상세한 설명은 그렇다 하더라도, 본 발명에 의하면 상술한 바와같이 실리콘자연산화막이 실리콘층 표면에서 선택적으로 엣칭되어 제거된다.
본 발명에 의하면, 실리콘 열산화막에 대한 실리콘 자연산화막 뿐만 아니라 실리콘열산화막과 같은 제2절연막에 대하여 PSG막과 같은 제1절연막도 선택적으로 제거되는 것이 가능하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
제1도를 참조되는 바와 같이, 실리콘층 표면상에서 실리콘자연산화막을 제거하는 본 발명에 의한 방법을 적응시키기 위한 장치는, 외측으로 부터 내측을 기밀(氣密)로 격리시키기 위한 외용기(10)와, 상기 외용기(10)를 관통하고 가스 및 증기의 공급구(14) 및 배기구(16)를 가진 내관(12)과, 내관(12)의 공급구(14)로 N2가스, HF가스 및 수중기를 공급하기 위한 가스공급장치(38)를 포함하고 있다.
상기 내관(12)의 도중부분에는 외용기(10)내에서 개구되는 개구부를 가지고 있다. 이 개구부내에 웨이퍼가 열실(18)과 증기가열실(20)이 서로 대향되어 설치되어 있다. 웨이퍼 가열실(18)은 가열공기의 공급구(22)와 배기구(24)가 형성되어 있다.
또한 증기가열실(20)도 가열공기의 공급구(26)와 배기구(28)가 형성되어 있다.
증기가열실(20)은 기밀하게 밀폐되어 있다. 자외선조사램프(30) 및 엔드포인트센서(end point sensor)(32)가 증기가열실(20) 내측에 설치되어 있다.
내관(12)의 개구부와 면하고 있는 웨이퍼 가열실(18)의 개구부에서, 세정되어질 실리콘웨이퍼(W)가 그의 세정되어질 표면(도면에서 상측 표면)을 내관(12)의 통로측으로 향하여지게 하여 재치되어 있다. 이 실리콘웨이퍼(W)는 웨이퍼 가열실(18)과내관(12)를 서로 통하지 않도록 격리시키고 있다. 가스 및 증기의 내부유로는 내관(12), 실리콘웨이퍼(W) 및 실리콘웨이퍼(W) 대향하고 있는 증기가열실(20)의 벽에 의하여 형성된다.
웨이퍼 가열실(18)에는, 소정온도로 실리콘 웨이퍼(W)의 표면을 유지시키기 위한 온도제어장치(34)가 부설되어 있다. 또한 증기가열실(20)에도, 소정온도로 내관(12)의 증기를 유지시키기 위한 온도제어장치(36)가 설치되어 있다.
제2도에 도시된 바와같이, 가스공급장치(38)는 처리에 사용되는 불화수소산을 저장하기 위한 불화수소산 탱크(102)가 구비되어 있다. 그리고 이 불화수소산 탱크(102)에는 관로(flow line)(104, 106)가 연결되어 있다. 배출용 관로(116)와 연통하는 개구부가 불화수소산 탱크(102)의 저면에 형성되어 있다. 펌프(128)는 관로(130, 132)를 통하여 불화수소산 탱크(102)에 접속되어 있다. 또한 펌프(128)는 불화수소산 탱크(102)내의 불화수소산을 교반하기 위하여 사용된다.
온도센서(152), 가열기(126) 및 관로(120)가 불화수소산 탱크(102)내에 설치되어 있으며, 온도센서(152), 가열기(126) 및 관로(120)는 온도제어장치(124)에 접속되어 있다.
관로(120)는 냉수의 통로로 사용되고 불화수소산 탱크(102)내에서는 나선형으로 되어 있으며 관로(118)를 통하여 관로(116)에 접속되어 있다.
또한 불화수소산 탱크(102)는 레벨제어장치(122)가 구비되어 있는데, 이 레벨제어장치(122)는 불화수소산 탱크(102)내에서 불화수소산의 레벨을 조절하기 위한 것이다.
그리고, 불화수소산 탱크(102)에는, 압력계기(158)가 설치되어 있으며, 관로(106)내에 부착된 밸브(142)와 불화수소산 탱크(102)의 배출용 관로(110)에 부착된 밸브(146)를 제어하는데 사용되고, 이것에 의해 불화수소산 탱크(102)내의 압력을 제어하게 된다.
온도제어장치(124)는 온도센서(152)로 측정되는 불화수소산의 온도에 반응하고, 관로(120)의 밸브(150) 및 히터(126)을 제어함으로서 상기 탱크(102)내의 불화수소산의 온도를 조절한다.
관로(106)에는 질량유량제어장치(140), 가열기(156) 및 가열기(156) 제어용 온도제어장치(136)가 설치되어 있다. N2가스는 도시되지 않은 가스공급원으로 부터 관로(106)로 공급된다.
또한 가스공급장치(38)는 도시되지 않은 공급원으로 부터의 N2가스를 흐르게 하는 관로(112)가 설치되어 있다. 탱크(102)에 접속된 관로(108)는 관로(112)에 합쳐져서 공급구(14)와 연통하는 관로(114)를 형성한다. 관로(112)상에는 질량유량 제어장치(138), 밸브(141), 가열기(154) 및 가열기(154)를 제어하기 위한 온도제어장치(134)가 설치되어 있으며, 관로(108)에는 밸브(144)가 설치되어 있다.
밸브(141, 144)를 조정함으로서 관로(112)를 통하여 공급되는 N2가스나 또는 탱크(102)로 부터 공급되는 불화수소산에 내관(12)의 공급구에 선택적으로 공급된다.
제1도에 도시된 바와같이, 엔드포인트센서(32)는 처리의 종료점(end point)을 검출하는데 사용된다. 일반적으로, 앤드포인트센서(32)는 도시하지 않는 광 투사화이버(light pucyeeting fifter)및 광수광 화이버가 구비되어 있다.
광투사 화이버는 간섭성 비임(caherent beam)을 실리콘웨이퍼(W)의 표면에 인가시키기 위해 사용된다. 간섭성비임은 실리콘웨이퍼(W)상의 막의 상측표면 및 막의 하측표면상에서 반사된다. 반사된 비임은 광수신 화이퍼로 수신된다. 이 두개의 반사된 비임은 그의 광로차에 기인하여 간섭을 일으키게 된다. 이 광로차는 막두께의 2배이기 때문에 반사된 비임의 밀도를 검사함으로서 처리의 진행단계를 알수 있게 된다. 일반적으로, 반사된 비임은 포토다이오등에 의하여 전압으로 변환되고 그 레벨의 변동이 검사되어서 처리의 종료점이 검출되게 된다.
