KR100453578B1 - 실리콘 에피택셜층 성장공정 전의 기판 사전 세정방법 - Google Patents

실리콘 에피택셜층 성장공정 전의 기판 사전 세정방법 Download PDF

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Abstract

실리콘 에피택셜층 성장공정 전에 자연산화막을 제거하는 사전 세정방법에 관해 개시하고 있다. 본 발명의 방법은, 기판에 충격을 가하여 손상을 주는 이온들은 금속 그물망에 의해 대부분 제거하고 나머지 라디칼들이 기판에 충돌하면서 그 상부에 형성되어 있던 자연산화막을 제거하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 기판의 손상을 줄일 수 있다.

Description

실리콘 에피택셜층 성장공정 전의 기판 사전 세정방법 {Pre-cleaning method of substrate before silicon epitaxial layer growth}
본 발명은 반도체 기판의 사전 세정방법에 관한 것으로서, 실리콘 에피택셜층 성장공정에 대한 사전 세정방법에 관한 것이다.
반도체 소자 제조공정 중에서 비교적 저온공정에 해당하는 실리콘 에피택셜층(epitaxial layer) 성장공장에서는 실리콘 에피택셜층이 형성될 기판 상에 오염물이 포함된 산화막이 얇게 형성되어 있기만 해도 양질의 에피택셜층을 얻을 수 없다. 그 이유는 오염물이 포함된 산화막이 성장하게 될 에피택셜층에 전위(dislocation)나, 적층결함(stacking fault) 등의 결함을 야기하기 때문이다. 따라서, 실리콘 에피택셜층 성장공정에 앞서 자연산화막의 제거는 필수적이라고 할 수 있다.
이러한 자연산화막의 제거는 통상적으로 2단계 공정에 의해 이루어지는데, 1단계는 제거하고자 하는 자연산화막을 가지는 반도체 기판을 HF 용액 내에 담가서(dipping) 자연산화막을 1차로 습식식각하는 공정으로 이루어진다. 그러나, 자연산화막을 습식식각을 하여 제거한다고 해도 기판에 묻은 HF 용액을 초순수(Di-water)로 닦아내는 과정이나, 스핀건조기 또는 이소프로필 알콜을 이용한 건조기에서 반도체 기판을 건조하는 과정에서 2∼6Å 정도의 두께를 가지는 자연산화막이 다시 반도체 기판에 성장하기 마련이다. 따라서, 2단계에서는 실리콘 에피택셜층 성장에 사용되는 플라즈마 증착장치에서 반도체 기판을 인시튜(in-situ)사전세정(pre-cleaning)함으로써 자연산화막을 제거한다.
도 1은 종래기술에 따른 인시튜 사전세정 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 공정챔버(100) 내의 서셉터(110) 위에 자연산화막을 가진 반도체 기판(130)이 위치하고 있다. 벨자의 상부에 위치한 플라즈마 전극(120)은 전원공급 장치(125)에 연결되어 플라즈마를 생성하기 위한 전력을 공급받는다. 이 때, 서셉터(110) 측은 접지 상태가 되게 하고, 가스 인젝터(140)를 통해 챔버(100)의 내부에 수소가스를 공급한다. 이렇게 하면 수소가스가 수소이온(H+)과 전자로 이루어진 플라즈마가 되고 수소이온이 반도체 기판(130) 위의 자연산화막에 충돌함으로써 자연산화막이 제거된다. 이를 수소 플라즈마 사전 세정공정이라고 하는데, 이는 저온에서 이루어지는 공정이므로 고온의 수소 베이킹(H2 baking) 공정에서와 같이 열 할당량(thermal budget)의 과도함이라는 문제점은 야기하지 않는다. 그러나 자연산화막을 제거하는 메커니즘 자체가 이온 스퍼터링에 의존하는 것이기 때문에 반도체 기판에 대한 손상의 위험이 있다.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는, 실리콘 에피택셜층의 성장공정 전에 자연산화막을 제거하는 과정에서 수소이온이 아닌 수소 라디칼을 사용함으로써 반도체 기판에 대한 손상을 줄일 수 있는 세정방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 인시튜 사전세정 공정을 설명하기 위한 도면;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 사전 세정방법을 설명하기 위한 도면;
도 3은 본 발명의 방법에 사용되는 금속 그물망을 설치하기 위한 구조체를 나타낸 도면이다.
* 도면 중의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 : 공정챔버
110 : 서셉터
120 : 플라즈마 전극
125 : RF 전력 공급장치
130 : 반도체 기판
140 : 인젝터
200 : 금속 그물막
300 : 오-링
310 : 링 구조체
