KR20060025349A - 반도체 자연산화막 제거방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체기판 상에 형성된 자연산화막 제거방법에 관한 것으로써, 본 발명은 자연산화막이 형성된 반도체기판 상에 NHxFy가스를 공급함으로써 반도체기판 상의 자연산화막을 (NH4)2SiF6 로 치환 형성하는 단계 및 상기 (NH
4)2SiF6이 형성된 반도체 기판을 가열하여 상기 (NH4)2SiF6 를 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
따라서, 반도체기판 표면에 형성된 자연산화막을 용이하게 제거함과 동시에 자연산화막이 재형성되는 것을 방지함으로써 자연산화막에 의해서 제품의 수율 및 신뢰성이 떨어지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
자연산화막, 콘택홀, 에칭, 가스
Description
도 1은 종래의 반도체 자연산화막 제거방법을 설명하기 위한 개략적 공정 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 자연산화막 제거공정을 수행하기 위한 확산로의 구성도이다.
도 3은 도 2의 수소기 공급원에서 공급하는 수소기의 생성방법을 설명하기 위한 플라즈마 공정챔버의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 반도체 자연산화막의 제거공정의 기본개념을 설명하기 위한 공정 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
20 : 반응관 22 : 보트
24 : 반도체기판 26 : 히터
28 : 회전축 30 : 수소기 공급원
32 : 삼불화질소 공급원 34 : 삼불화질소 공급노즐
36 : 분사구 38 : 배기라인
40 : 반도체기판 42 : 자연산화막
44 : (NH4)2SiF6 )
본 발명은 반도체 자연산화막 제거방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 반도체 제조과정에 반도체기판 상에 형성된 자연산화막을 보다 효과적으로 제거할 뿐만 아니라 자연산화막의 재형성을 억제할 수 있는 반도체소자 제조용 자연산화막 제거방법에 관한 것이다.
최근에, 반도체소자의 고집적화 및 소형화 추세에 따라 반도체기판 상에 존재하는 자연산화막, 유기물 및 금속물 등의 미세 파티클(Particle)의 세정이 제품의 수율과 신뢰성에 영향을 미침으로써 그 중요성이 대두되고 있다.
이와 같은 세정공정중의 자연산화막 제거공정은, 일정량의 세정액이 담긴 배스(Bath) 내부에 웨이퍼를 투입한 후, 소정시간동안 대기함으로써 웨이퍼 상에 존재하는 자연산화막을 제거하는 습식 세정공정이 주로 사용되고 있다.
도 1은 세정액을 이용하여 콘택홀 내부에 존재하는 자연산화막을 제거하는 종래의 공정을 설명하기 위한 개략적 공정 단면도이다.
일반적인 반도체소자의 콘택홀 형성방법은, 도 1에 도시된 바와 같이 불순물 도핑(Doping)에 의해서 접합부(12)가 형성된 반도체기판(10) 상에 절연막(14) 및 감광막(16)을 순차적으로 형성한다.
그리고, 상기 감광막(16) 상에 콘택홀 마스크(Contact hole mask)를 위치시킨 후, 노광 및 현상함으로써 감광막 패턴(16)을 형성하고, 상기 감광막 패턴(16)을 식각 마스크로 사용하여 절연막(14)을 플라즈마 식각함으로써 접합부(12) 상부의 반도체기판(10)을 노출시키는 콘택홀(19)을 형성하게 된다. 이때, 상기 콘택홀(19)을 형성하는 과정에 콘택홀(19)이 형성되는 부위의 반도체기판(10)은 외부에 노출됨으로써 콘택홀(19) 내부의 반도체기판(10) 상에는 자연산화막(18)이 형성될 수 있다.
다음으로, 반도체기판(10) 상에 형성된 자연산화막(18)을 제거하는 세정공정을 수행한다. 이때, 상기 세정공정은 SC1(Standard Chemical 1)과 불화수소(HF)가 일정한 비율로 혼합된 세정액을 이용하여 반도체기판(10) 상면을 습식 세정하여 자연산화막을 제거함으로써 이루어진다.