상술한 장치를 이용하여 실리콘웨이퍼상의 실리콘 자연산화막을 제거하기 위하여서는, 먼저, 실리콘웨이퍼(W)가 외용기(10)내로 공급된 후, 제1도에 도시된 기설정위치내에 재치된다. 웨이퍼(W)의 공급은 진공흡착등에 의하여 웨이퍼(W)를 보지할 수 있는 기계적인 콘베어등에 의하여 행하여 진다. 자외선 조사램프(30)는 실리콘웨이퍼(W)의 표면상으로 자외선을 방출한다.
자외선에 의하여 여기된 산소가 분해되어서 실리콘웨이퍼(W)의 표면에 흡착되어 있는 유기질 불순물을 제거한다. 자외선 조사에 의하여 얻어지는 이들 특징에 대하여서는, 예를들면, 일본국 공개특허 제63-33824호에 개시되어 있다.
N2가스는 공급구(14)를 통하여 내관(12)으로 도입되고 이 내관(12)은 N2가스에 의하여 정화된다. 내관(12)으로의 N2가스의 도입은 제2도에 도시된 밸브(141)를 열고, 밸브(144)를 폐쇄시킴으로서 행하여 진다. 실시예에서는 N2가스가 사용되었지만, 처리되는 실리콘 웨이퍼 표면 및 처리실의 내벽에 대하여 비활성인 경우에는 어느 가스도 사용될 수 있다.
내관(12)이 N2가스에 의하여 정화되고 있는 동안, 가열공기가 공급구(22)를 통하여 웨이퍼가열실(18)로 도입되어서 실리콘웨이퍼(W)가 가열된다. 실리콘웨이퍼(W)의 표면온도(Ts)는 온도제어장치(34)에 의하여 조절되어서 그후에 내관(12)으로 도입되는 불화수소산의 온도(Tv)보다도 20℃이상 더 높게 된다. 그래서 Ts-Tv＞20℃의 관계가 유지된다. 온도제어장치(34)는 웨이퍼(W)의 표면온도를 측정하고, 이 측정값에, 근거하여 공급구(22)를 통하여 웨이퍼가열실(18)로 공급되는 가열공기의 온도를 제어한다.
제2도를 참조하면, 밸브(141)가 닫혀지고 밸브(144)가 열려질때, N2가스대신에 불화수소산(HF/H2O) 증기가 공급구(14)를 통하여 내관(12)으로 도입된다. 온도제어장치(36)는 공급구(26)를 통하여 증기가열실(20)로 공급되는 증기온도를 측정한다. 온도제어장치(36)는 이 측정온도값에 근거하여 가열공기의 온도를 제어한다. 그래서 내관(12)으로 도입된 불화수소산 증가는 온도제어장치(36)에 의하여 소정온도에서 일정하게 유지된다.
불화수소산 증기가 내관(12)으로 도입되고, 실리콘웨이퍼(W)의 표면이 이 불화수소산 증기에 노출된다. 그 결과 실리콘웨이퍼(W)상에 형성되어 있는 실리콘 자연산화막이 엣칭되어서 실리콘웨이퍼(W)의 표면으로 부터 제거된다. 이때에, 실리콘웨이퍼(W)의 표면온도는 불화수소산 증기의 온도보다 20℃이상으로 더 높게 유지된다. 그래서, 실리콘웨이퍼(W)의 표면상으로의 불화수소산 증기의 응축이 억제된다. 실리콘열산화막이나 CVD법에 의한 실리콘산화막등의 엣칭은 거의 진행되지 않는다.
실리콘 자연산화막이 실리콘웨이퍼(W)의 표면에서 제거된 후에, 관로가 절환되어서 다시 N2가스가 내관(12)으로 도입된다. 그래서 내관(12)은 N2가스로 정화된다. 실리콘 자연산화막 제거의 완료는, 진술한 바와같이, 엔드포인트센서(32)를 모니터함으로서 검출된다.
내관(12)이 N2가스로 정화되고 있는 동안, 자외선(파장, 184.9nm, 253.7nm)이 자외선 조사램프(30)에서 실리콘웨이퍼(W)의 표면으로 조사된다. 그결과 잔여의 불소(F)가 웨이퍼(W)의 표면에서 제거된다. 다시 내관(12)이 소정기간동안 N2가스에 의하여 정화된 후 실리콘웨이퍼(W)가 도시하지 않은 이송기구에 의하여 외용기(10)로 부터 꺼내어진다.
제1도에 도시된 장치에서, 자외선 조사램프(30) 및 엔드포인트센서(32)가 설치되어 있는 증기가열실(20)은 내관(12)의 내측과 면하고 있는 부분에 투명부를 형성시킬 필요가 있다.
따라서, 이 부분의 간막이 벽은 석영유리로 형성되어 있다. 일반적으로 석영유리는 불화수소산 증기로 부식된다. 이와같은 부식을 방지하기 위하여 불화수소산 증기온도보다 20℃ 이상 더 높게 석영유리의 간막이 벽의 표면온도를 유지시켜 주는 것이 필요하다.
증기공급구(14)를 통하여 공급되는 증기는 불화수소가스와 수증기의 혼합물이어도 된다. 불화수소와 수증기를 포함하고 있는 한 어느 혼합가스를 사용하여도 상관없다.
후술하는 바의 실험이 상술한 장치와 기본적으로 동일구조를 가지는 실험장치를 사용하여 수행되었다.
제3도에 도시되어 있는 바와같이, 이들 실험에 사용된 장치는, 가열기(42)와 배기구(44)가 형성되어 있고 그 정부에 개구부가 형성된 웨이퍼가열 실린더(40)와, 불화수소산(L)이 수용되고 배기구(48)가 형성된 용기(46)를 구비하여 구성되어 있다.
실린더(40)의 정부의 개구부에 웨이퍼(W)가 부착되어 있다. 온도센서(50)의 검출선단이 웨이퍼(W)의 표면에 접촉되어 있다. 웨이퍼 가열실린더(40)의 정부는 용기(40)내에서 경사지게 삽입되어 있고, 실린더(40)는 기밀하게 용기(46)내에 위치되어 있다.
