KR20060131280A - Polysilicon Film Cleaning Method for Semiconductor Devices - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세정 중에 폴리실리콘막 상에 비이상성 산화물이 발생하는 것을 방지하는 폴리실리콘막의 세정 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for cleaning a polysilicon film which prevents the generation of non-ideal oxide on the polysilicon film during cleaning.
본 발명의 폴리실리콘막 세정 방법은, 반도체 기판 상에 형성된 폴리실리콘막을 폴리비닐알코올 브러쉬로 물리적 세정하면서, 질소 가스 분위기 하에서 불산 수용액으로 세정하는 단계를 포함한다. The polysilicon film cleaning method of the present invention includes the step of cleaning the polysilicon film formed on the semiconductor substrate with an aqueous hydrofluoric acid solution under a nitrogen gas atmosphere while physically cleaning the polysilicon film with a polyvinyl alcohol brush.
Description
도 1은 종래 기술에 따라 폴리실리콘막을 세정한 경우, 폴리실리콘막 상에 유발되는 비이상성 산화물로 인해 거대 반응성 산화물 결함이 발생한 모습을 나타내는 SEM 사진이고, 1 is a SEM photograph showing the appearance of a large reactive oxide defect due to a non-ideal oxide caused on the polysilicon film when the polysilicon film is cleaned according to the prior art,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 폴리실리콘막을 세정하는데 사용되는 세정 장치의 개략도이다. 2 is a schematic diagram of a cleaning apparatus used to clean a polysilicon film according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 부호에 대한 간략한 설명 *Brief description of the symbols in the drawing
100 : 세정 장치 102 : 질소 가스 유입구100: cleaning device 102: nitrogen gas inlet
104 : 불산 수용액 분사구 106 : 반도체 기판 고정 수단104: hydrofluoric acid aqueous solution injection hole 106: semiconductor substrate fixing means
108 : 폴리비닐알코올 브러쉬 110 : 산소 가스 배출구108: polyvinyl alcohol brush 110: oxygen gas outlet
112 : 반도체 기판112: semiconductor substrate
본 발명은 세정 중에 폴리실리콘막 상에 비이상성 산화물이 발생하는 것을 방지하는 폴리실리콘막의 세정 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for cleaning a polysilicon film which prevents the generation of non-ideal oxide on the polysilicon film during cleaning.
반도체 소자의 제조 공정 중에, 게이트 트랜지스터의 게이트 도전막 또는 캐퍼시터의 상부 전극 등을 형성하기 위해 폴리실리콘막이 많이 사용되고 있다. 이러한 반도체 소자의 각 제조 공정에 사용되는 폴리실리콘막을 형성함에 있어서는, 통상적으로 반도체 기판 위에 폴리실리콘막을 증착하고, 예를 들어, 화학적 기계적 평탄화 공정으로 상기 폴리실리콘막을 평탄화하는 공정을 거치게 된다. BACKGROUND OF THE INVENTION Polysilicon films are frequently used to form gate conductive films of gate transistors, upper electrodes of capacitors, and the like during the manufacturing process of semiconductor devices. In forming a polysilicon film used for each manufacturing process of such a semiconductor device, a polysilicon film is usually deposited on a semiconductor substrate, and then, for example, a process of planarizing the polysilicon film is performed by a chemical mechanical planarization process.
그리고, 상기 폴리실리콘막을 평탄화한 후에는, 상기 평탄화 공정 및 폴리실리콘막을 증착하는 등의 이전 공정에서, 폴리실리콘막 상에 발생한 각종 이물 기타 결함 유발 물질 등을 제거하기 위해, 세정 공정을 진행하는 것이 일반적이다. After the polysilicon film is planarized, a cleaning process is performed in order to remove various foreign matters and other defect-causing substances generated on the polysilicon film in the previous steps such as the planarization process and the deposition of the polysilicon film. It is common.