그러나, 종래의 세정액을 이용한 자연산화막 제거방법은, 반도체기판 표면의 표면장력(Surface Tension) 등의 문제에 기인하여 콘택홀의 바닥면 즉, 접합부 상부면까지 세정액이 충분히 유입되지 못함으로써 콘택홀 내부에 자연산화막을 완전히 제거하지 못하고 잔존시키는 현상이 발생되고 있다.
이와 같은 현상은 반도체소자가 고집적화됨에 따라 콘택홀의 직경이 점점 작아짐에 따라 더욱 심하게 발생되고 있다.
따라서, 상기 자연산화막이 콘택홀 내부에 잔존함으로써 콘택홀 내부에 매립되는 도전성 물질과 접합부 사이의 콘택저항이 증가하여 반도체 제품의 수율 및 신뢰성이 급격히 떨어지는 문제점이 발생하고 있다.
본 발명의 목적은, 콘택홀 형성공정 등의 반도체소자 제조공정 과정에 반도체기판 상에 형성되는 자연산화막을 용이하게 제거할 수 있는 반도체 자연산화막 제거방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 반도체기판 상의 자연산화막을 제거한 후, 추후에 다시 자연산화막이 재형성되는 것을 원천적으로 억제할 수 있는 반도체 자연산화막 제거방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 자연산화막 제거방법은, 반도체기판 상에 형성된 자연산화막을 제거하는 방법에 있어서, 상기 자연산화막이 형성된 반도체기판 상에 NHxFy가스를 공급함으로써 반도체기판 상의 자연산화막을 (NH4)2SiF6 로 치환 형성하는 단계; 및 상기 (NH4)2SiF
6 이 형성된 반도체 기판을 가열하여 상기 (NH4)2SiF6를 제거하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 NHxFy가스는 수소기(H* )와 삼불화질소(NF3)가스의 반응에 의해서 형성된 것이며, 상기 수소기(H* )는 암모니아(NH3)가스를 진공상태에서 플라즈마 상태로 형성함으로써 형성된 것이다.
그리고, 상기 가열온도는 100℃ 내지 200℃로 이루어질 수 있고, 상기 가열 에 의해서 (NH4)2SiF6 를 제거함과 동시에 상기 반도체기판 표면에 존재하는 수소(H*)기도 동시에 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다른 반도체 자연산화막 제거방법은, 반도체기판이 적재되어 회전가능한 보트와 상기 보트를 수용하는 반응관과 상기 반응관 주변에 설치되어 반응관의 내부온도를 조절하는 히터와 상기 반응관 내부로 가스를 공급하는 분사구를 구비하여 상기 보트 주변부에 설치된 가스 공급노즐을 구비하는 확산로를 이용한 반도체 자연산화막 제거방법에 있어서, 상기 보트에 자연산화막이 형성된 반도체기판를 투입하는 단계; 상기 확산로 내부에 NHxFy가스를 공급하는 단계; 상기 반도체기판 상에 형성된 자연산화막과 NHxFy가스를 반응시켜 상기 자연산화막을 (NH4)2SiF6 로 치환 형성하는 단계; 및 상기 (NH4)2SiF
6 이 형성된 반도체기판를 가열하여 상기 (NH4)2SiF6 를 제거하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 확산로 내부에 공급되는 NHxFy가스는 상기 확산로 내부로 수소기(H* )와 삼불화질소(NF3)가스를 각각 공급하여 형성한 가스로 이루어질 수 있고, 상기 확산로 내부로 공급되는 가스를 공급하는 가스공급 노즐의 분사구는 상기 보트에 적재되는 반도체기판과 대응하는 개수로 형성하고, 상기 보트를 회전시켜 상기 가스와 반도체기판이 용이하게 반응하도록 유도함이 바람직하다.