상기한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기판 사전 세정방법은, 반응챔버와, 상기 반응챔버 내에 플라즈마를 형성시키기 위한 플라즈마 전극과, 상기 플라즈마 전극에 RF 전력을 공급하는 RF 전력공급장치와, 상기 반응챔버 내에 위치하여 반도체 기판이 탑재되는 서셉터와, 상기 반응챔버 내에 반응가스를 공급하기 위한 인젝터와, 상기 서셉터로부터 일정 간격만큼 상부에 이격되게 설치되는 금속 그물망을 구비한 플라즈마 공정장치를 이용하는 기판 사전 세정방법으로서; 상기 기판 상에 실리콘 에피텍셜층을 성장시키기 전에, 상기 인젝터를 통하여 상기 반응챔버 내에 수소가스를 공급하여 수소 플라즈마로 상기 기판을 사전세정하되 상기 사전세정 과정에서 상기 그물망을 접지시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 금속 그물망이 원형이며, 상기 기판과 평행하게 설치되는 것이 바람직하며, 상기 금속 그물망 메쉬의 한변의 길이가 0.1㎜∼ 2㎜ 범위 이내에 있는 것이 더욱 바람직하다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타내며, 중복적인 설명은생략한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 사전 세정방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 공정챔버(100) 내의 서셉터(110)로부터 일정 간격만큼 상부에 이격되게 금속 그물망(200)이 설치되어 있는데, 이 그물망(200)은 접지되어 있다. 그물망(200) 메쉬의 크기는 특별히 제한되지는 않지만, 메쉬의 한변의 길이가 0.1㎜∼ 2㎜ 범위 이내에 있는 것이 바람직한데, 본 실시예에서는 그물망(200) 메쉬의 한변의 길이가 1㎜인 것을 사용했다. 한편, 그물망(200)의 테두리 부분은 챔버 플랜지(미도시)에 마련된 오-링과 링 구조체와 연결되어 설치된다.
이와 같은 금속 그물망을 설치하기 위한 구조체를 도 3에 나타내었다. 도 3을 참조하면, 챔버 플랜지 부분에 위, 아래로 오-링(300)을 끼울 수 있는 홈이 있는 링 구조체(310)를 만든 후, 그 가운데 부분에 금속 그물망(200)을 설치한다. 이어서, 도 3의 구조를 오-링이 장착된 챔버 플랜지 위에 올려 놓고 그 위에 오-링을 넣고 석영 돔을 설치하면 된다.
다시 도 2 및 3을 참조하여, 본 발명의 기판 사전 세정방법을 설명하면 다음과 같다. 서셉터(110)의 바로 위에 설치되며 접지연결된 금속 그물망(200)은, 인젝터(140)를 통해 수소가스를 공급하면서 플라즈마 전극(120)에 RF 전력을 공급하면, 생성된 수소 플라즈마 중에서 수소이온을 끌어당겨 자신에게 충돌시킨다. 한편, 수소 플라즈마 내에 포함된 수소 라디칼(H2 *)들은 금속 그물망(200)에 충돌하지 않고 기판(130)에 충돌하면서 그 상부에 형성되어 있던 자연산화막을 제거하게 된다.
이와 같은 방법으로 자연산화막 제거과정에서 기판의 손상을 줄이면, 후속하는 실리콘 에피택셜층 성장공정에서 결정결함이 적은 실리콘 에피택셜층을 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 기판에 충격을 가하여 손상을 주는 이온들은 금속 그물망에 의해 대부분 제거하고 나머지 라디칼들이 기판에 충돌하면서 그 상부에 형성되어 있던 자연산화막을 제거하므로, 기판의 손상을 줄일 수 있다.

Claims (3)

  1. 반응챔버와, 상기 반응챔버 내에 플라즈마를 형성시키기 위한 플라즈마 전극과, 상기 플라즈마 전극에 RF 전력을 공급하는 RF 전력공급장치와, 상기 반응챔버 내에 위치하여 반도체 기판이 탑재되는 서셉터와, 상기 반응챔버 내에 반응가스를 공급하기 위한 인젝터와, 상기 서셉터로부터 일정 간격만큼 상부에 이격되게 설치되는 금속 그물망을 구비한 플라즈마 공정장치를 이용하는 기판 사전 세정방법으로서,
    상기 기판 상에 실리콘 에피텍셜층을 성장시키기 전에, 상기 인젝터를 통하여 상기 반응챔버 내에 수소가스를 공급하여 수소 플라즈마로 상기 기판을 사전세정하되 상기 사전세정 과정에서 상기 그물망을 접지시키는 것을 특징으로 하는 기판 사전 세정방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 그물망이 원형이며, 상기 기판과 평행하게 설치되는 것을 특징으로 하는 기판의 사전 세정방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 금속 그물망 메쉬의 한변의 길이가 0.1㎜∼ 2㎜ 범위 이내에 있는 것을 특징으로 하는 기판의 사전 세정방법.
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