보다 구체적으로, 종래에는 상기 폴리실리콘막이 형성된 반도체 기판을 우선 수산화암모늄과 과산화수소의 혼합 수용액인 SC-1 용액에 담그어 상기 반도체 기판 위의 폴리실리콘막을 1차 세정하고 나서, 폴리비닐알코올(PVA) 브러쉬로 상기 1차 세정된 반도체 기판 위의 폴리실리콘막을 물리적 세정하면서, 이와 동시에 산소 가스 분위기 하에서 불산 수용액으로 상기 폴리실리콘막을 2차 세정하는 폴리실리콘막의 세정 방법을 취하였다. More specifically, conventionally, the semiconductor substrate on which the polysilicon film is formed is first immersed in a SC-1 solution, which is a mixed aqueous solution of ammonium hydroxide and hydrogen peroxide, to firstly wash the polysilicon film on the semiconductor substrate, and then to a polyvinyl alcohol (PVA) brush. A method of cleaning the polysilicon film was used to physically clean the polysilicon film on the first cleaned semiconductor substrate while simultaneously cleaning the polysilicon film with an aqueous hydrofluoric acid solution under an oxygen gas atmosphere.
그러나, 이러한 종래의 세정 방법에 따르면, 상기 산소 가스 분위기 하에서 불산 수용액으로 폴리실리콘막을 2차 세정하는 과정에서, 폴리실리콘막과 산소 가스가 반응하여 폴리실리콘막 상에 비이상성 산화물이 발생하였으며, 특히, 이러한 비이상성 산화물로 인해, 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판 위에 형성된 폴리실리콘막 상에 거대 반응성 산화물로 인한 큰 결함이 발생하는 문제점이 있었다.However, according to the conventional cleaning method, in the process of secondary cleaning the polysilicon film with the hydrofluoric acid solution under the oxygen gas atmosphere, the non-crystalline oxide was generated on the polysilicon film by reacting the polysilicon film with oxygen gas. Due to this non-ideal oxide, as shown in FIG. 1, a large defect due to a large reactive oxide is generated on the polysilicon film formed on the semiconductor substrate.
즉, 상기 종래의 세정 방법에 따르면, 폴리실리콘막 상의 결함 유발 물질을 제거하기 위한 세정 공정에서, 오히려, 비이상성 산화물과 같은 결함 유발 물질이 발생하고, 특히, 도 1을 참조하면, 이러한 비이상성 산화물로 인해 폴리실리콘막 상에 생기는 결함은 최대 약 60㎛ 까지의 크기로서 일반 공정에서는 찾아보기조차 힘든 거대한 반응성 산화물로 되므로, 이러한 폴리실리콘막 상의 거대 결함으로 인해 최종 제조된 반도체 소자의 신뢰성이 크게 저하되는 문제점이 있었다. That is, according to the conventional cleaning method, in the cleaning process for removing the defect causing material on the polysilicon film, a defect causing material such as a non-ideal oxide is generated, and in particular, referring to FIG. The defects on the polysilicon film due to the oxide are up to about 60 μm in size, which is a huge reactive oxide that is difficult to find in general processes. Therefore, the large defects on the polysilicon film greatly increase the reliability of the final fabricated semiconductor device. There was a problem of deterioration.
더구나, 상기 종래의 세정 방법에서는, 상기 SC-1 용액으로 폴리실리콘막을 1차 세정하는 과정에서도, 이전의 평탄화 공정에서 발생한 이물, 즉, 슬러리 계열의 산화물계 파티클이 폴리실리콘막 표면과 강한 인력을 나타내기 때문에, 상기 1차 세정에 의해 이러한 이물이 제대로 제거되지 못하는 문제점이 있었다. In addition, in the conventional cleaning method, even during the first cleaning of the polysilicon film with the SC-1 solution, foreign substances generated in the previous planarization process, that is, the oxide-based particles of the slurry-based particles have a strong attraction force with the surface of the polysilicon film. As it is shown, there was a problem that such foreign matter is not properly removed by the primary cleaning.