그리고, 상기 가열온도는 100℃ 내지 200℃로 이루어질 수 있고, 상기 가열에 의해서 상기 (NH4)2SiF6 를 제거함과 동시에 상기 반도체기판 표면에 존재하는 수소(H*)기도 동시에 제거할 수 있다.
또한, 상기 히터로 급속 및 급냉이 용이한 할로겐 램프 방식의 히터를 사용함이 바람직하다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 자연산화막 제거공정을 수행하기 위한 확산로의 구성도이다.
본 발명에 따른 반도체 자연산화막 제거공정이 수행되는 수직형 확산로는, 도 2에 도시된 바와 같이 돔(Dome) 형태의 반응관(20)을 구비하고, 상기 반응관(20) 주변에 반응관(20)의 온도를 급속하게 가열하고 낮추기가 용이한 할로겐 램프(Halogen lamp) 방식의 히터(Heater : 26)가 구비되어 있다.
그리고, 상기 반응관(20) 내부에는 구동원(도시되지 않음)의 구동에 의해서 상하로 승강이 가능하고 회전축(28)을 따라 회전이 가능한 석영재질의 보트(Boat : 22)가 설치되어 있다. 이와 같은 보트(22)는 복수의 슬롯이 내면에 형성된 다수의 바(Bar)가 소정간격 이격 고정되어 있는 형상으로써 보트(22)의 바에 형성된 슬롯에 다량의 웨이퍼 즉, 반도체기판(24)이 적재되어 있다.
또한, 상기 반응관(20)의 일측 하부에는 삼불화질소가스(NF3)를 공급하는 삼 불화질소가스 공급원(32)이 구비되고, 상기 삼불화질소가스 공급원(32)과 연결된 삼불화질소가스 공급노즐(34)이 반응관(20) 하부 외측에서 내측으로 연장된 후, 반응관(20) 상부로 수직하게 연장형성 되어 있다. 이때, 상기 삼불화질소가스 공급노즐(34)에는 보트(22)의 각 슬롯과 슬롯 사이에 충분한 양의 가스를 공급할 수 있도록 각 슬롯에 대응하는 위치 즉, 슬롯에 삽입되는 반도체기판과 대응하는 위치에 각각 분사구(36)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 반응관(20)의 타측 하부에는 반응관(20) 내부에서 공정에 사용된 반응가스를 외부로 강제 배출하기 위한 배기라인(38)이 구비되어 있다.
또한, 삼불화질소가스 공급노즐(34) 상측부에는 다양한 방법에 의해서 형성된 수소(H*)기를 반응관(20) 내부로 공급하는 수소기 공급원(30)이 설치되어 있다.
상기 수소기 공급원(30)에 저장된 수소(H*)기는, 도 3에 도시된 바와 같이 소정간격 이격된 상부전극(56) 및 하부전극(52)을 구비하는 진공챔버(52) 내부에 암모니아(NH3)가스 및 질소가스 공급원(50)에서 반응가스로의 암모니아(NH3)가스 및 캐리어용 질소(N2)가스를 공급한 후, 전원(58)에서 소정의 파워(Power)를 상부전극(56) 및 하부전극(54)에 인가함으로써 진공챔버(52) 내부에 공급된 암모니아(NH3)가스를 플라즈마(Plasma) 상태로 형성함으로써 제조된 것이다.
상기 수소기 공급원(30)에 저장되는 수소(H*)기에 대해서 보다 구체적으로 설명하면, 상기 암모니아 가스 및 질소가스 공급원(50)은 1.8 SLM의 암모니아(NH3) 가스를 3.9 SLM의 캐리어용 질소(N2)가스와 함께 진공챔버(52) 내부에 투입한다.