이 장치가 도시되지 않은 통풍실에 설치되어 있다. 통풍실은 위험한 화학실험등을 수행할 때에 사용되는 국부적인 배기실이다. 통풍실 외부에 있는 조작자가 통풍실내에 설치된 장치를 조작한다. 이 목적을 위해 작업용 개구부가 통풍실의 전면에 형성되어 있다. 통풍실내의 공기는 통풍실의 천정에 설치되어 있는 배기구를 통하여 강제로 배출된다. 통풍실이 배기되어서 용기(46)내에 있는 증기(V)가 배기구(48)를 통하여 방출된다.
웨이퍼(W)가 용기(46)내에서 경사지게 놓여진다. 웨이퍼(W)가 이와같이 보지되어 있기 때문에, 용기(46)내에서의 증기(V)의 흐름은 방해받지 않았다. 증기가 웨이퍼(W)의 표면에 균일하게 접촉되었기 때문에 웨이퍼(W)의 전면은 균일하게 처리되었다.
통풍실은 실내온도(22℃)로 유지되었으며 용기(46)내의 불화수소산(L) 및 불화수소산 증기(V)의 온도는 또한 상기 실내온도로 유지되었다. 온도센서(59)의 검출결과를 근거하여 가열기(42)에 의한 가열공기의 취입량을 조절함으로서 웨이퍼(W)의 표면온도가 조절되었다. 50% 불화수소함량의 수용액이 불화수소산(L)으로서 사용되었다. 불화수소산증기(V)중의 불화수소의 농도는 1.5중량%이었다. 용기(46)의 기압은 대기압력이었다.
제1실험에서, 각각 약 5,000Å 두께의 실리콘 열산화막이 형성된 직경 6인치의 실리콘웨이퍼[P타입(100)]이 시료로 하여 준비되었다.
웨이퍼(W)의 표면온도를 실내온도 (22℃)와 65℃의 온도로 유지하는 2가지 경우에는, 상술한 장치를 사용하여 엣칭을 하였다. 엣칭속도를 측정 비교하여서 그 결과를 평가하였다.
측정점은 각 웨이퍼에 대하여 동일하였으며, 보다 상세히 설명하면, 엣칭속도는 각각 웨이퍼의 어느 하나의 특정방향에 따라 5mm간격으로 27개점에서 측정되었다. 측정값의 평균치가 엣칭속도를 표시하기 위하여 구하여졌다. 마이크로스코프 스펙트럼분석기를 사용하는 광 간섭형의 막두께 측정장치가 막두께 측정에 사용되었다. 이 막두께 측정장치의 정확도는 ±10Å이었다.
측정결과는 다음과 같았다. 웨이퍼(W)의 표면온도가 22℃에 유지되었을 때, 시리콘 열산화막의 엣칭속도는 1,323Å/min이었다. 한편, 웨이퍼(W)의 표면온도가 65℃에 유지되었을 때에는 실리콘 열산화막은 거의 엣칭되지 않았다. 이 경우의 엣칭속도는 0.68Å/min이었다.
웨이퍼(W)의 표면온도를 65℃로 유지하는 경우에서, 실리콘 자연산화막이 엣칭되는지 안되는지의 여부를 결정하기 위하여 실험이 수행되었다. 6인치 직경의 실리콘웨이퍼[P타입(100)]가 상술한 실험에서와 같이 시료로서 사용되었다. 엘리프소메터(ellipsometer)(편광해석법에 의한 막두께 측정장치)가 막두께 측정에 사용되었다.
실험결과는 다음과 같았다. 처리전의 실리콘 자연산화막의 두께는 14.7Å이었다. 한편 처리후의 막두께는 5.0Å이었다. 따라서, 실리콘 자연산화막은 실리콘 웨이퍼로 부터 거의 완전히 엣칭되어서 제거되었음이 확인 될 수 있다.
이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 결과에 의하여 용이하게 이해될 수 있지만 보다 이해를 돕기 위해서 다음과 같이 보다 상세히 설명한다.
엘리프소메에 의한 측정값이 X1라고 하고, X선 광분석 전자분광분석(ESCA)에 의한 측정값을 X2라 가정할 때, X1와 X2사이에는 다음과 같은 관계식이 얻어진다.
X1-X2=3.5 내지 5.0Å
이 관계식으로 부터 이해되는 바와 같이, 엘리프소메터에 의한 5.0Å의 측정값과 같은 두께는 ESCA에 의한 측정으로서는 거의 검출될 수 없는 두께를 의미한다. 따라서, 상기한 실험의 결과로 부터 웨이퍼는 그 표면상태가 거의 실리콘 자연산화막을 갖지 않는 것으로 간주된다.
상술한 2가지의 실험결과로 부터, 실리콘 웨이퍼의 표면온도를 조절함으로서, 실리콘웨이퍼상에 실리콘 열산화막이 남겨진 채, 실리콘 자연산화막만이 실리콘 웨이퍼로 부터 선택적으로 제거되어짐이 확인되었다.
또한, 다음과 같은 실험이 수행되었다. 이 실험에서, 실리콘웨이퍼의 표면온도를 변경시킴으로서, 엣칭속도의 변경이 조사되었다.
약 5,000Å두께의 실리콘 열산화막이 각각 형성되어 있는 직경 6인치의 실리콘 웨이퍼[P타입(100)]이 시료로서 사용되었다.
처리시간은 모든 경우에 60초가 되도록 선택되었다. 각각의 웨이퍼의 특정방향에 따라 5mm간격의 27개소점에서 측정되었다. 엣칭속도의 평가는 각 측정점에서 측정된 엣칭속도의 평균값으로서 구하여졌다. 처리전후의 막두께는 상술한 광간섭형의 막두께 측정장치로 측정되었다. 이 측정장치의 정확도는 ±10Å이었다. 온도는 23℃, 35℃, 37.5℃, 45℃ 및 65℃로 설정되었다. 온도조절의 정확도는 약 ±1℃범위내었다.
제4도는 실험결과를 나타낸 것이다. 제4도를 참조하면, 실리콘 웨이퍼의 표면온도의 증가에 따라 실리콘 열산화막의 엣칭속도는 점점 낮아져서 65℃에서 엣칭이 중지된다. 실리콘 열산화막의 엣칭이 거의 일어나지 않는 경계온도는 약 37.5℃이다.