다음으로, 상기 전원(58)이 진공챔버(52)의 상부전극(56) 및 하부전극(54)에 2800W 정도의 파워(Power)를 인가함으로써 캐리어용 질소가스와 함께 진공챔버(52) 내부로 투입된 암모니아(NH3)가스를 플라즈마 상태로 전환함으로써 진공챔버(52) 내부에 수소(H*)기를 다량 발생시킨다. ( NH3 + N2 ⇒ H* )
이하, 전술한 바와 같은 확산로를 이용하여 반도체기판 상에 형성된 자연산화막을 제거하는 공정을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 자연산화막 제거방법은, 먼저, 진공상태의 반응관(20) 내부에 50Å정도의 자연산화막이 형성된 반도체기판(24)이 적재된 보트(22)를 투입한다. 이때, 상기 반도체기판(24)은 보트(22)의 바(Bar)의 내면에 형성된 슬롯에 각각 삽입 적재되어 있다.
다음으로, 상기 수소기 공급원(30) 및 삼불화질소 공급원(32)이 각각 수소( H* )기와 삼불화질소(NF3)가스를 반응관(20) 내부에 공급하고, 상기 보트(22)를 구동원의 구동에 의해서 회전축(28)을 중심으로 회전시킨다.
이때, 상기 삼불화질소(NF3)가스는, 삼불화질소 공급노즐(34)을 통해서 반응관(20) 내부로 이동한 후, 보트(22)에 적재된 반도체기판(24)의 슬롯의 개수대로 형성된 복수의 분사구(36)를 통해서 반응관(20) 내부로 공급된다.
그리고, 상기 분사구(36)가 슬롯의 개수 대로 복수개 형성됨으로써 보트(22) 에 적재된 반도체기판(24)의 표면에는 충분한 양의 반응가스가 공급될 수 있다.
이와 같이, 반응관(20) 내부로 공급된 수소(H*)기와 삼불화질소(NF3)가스는 도 4a에 도시된 바와 같이 자연산화막(42)이 형성된 반도체기판(40) 상면에서 NHxFy를 형성한다. (H* + NF3 ⇒ NHxFy
)
이어서, 도 4b에 도시된 바와 같이 상기 NHxFy
는 반도체기판(40) 상에 형성된 자연산화막(42)과 반응함으로써 자연산화막(42)을 (NH4)2SiF6 (44) 치환 변형 형성한다. ( NHxFy
+ SiO2 ⇒ (NH4)2SiF
6 )
계속해서, 도 4c에 도시된 바와 같이 할로겐 램프 방식의 히터(26)는 (NH4)2SiF6 (44)가 형성된 반도체기판(40)을 100 ℃ 이상의 고온, 바람직하게는 약 130 ℃ 로 가열한다.
이와 같은 가열에 의해서 도 4d에 도시된 바와 같이 반도체기판(40) 상에 형성된 (NH4)2SiF6(44)는 휘발되어 제거된다. 상기 (NH4)2
SiF6(44)는 100℃ 이상의 고온에서 휘발되는 특성을 나타낸다. 그리고, 상기 (NH4)2SiF6(44)가 휘발되면서 반도체기판(40) 표면에 애초부터 존재하는 수소(H)기도 함께 제거됨으로써 대기중의 산소(O2)성분과 반도체기판(40)이 반응하는 것을 억제하여 반도체기판(40) 표면에 자연산화막이 재형성되는 것을 방지한다.
이하, 전술한 바와 같이 50Å 두께의 자연산화막이 형성된 반도체기판에 대해서 자연산화막 제거공정 전후의 반도체기판 상의 불순물을 XPS(X선 광전자 분광법)를 이용하여 분석한 결과를 하기 표1에 도시한다.
| 조건 | F | O | N | C | Si | 자연산화막의두께 |
| 자연산화막제거전 | 1.1% | 57.7% | 0.0% | 3.0% | 38.2% | 50Å |
| 자연산화막 제거후 | 0.7% | 5.7% | 0.0% | 6.6% | 87.0% | 1.3Å |
상기 표1을 참조하면, 자연산화막의 두께는 자연산화막을 제거하기 이전에는 50 Å이었으나 본 발명에 따른 자연산화막 제거공정을 수행한 후에는 1.3Å로 반도체기판 표면의 거의 모든 자연산화막이 제거됨을 확인할 수 있었다.