이 결과로 부터 실리콘웨이퍼의 표면온도를 조절함으로서 실리콘 열산화막의 엣칭을 억제시킬 수 있다는 결론을 얻는다. 그리고, 불화수소산 증기(V)의 온도(정상온도)보다 실리콘웨이퍼(W)의 표면온도를 약 15℃이상 더 높게 함으로서 실리콘웨이퍼상의 실리콘 열산화막의 엣칭반응을 중지시키는 것이 가능하다는 것이 확인된다.
이상과 같이, 하나의 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 설명하였지만, 전술한 실시예는 실리콘웨이퍼상의 실리콘 자연산화막을 선택적으로 제거하는 경우에 있어서 본 발명을 적용시키는 것에 관한 것이다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
예를들면, 선택적으로 제거되는 실시콘자연산화막은 다결정 실리콘막의 표면이나 또는 비결정 실리콘막의 표면상에 형성되어 있는 실리콘 자연산화막 일 수도 있다.
또한 다결정 실리콘막이나 비결정 실리콘막은 실리콘웨이퍼상에 형성되어 있는 막에만 한정하는 것은 아니다. 그와 같은 막은 갈리움 비소 웨이퍼와 같은 여러종류의 반도체웨이퍼상에 형성될 수도 있다.
또한, 웨이퍼는 실리콘웨이퍼에 한정되는 것은 아니다. 이것은 갈리움 비소등의 웨이퍼일 수도 있다.
또한, 실리콘 자연산화막이 선택적으로 제거된 후 남겨지게 되는 막은 실리콘 열산화막만 한정하는 것은 아니다. 본 발명은(예를들어 CVD법에 형성된) 다른 실리콘산화막이나, 질화실리콘에도 적용될 수 있다.
제5도 및 제6도는 본 발명의 실시에 사용하기 위한 하나의 장치를 예시하는 개략단면도이며, 그의 상세한 내용은 미국특허출원 제07/518,971호(1990.5.4 출원)에 설명되어 있다.
제5도에 나타낸 장치는 전술한 실시예에서 설명한 장치를 개량한 것이다.
용기(201)에는 세정액으로서 작용하는 불화수소산을 저장하는 불화수소산 탱크(202)가 수용되어 있다. 이 불화수소산 탱크(202)는 상측 덮개(203)로 밀폐되어 있으며, 불화수소산으로 부터 증기가 발생되는 증기발생부(204)가 탱크(202) 상부공간에 형성되어 있다.
용기(201) 내측 및 불화수소산 탱크(202)의 저벽(202a)의 바로 밑에 내부용기(205)가 설치되어 있다. 내부 용기(205)는 처리중에 있는 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 웨이퍼지지장치(206)가 수용되어 있다. 증기공급부(207)가 저벽(202a)의 하측표면과 웨이퍼(W)사이 불화수소산의 증기를 공급하기 위하여 설치되어 있다.
확대단면도인 제6도에 도시된 바와 같이, 웨이퍼지지장치(206)에는 수직축상에서 회전가능하고 히터(도시안됨)를 구비하고 있는 열판(208)과, 이 열판(208)에 견고하게 연결되어 있는 지지축(209)이 포함되어 있다. 지지축(209)은 벨트전동장치(211)를 통하여 용기(201)외부에 설치된 모터(210)와 작동이 가능하게 연결되어 있다. 진공흡입에 의하여 웨이퍼를 위치시키도록 열판(208)에는 지지축(209)를 통하여 진공흡입통로(212)가 형성되어 있다. 열판(208)에 설치되어 있는 히터는 도시되지 않은 온도제어장치로 제어되어서 증기공급부(207)내의 분위기 온도 이상으로 열판(208)의 표면온도를 유지하도록 한다.
열판(208)의 윗표면에 실질적으로 같은 높이에서, 내부용기(205) 및 용기(201)는 각각 웨이퍼(W)를 통과시키기 위한 개구부(205a, 201a)가 형성되어 있다.
샷터(217)가 개구부(205a, 201a)를 얻고 닫기 위하여 설치되어 있다.
용기(201)의 개구부(201a)외측에 배치되어 있는 가요성 아암 타입의 웨이퍼 이송기구(218)는 내부용기(205)의 내외로 웨이퍼(W)를 이송하기 위하여 열판(208)위의 어느 위치까지 연장가능하도록 구성되어 있다. 보다 상세히 설명하면, 웨이퍼(W)는 이송기구(218)에 흡착지지된 상태에서 개구부(201a, 205a)를 통하여 열판(208)으로 이송된다. 이어서 이송기구(218)는 용기(201)의 외측으로 원대복귀한 후 개구부(201a, 205a)가 샷터(217)에 의하여 닫어지고 웨이퍼(W)열판(208)에 흡착된다. 웨이퍼(W)가 용기(201)외부로 꺼내지는 동안도 상기한 순서가 역으로 진행된다. 즉 샷터(217)가 열려지고 웨이퍼(W)가 이송기구(218)에 의하여 개구부(205a, 201a)를 통하여 용기(201)외부로 보내진다.
각각의 샷터(217)는 랙(도시안됨) 및 피니온(도시안됨)의 수단에 의하여 개폐위치에서 이동가능하며, 피니온수단은 모터(217a)에 의하여 구동된다. 샷터(217)는 기밀로 유지되어 웨이퍼를 이송할 수 있는 것이면 어느형태의 구조이어도 된다.
제6도에 도시되어 있는 바와같이, 불화수소산탱크(202)에는, 도시하지 않은 하나이상의 지지수단에 의하여 지지되는 열수배관(219)이 설치되어 있다. 탱크(202)의 저벽(202a)에는 열수공급(221)가 형성되어 있으며 열수는 제5도에 도시되어 있는 열수공급관(222), 배관(219), 공급로(221) 및 열수배출관(223)으로 형성되는 루프를 통하여 순환된다. 순환중의 열수는 불화수소산탱크(202)에 저장되어 있는 불화수소산을 가열하여 증발시킨다. 따라서 열수배관(219) 및 열수공급로(221)는 불화수소산을 가열하여 증발시키기 위한 가열수단을 구성하고 있다. 제6도에서의 인용부호 S1은 불화수소산 탱크(202)의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 나타낸 것이며 측정온도는 열수배관(219) 및 열수공급로(221)를 통하여 흐르는 열수의 량을 제어하는데 사용되고, 이것에 의하여 불화수소산의 온도를 그의 비등점 이하로 유지시켜 주게 된다.
예를들면, 낮은 비등점을 가지는 세정용액이 사용될 때, 상기의 열수배관(219)은 생략되고 다만 열수통로(221)만을 사용하여 세정용액을 가열시키도록 하여도 된다. 또한, 열수대신에 가열매개체로서 오일이 사용되어도 된다.
제5도에 도시되어 있는 바와같이, 불화수소산 탱크(202)는 중간위치에 부설되어 있는 자동절환밸브(225)를 가지는 오버플로워통로(224)가 형성되어 있다. 39.4%의 농도를 가지는 불화수소산은, 탱크(202)를 흘러 넘칠때까지 공급관(226)을 통하여 도시되어 있지 않는 저장탱크로 부터 처음으로, 또는 보충하기 위하여 공급된다.
흘러넘치게 될때에는, 밸브(227)가 닫혀져서 적정량의 불화수소산이 탱크(202)내에 저장된다. 기설정온도로 공급되는 불화수소산을 예열시키는 것이 바람직스럽기 때문에, 불화수소산 공급관(226)용의 온도제어장치가 설치될 수도 있다.
적정량의 불화수소산이 저장된 후에, 자동절환밸브(225)가, 처리과정동안 오버플로워통로(224)를 통하여 불화수소산이 누설되는 것을 방지하도록 닫혀진다. 불화수소산의 보충은 처리되는 웨이퍼(W)의 량이나 처리시간에 근거한 적정한 타이밍에 맞추어 세정처리에서 어느한 중간에 행하여진다. 불화수소산 탱크(202)로 적정량의 불화수소산을 공급하기 위한 구성은, 예를들면, 적정량의 불화수소산이 공급되는 것에 근거한 기설정량에 대한 경감량을 검출하기 위한 액체레벨게이지를 탱크(202)내에 설치할 수 있다. 오버플로워통로(224)의 개구위치보다 높은 어느한 위치에서 증기발생부(204)와 연통하도록 증기공급통로(228)가 열려진다. 증기공급통로(228)의 하단부는 불화수소산 탱크(202)의 밑을 통하여 증기공급부(207)와 연통되어 있다. 상기 증기공급통로(228)를 자동으로 개폐하기 위한 장치(229)가 설치되어 있다.
캐리어가스공급관(233)이 캐리어가스로서의 질소가스(N2)를 공급하기 위하여 증기발생부(204)의 상부위치에 연결되어 있다. 캐리어가스공급관(233)은 밸브(234)가 구비되어 있으며, 캐리어가스는, 가열에 의하여 증기발생부(204)에 수집된 불화수소산 증기를 증기공급통로(228)로 공급하기 위하여 사용된다. 혼합가스공급관(235)이 혼합가스로서의 질소가스(N2)를 공급하기 위하여 증기공급부(207)에 연결되어 있다.
도시되지는 않았지만, 캐리어가스공급관(233)과 혼합가스공급관(235)의 각각은 이들관을 통하여 흐르는 질소가스의 온도를 소정온도로 유지시키기 위한 온도제어장치가 설치되어 있다. 증기공급부(207)는, 불화수소산 탱크(202)의 저벽(202a)과 같이 증기공간부(238)를 확정하는 증기분산다공판(237)을 포함하고 있다.
증기공급통로(228)는 열판(208)상의 웨이퍼(W)표면으로 불화수소산 증가를 공급하도록 증기공간부(238)와 연통하고 있다. 증기공급부(207)내의 불화수소산은 불화수소산탱크(202)의 저벽(202a)에 형성된 열수공급로(221)의 가열작용과 열판(208)의 열에 의하여, 노점이상의 온도로 유지하게 된다.
상기 구조에 의하면, 불화수소산 탱크(202), 증기발생부(204), 증기공급부(207), 증기발생부(204)와 증기공급부(207)와 상호 연통하는 증기공급통로(228)는 상호 수직으로 근접되게 배열되어 있다. 따라서, 이들 구성부는 일괄처리방식에서 효율적으로 가열되거나 온도가 조절되게 하여 이들내에서 흐르는 세정용 증기의 응축을 용이하게 방지할 수 있다.
제5도에 도시되어 있는 바와 같이, 제1유량제어밸브(239)를 가지는 제1배기관(240)이 내부용기(205)의 내부공간과 연통되어 있다. 제2유량제어밸브(241)를 가지는 제2배기관(242)은 내부용기(205)와 용기(201) 사이에서 확정되는 공간과 연통하게 되어 있다. 제1배기관(240) 및 제2배기관(242)은 도시하지 않은 각 흡입기구와 연결되어 있다. 제1유량제어밸브(239)는 제2유량제어밸브(241)보다 개구부가 크기 때문에, 2개의 용기(201, 205) 사이에 형성된 공간보다도 내부용기(205)의 내측으로 부터 더 많은 량의 가스가 배기된다. 이와같은 배기제어장치의 배열에 의하여 웨이퍼(W)로 공급되어 진후에 배기된 불화수소산 증기가 이 장치의 외부로 누출되는 것을 방지하여 준다.
용기(201)의 변위량보다도 내부용기의 변위량을 증가시키기 위하여 2개의 배기관(240, 242)을 공통의 흡입장치나 또는 각각 별개의 흡입장치에 연결시키고, 배기관(240)의 직경이 배기관(242)의 직경보다 크게 되도록 하여도 된다.
다음의 실험은 제5도 및 제6도에 도시된 장치를 이용하여 전술한 실험의 것과 유사한 방법으로 실행되었다.
공비상태하의 20℃의 온도에서 39.4%의 불화수소가 함유된 수용액이 불화수소산(L)로서 사용되었다 : N2가스로 희석시킨 후에 불화수소산 증기(V)중의 불화수소의 농도는 0.48%중량%이었다. 내부용기(205)의 압력은 대기압력이었다.