또한, AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 반도체기판 표면의 평탄도를 분석한 결과, 자연산화막 제거전에는 평균적으로 1.721Rmax(nm) 이었으나 자연산화막 제거후에는 평균적으로는 1.599Rmax(nm) 로 향상됨을 확인할 수 있었다.
본 발명에 의하면, 반도체기판 상에 형성된 자연산화막을 용이하게 제거할 수 있으며, 또한 자연산화막이 제거된 반도체기판 표면에 자연산화막이 재형성되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
따라서, 반도체기판 표면에 형성되는 자연산화막에 의해서 콘택 저항이 증가하는 등의 원인에 의해서 반도체 제품의 수율 및 신뢰성이 떨어지는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (12)
- 반도체기판 상에 형성된 자연산화막을 제거하는 방법에 있어서,상기 자연산화막이 형성된 반도체기판 상에 NHxFy가스를 공급함으로써 반도체기판 상의 자연산화막을 (NH4)2SiF6 로 치환 형성하는 단계; 및상기 (NH4)2SiF6 이 형성된 반도체 기판을 가열하여 상기 (NH4) 2SiF6 를 제거하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 자연산화막 제거방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 NHxFy가스는 수소기(H*)와 삼불화질소(NF3 )가스의 반응에 의해서 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 자연산화막 제거방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 수소기(H*)는 암모니아(NH3)가스를 진공상태에서 플라즈마 상태로 형성함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 자연산화막 제거방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가열온도는 100℃ 내지 200℃로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 자연산화막 제거방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가열에 의해서 (NH4)2SiF6를 제거함과 동시에 상기 반도체기판 표면에 존재하는 수소(H*)기도 동시에 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 자연산화막 제거방법.
- 반도체기판가 적재되어 회전가능한 보트와 상기 보트를 수용하는 반응관과 상기 반응관 주변에 설치되어 반응관의 내부온도를 조절하는 히터와 상기 반응관 내부로 가스를 공급하는 분사구를 구비하여 상기 보트 주변부에 설치된 가스 공급노즐을 구비하는 확산로를 이용한 반도체 자연산화막 제거방법에 있어서,상기 보트에 자연산화막이 형성된 반도체기판를 투입하는 단계;상기 확산로 내부에 NHxFy가스를 공급하는 단계;상기 반도체기판 상에 형성된 자연산화막과 NHxFy가스를 반응시켜 상기 자연산화막을 (NH4)2SiF6 로 치환 형성하는 단계; 및상기 (NH4)2SiF6 이 형성된 반도체기판를 가열하여 상기 (NH4) 2SiF6 를 제거하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 자연산화막 제거방법
- 제 6 항에 있어서, 상기 확산로 내부에 공급되는 NHxFy가스는 상기 확산로 내 부로 수소기(H*)와 삼불화질소(NF3)가스를 각각 공급하여 형성한 가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 자연산화막 제거방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 확산로 내부로 공급되는 가스를 공급하는 가스공급 노즐의 분사구는 상기 보트에 적재되는 반도체기판와 대응하는 개수로 형성된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 자연산화막 제거방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 확산로 내부로 가스를 공급하는 과정에 상기 보트를 회전시키는 것을 특징으로 하는 반도체 자연산화막 제거방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 가열온도는 100℃ 내지 200℃로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 자연산화막 제거방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 가열에 의해서 상기 (NH4)2SiF6 를 제거함과 동시에 상기 반도체기판 표면에 존재하는 수소(H*)기도 동시에 제거하는 것을 특징으로 하는 반도체 자연산화막 제거방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 히터로 할로겐 램프 방식의 히터를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 자연산화막 제거방법.
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