샘플로서는 (a) 약 5,000Å두께의 실리콘열산화막이 피복되어 있는 5인치 직경이 실리콘 웨이퍼[P타입(100)]가 준비되었다. 동양으로, 다른 샘플로서는, (b) 약 4,000Å의 PSG막이 피복된 6인치의 실리콘웨이퍼, (c) 약 5,000Å의 BPSG막이 피복되어 있는 6인치의 실리콘웨이퍼, (d) 약 15Å의 실리콘 자연산화막이 피복되어 있는 6인치의 실리콘웨이퍼, (e) 약 2,000Å의 CVD 실리콘산화막(도포되지 않은 CVD 실리콘산화막)이 피복되어 있는 5인치의 실리콘웨이퍼, (f) 1,500Å 질화실리콘(SiNx)막이 피복되어 있는 5인치의 실리콘웨이퍼가 각각 준비되었다. 상기 막중에서 실리콘 자연산화막은 (A) 28%의 암모니아(NH4)의 수용액, (B) 30%의 과산화수소(H2O2)의 수용액, (C) 물(H2O)을 함유하고 있는 용액의 각각에 웨이퍼를 침적시켜서 마련되었다. (A) 내지 (C)의 이들 3성분의 용적비율은 1 : 1 : 5이며, SiNx막은 Si3N4이었다.
이들 웨이퍼의 각각은, 불화수소산증기온도를 22℃로 유지하고, 상기 웨이퍼들의 온도를 점진적으로 22℃로 부터 증가시키면서 엣칭처리되었다.
엣칭속도는 (a), (b) 및 (c)의 웨이퍼에 대하여서는 29개소점에서 측정되었고, 반면에, (d), (e) 및 (f)의 웨이퍼에 대하여서는 21개소에서 측정되었다. 이들 측정점들은 (d)를 제외하고는 웨이퍼의 특정방향에 따라 5mm의 등간격으로 되어 있었으며 한편 (d)의 경우의 측정점은 복수개의 중심선내의 간격으로 되어 있었다.
엣칭속도의 평가는 각 측정점에서 측정된 엣칭속도의 평균치를 취하였으며, 마이크로스코프 스펙트럼 분석기를 사용하는 광간섭형의 막두께 측정장치가 (a), (b), (c) 및 (e)의 웨이퍼에 대한 막두께 측정에 사용되었고, 한편 엘리프소메터도 (a), (b) 및 (f)의 웨이퍼에 대한 막두께 측정에 사용되었다. 그리고, 상기 절연막의 엣칭속도와, 웨이퍼와 불화수소산 증기간의 온도차 사이의 관계에 대하여 검토되었다.
제7a도 및 제7b도는 광간섭형의 막두께 측정장치를 사용한 상기 실험의 결과를 나타낸 것이고, 한편 제8도는 엘리프소메티를 사용한 상기 실험결과를 나타낸 것이다. 가로좌표는 불화수소산 증기와 웨이퍼간의 온도차를 나타내며, 한편 세로좌표는 엣칭속도를 나타낸다. 제7a도 및 제7b도로 부터, 실리콘 열산화막, PSG막 및 BPSG막에 대한 단위시간당의 엣칭량이 각각 변동됨을 알 수 있다. 온도차가 커짐에 따라 이들 막들의 엣칭속도는 점점 낮아지는 것이 일반적인 경향이다. 실리콘 열산화막의 엣칭은 약 12℃의 온도차에서 일어나지 않은 것으로 나타나 있다. PSG 막 및 BPSG 막은 유사한 곡선형태로 그려지며 150℃이상의 온도차가 될때까지도 계속하여 엣칭이 행하여진다.
따라서, 엣칭속도는 웨이퍼상에 형성되는 절연막의 질이나 형태에 따라 크게 좌우되는 것으로 평가된다. 실리콘 열산화막에 대한 PSG막 및 BPSG막의 엣칭선택성이 가장 작은 것은 2℃에서 8℃까지의 온도차 범위이며, 반면에, 엣칭선택성이 가장 큰 것은 14℃에서 18℃까지의 온도차 범위이다. 결과적으로, 12℃이상의 온도차에서 실리콘 열산화막에 대하여 BSG 막 및 PBSG막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다. 특히 14℃에서 18℃의 온도차 범위이내에서 상기 막들을 빠른 속도에서 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다.
또한, 제7a도 및 제7b도로 부터, PSG막 및 BPSG막에 의하여 작성된 곡선은 전위되는 것을 알 수 있다. 그와같은 전위현상은 인(P) 및 붕소(B)의 도프량의 차이의 결과라고 추론된다. 이 전위현상은 온도차가 훨씬 클때에도 일어나고 막의 엣칭이 중지될때까지 계속해서 일어난다. BPSG막의 엣칭은 온도차가 150℃에 도달한 후에야 중지되며 그 이후에서야 최대 엣칭속도에서 BPSG막에 대한 PSG막의 선택적인 엣칭이 가능하게 된다.
상기 실험에서, PSG, BPSG 도프 산화막의 제거는 다음 방법으로 진행된다. 불화수소산증기가 실리콘층 표면으로 공급될때, 불화수소산증기가 실리콘층 표면상에 흡착된다. 실리콘층 표면상에 형성되는 PSG, BPSG등의 도프막은, H2O의 존재하에서 다음과 같은 화학식으로 표시되는 반응에 의하여 엣칭된다.
SiO2(P.B 도프)+GHF→H2SiF6+2H2O
상기 반응식에 의하여, 불화수소산(H2SiF6)이 형성된다. H2SiF6은 실리콘 자연산화막의 표면을 피복하는 액막내에서 높은 농도로 나타내게 된다. 그러나 H2SiF6은 바로 증발되어서 실리콘층 표면으로 부터 제거된다.
본 발명에 의한 방법에서, 실리콘층 표면온도는 불화수소산 증기의 온도보다도 15℃이상으로 더 높게 유지된다. 불화수소산 증기가 실리콘층 표면으로 공급될때, 실리콘층 표면으로의 불화수소산 증기의 흡착이 억제된다.
이와같은 상황에서, 실리콘층 표면에 형성되어 있는 PSG, BPSG등의 산화막의 엣칭에 있어서는, 상기 화학식으로 나타나는 반응의 진행은 결코 방해받지 않는다. 그러나 실리콘 열산화막이 엣칭반응은 거의 중지된다.
PSG, BPSG 산화막과 실리콘 열산화막의 반응에 있어서의 이와같은 차이에 대한 이유는 현재에 명확하게 규명되어 있지 않다. 그러나, 이에 대한 가능한 해석은, 이들 막의 질에 있어서의 차이, 이들 막중의 물의 함유량에 있어서의 차이, 또는 산화막에 도프된 인, 붕소의 영향중의 어느 하나가 아닌가 생각된다.
실리콘 열산화막의 엣칭은 광간섭형의 막두께 측정장치를 사용하는 측정을 근거할때 약 12℃이상의 온도에서 중지되는 것으로 여겨진다. 그러나 제8도에 도시되어 있는 바와같이, 엘리프소 메터를 사용한 측정에 근거할 때에는 12℃이상의 온도차를 벗어나서도 어느정도 엣칭이 진행되는 것으로 평가된다. 실리콘 열산화막의 엣칭속도의값은, 각각 12℃의 온도차이에서 3Å/분, 18℃이상의 온도차이에서 1Å/분 38℃의 온도차이에서 0.8Å/분이다. 그리고 제3도에 도시된 장치를 사용하는 것보다도 제5도 및 제6도에 도시된 장치를 사용하여 보다 더 많은 데이터가 구하여졌다. 온도차가 증가될수록 실리콘 열산화막의 엣칭속도는 점점 감소한다. 질화실리콘(SiNx)막 및 실리콘 자연산화막의 경우도 그러한 경향이 나타나 있다. 그러나 SiNx막의 엣칭속도는 실리콘 자연산화막 및 실리콘 열산화막의 엣칭 속도보다도 더욱 높다. 실리콘 자연산화막의 엣칭속도는 실리콘 열산화막의 엣칭속도보다 더 높다. 실리콘 자연산화막에 의하여 작성된 곡선은, 제8도에서, 우측(더 높은 온도측)으로 향하여 실리콘 열산화막에 의하여 작성된 곡선과 전위되어 있다.
제5도 및 제6도에 도시된 장치를 사용한 실험결과와, 제7a도, 제7b도 및 제8도에 나타난 데이터의 분석, 그리고 데이터에 의하여 나타나게 되는 엣칭선택성에 의하여 작성된 평가를 통하여, 다음과 같은 결론을 내릴 수 있게 된다.
처리증기의 온도에 대하여 웨이퍼 표면온도를 올리면, 웨이퍼상에서의 불화수소산 증기의 흡착량에 대한 제어로서 아래와 같은 제거선택성을 높게할 수 있다.
(a) 10℃에서 50℃까지, 바람직하기로는 12℃에서 40℃까지의 불화수소산 증기로 부터 웨이퍼표면의 온도차 범위내에서 실리콘 열산화막에 대하여 실리콘 자연산화막의 선택적인 제거가 가능하다 ; 그리고 실리콘 자연산화막과 실리콘 열산화막의 형성조건에 따라 바람직한 온도차의 범위가 어느정도 변동된다.
(b) 10℃에서 30℃까지, 바람직하기로는 12℃에서 18℃까지의 온도차의 범위내에서 실리콘 열산화막에 대하여 도프되지 않은 CVD 실리콘 산화막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다. 그리고 CVD 실리콘 산화막의 형성조건에 따라 상기의 바람직한 온도범위는 어느정도 변동된다.
(c) 10℃에서 200℃까지의 온도차의 범위내에서 실리콘 열산화막에 대하여 PSG막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다.
(d) 10℃에서 150℃까지의 온도차의 범위내에서 실리콘 열산화막에 대하여 BPSG막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다.
(e) 150℃에서 200℃까지의 온도차의 범위내에서 도프되지 않은 CVD 실리콘 산화막에 대하여 PSG막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다.
(f) 15℃에서 150℃까지의 온도차의 범위내에서 도프되지 않은 CVD 실리콘 산화막에 대하여 BPSG막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다. 그리고 도프된 인 및 붕소의 농도에 따라 상기 온도범위는 변동된다.
(g) 12℃에서 30℃까지의 온도차 범위내에서 실리콘 자연산화막에 대하여 도프되지 않은 CVD 산화막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다. 그리고 채용되는 CVD 방법등의 형태에 따라 온도차의 최적범위가 변동된다.
(h) 12℃에서 200℃까지의 온도차 범위내에서 실리콘 자연산화막에 대한 PSG막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다
(i) 12℃에서 150℃까지의 온도차 범위내에서 실리콘 자연산화막에 대하여 BPSG막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다.
(j) 예를들며, 150℃이상의 온도차에서 BPSG막에 대하여 PSG막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다.
(k) 5℃에서 12℃까지의 온도차 범위내에서 SiNx막에 대하여 실리콘 열산화막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다.
(l) 12℃에서 100℃까지의 온도차 범위내에서 실리콘 열산화막에 대하여 SiNx막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다.
(m) 5℃에서 20℃까지의 온도차 범위내에서 SiNx막에 대하여 실리콘 자연산화막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다.
(n) 20℃에서 150℃까지의 온도차의 범위내에서 실리콘 자연산화막에 대하여 SiNx막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다.
(o) 5℃에서 15℃까지의온도차의 범위내에서 SiNx막에 대하여 도프되지 않은 CVD 실리콘 산화막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다.
(p) 5℃에서 150℃까지의 온도차 범위내에서 SiNx막에 대하여 BPSG막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다.
(q) 5℃에서 200℃까지의 온도차 범위내에서 SiNx막에 대하여 PSG막을 선택적으로 제거시키는 것이 가능하다.
본 발명에 의하면 선택적으로 제거되어야 할 절연막은 왼쪽에 있는 절연막 위에 중첩되어 있거나 또는 웨이퍼상에서 수평으로 분리되며 형성되어 있다.
소망의 절연막을 선택적으로 제거시킴에 있어서, 불화수소산 증기내의 불화수소의 농도는 100%(무수 불화수소가스)에서 1% 이하) (N2가스로 희석)의 넓은 범위내에서 설정된다. 특히 무수 불화수소가스나 또는 공비 불화수소산 증기를 적용함으로서 선택적인 제거를 보다 안정하게 제어하는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면, 반응시스템에서 수분의 함량을 상당히 감소시키거나, 또는, 불화수소가스의 이 밀도를 제어하는 것은 반드시 필요한 것은 아니다. 단지 실리콘 웨이퍼의 온도 및 공급가스의 온도를 제어하는 것이 필요할 뿐이다
따라서, 본 발명을 적용하는데 사용되는 장치는 간단한 것일 수도 있으며 이렇게 하는 것은 반응을 제어하는 것이 용이하다. 그리고, 본 발명은 실리콘 자연산화막을 선택적으로 제거하는 새로운 방법을 제공하는 것이 가능하며 또한 비교적 간단하고 용이하게 적용될 수 있다.
본 발명은 상세하게 설명되고 예시되었지만, 다만 예시의 방법으로 한것이지 어떤 제한을 가할 의도에서 한 것은 아니며, 본 발명의 기술사상이나 범위는 첨부된 청구범위에 의하여서만 제한될 뿐이라는 것은 명백하다.

Claims (22)

  1. 동일 웨이퍼 표면상에 형성되어 있는 제2절연막에 대하여 제1절연막을 선택적으로 제거시키는 방법에 있어서, (a) 불화수소와 물을 함유하는 증기를 마련하는 단계와, (b) 상기 제1절연막과 상기 제2절연막에 따라 결정되는 소정온도범위로 웨이퍼의 표면온도보다 상기 증기의 온도를 상대적으로 더 높게 유지시키는 단계와, (c) 상기 웨이퍼 표면에 상기 증기를 공급함으로서 상기 불화수소에 의하여, 상기 제1절연막이 상기 제2절연막에 대하여 선택적으로 엣칭되어서 제거되는 단계를 구비함을 특징으로 하는 방법.
  2. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제1절연막과 상기 제2절연막은, 각각, 실리콘 자연산화막과 실리콘 산화막이며, 상기 소정 온도범위는 약 10℃에서 50℃까지임을 특징으로 하는 방법.
  3. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제1절연막과 상기 제2절연막은, 각각 CVD 실리콘 산화막과 실리콘 산화막이며 상기 소정온도범위는 약 10℃에서 약 30℃까지임을 특징으로 하는 방법.
  4. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제1절연막과 상기 제2절연막은, 각각 PSG막과 실리콘 열산화막이며, 상기 소정온도범위는 약 10℃에서 200℃까지임을 특징으로 하는 방법.
  5. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제1절연막과 상기 제2절연막은, 각각 BPSG막과 실리콘 열산화막이며, 상기 소정온도범위는 약 10℃에서 150℃까지임을 특징으로 하는 방법.
  6. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제1절연막과 상기 제2절연막은, 각각 PSG막과 CVD 실리콘 열산화막이며, 상기 소정온도범위는 약 15℃에서 200℃까지임을 특징으로 하는 방법.
  7. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제1절연막과 상기 제2절연막은, 각각 BPSG막과 CVD 실리콘 열산화막이며, 상기 소정온도범위는 약 15℃에서 150℃까지임을 특징으로 하는 방법.
  8. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제1절연막과 상기 제2절연막은, 각각 CVD 실리콘 산화막 및 실리콘 자연산화막이며, 상기 소정온도범위는 약 12℃에서 30℃까지임을 특징으로 하는 방법.
  9. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제1절연막과 상기 제2절연막은, 각각 PSG막과 실리콘 자연산화막이며, 상기 소정온도범위는 약 12℃에서 200℃까지임을 특징으로 하는 방법.
  10. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제1절연막과 상기 제2절연막은, 각각 BPSG막과 실리콘 자연산화막이며, 상기 소정온도범위는 약 12℃에서 150℃까지임을 특징으로 하는 방법.
  11. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제1절연막과 상기 제2절연막은, 각각 SiNx막과 실리콘 열산화막이며, 상기 소정온도범위는 약 10℃에서 100℃까지임을 특징으로 하는 방법.
  12. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제1절연막과 상기 제2절연막은, 각각 PSG막과 SiNx막이며, 상기 소정온도범위는 약 5℃에서 200℃까지임을 특징으로 하는 방법.
  13. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 제1절연막과 상기 제2절연막은, 각각 BPSG막과 SiNx막이며, 상기 소정온도범위는 약 5℃에서 150℃까지임을 특징으로 하는 방법.
  14. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 (b)단계는 상기 증기의 온도를 검출하는 단계와, 상기 웨이퍼 표면의 온도를 검출하는 단계와, 상기 증기 및 상기 웨이퍼 표면의 온도차가 15℃이상이 되도록 상기 증기의 검출온도 및 상기 웨이퍼 표면의 검출온도에 근거하여 상기 증기온도나 또는 상기 웨이퍼 표면온도를 변경시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  15. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 (b)단계는 상기 증기온도를 소정의 일정온도로 유지시키는 단계와, 상기 웨이퍼 표면의 온도를 검출하는 단계와, 상기 웨이퍼 표면온도의 검출에 응하여, 상기 일정온도보다도 15℃이상만큼 더 높은 레벨로 상기 실리콘층 표면의 온도를 유지시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  16. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 (a)단계는, 불화수소가스를 마련하는 단계와 수증기를 마련하는 단계와, 상기 불화수소가스와 상기 수증기를 혼합하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  17. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 (a)단계는, 불화수소 수용액을 마련하는 단계와 상기 불화수소 수용액을 가열하여 증발시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  18. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 외부공기와 격리된 쳄버(chamber)내에 상기 웨이퍼 표면을 가지는 웨이퍼를 재치하는 단계가 더 구비되고, 또한, 상기 (c)단계는, 상기 쳄버내로 상기 증기를 도입하는 단계를 포함하도록 함을 특징으로 하는 방법.
  19. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 쳄버내에 재치된 상기 웨이퍼의 상기 웨이퍼 표면으로 자외선을 조사하는 단계와, 상기 웨이퍼 표면에 유기질 불순물이 제거되게 하는 단계가 더 구비됨을 특징으로 하는 방법.
  20. 특허청구 범위 제1항에 있어서, 상기 쳄버내로 상기 증기를 도입하기전에, 적어도 상기 쳄버 및 상기 웨이퍼의 상기 웨이퍼 표면에 대한 불활성 가스로 쳄버를 정화시키는 단계가 더 구비됨을 특징으로 하는 방법.
  21. 특허청구의 범위 제1항에 있어서, 상기 쳄버의 일부가 석영유리로 형성됨과 동시에, 상기 쳄버내의 상기 석영유리의 표면온도를 상기 증기의 온도보다 20℃보다 더 높게 유지시키는 단계를 더 구비됨을 특징으로 하는 방법.
  22. 특허청구 범위 제18항에 있어서, 상기 쳄버내로의 상기 증기의 도입후에 적어도 상기 쳄버 및 상기 웨이퍼에 대한 불활성가스로 상기 쳄버를 정화시키는 단계가 더 구비됨을 특징으로 하는 방법.
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