이러한 종래 기술의 문제점으로 인하여, 이전 공정, 특히, 평탄화 공정에서 유발된 폴리실리콘막 상의 이물을 효과적으로 제거할 수 있으면서도, 상기 세정 공정 중의 비이상성 산화물의 발생을 방지할 수 있는 신규한 폴리실리콘막 세정 방법이 계속적으로 요구되고 있다. Due to this problem of the prior art, it is possible to effectively remove foreign substances on the polysilicon film caused in the previous process, in particular, the planarization process, while also cleaning the new polysilicon film which can prevent the generation of non-ideal oxides in the cleaning process. There is a continuing need for methods.
이에 본 발명은 폴리실리콘막 상에 비이상성 산화물이 발생하는 것을 방지할 수 있는 동시에, 이전 공정에서 폴리실리콘막 상에 발생한 이물을 효과적으로 제거 할 수 있도록 하는 폴리실리콘막의 세정 방법에 관한 것이다. Accordingly, the present invention relates to a method for cleaning a polysilicon film which can prevent the generation of non-ideal oxide on the polysilicon film and at the same time effectively remove foreign substances generated on the polysilicon film in a previous step.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체 기판 상에 형성된 폴리실리콘막을 폴리비닐알코올 브러쉬로 물리적 세정하면서, 질소 가스 분위기 하에서 불산 수용액으로 세정하는 단계를 포함하는 폴리실리콘막의 세정 방법을 제공한다. In order to achieve this object, the present invention provides a method for cleaning a polysilicon film comprising the step of physically cleaning a polysilicon film formed on a semiconductor substrate with a polyvinyl alcohol brush, in an aqueous hydrofluoric acid solution under a nitrogen gas atmosphere.
상기 본 발명의 폴리실리콘막 세정 방법에 따르면, 산소 가스가 아닌 불활성 기체, 즉, 질소 가스 분위기 하에서, 불산 수용액을 이용한 세정 공정을 진행하므로, 이러한 세정 공정 중에 산소 가스와 폴리실리콘막의 반응에 의한 비이상성 산화물이 폴리실리콘막 상에 발생하는 종래 기술의 문제점을 방지할 수 있다. According to the polysilicon film cleaning method of the present invention, a cleaning process using an aqueous hydrofluoric acid is carried out under an inert gas, that is, a nitrogen gas atmosphere, rather than oxygen gas, so that the ratio of oxygen gas and the polysilicon film during the cleaning process is reduced. The problem of the prior art in which an ideal oxide arises on a polysilicon film can be prevented.
상기 본 발명에 의한 폴리실리콘막의 세정 방법에서, 상기 폴리실리콘막을 질소 분위기 하에서 불산 수용액으로 세정하는 단계 전에, 상기 폴리실리콘막을 폴리비닐알코올 브러쉬로 물리적 세정하면서, 수산화암모늄과 과산화수소의 혼합 수용액으로 세정하는 단계를 더 포함함이 바람직하다. In the method for cleaning a polysilicon film according to the present invention, before the step of washing the polysilicon film with an aqueous hydrofluoric acid solution under a nitrogen atmosphere, the polysilicon film is cleaned with a mixed aqueous solution of ammonium hydroxide and hydrogen peroxide while physically washing with a polyvinyl alcohol brush. It is preferred to further comprise a step.
또한, 상기 본 발명에 의한 폴리실리콘막의 세정 방법은, 반도체 기판 상에 폴리실리콘막을 증착하고, 이에 대한 물리적 화학적 평탄화 공정을 진행한 후에 적용됨이 바람직하다. In addition, the method for cleaning a polysilicon film according to the present invention is preferably applied after depositing a polysilicon film on a semiconductor substrate and performing a physical chemical planarization process thereto.
이하, 첨부한 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 폴리실리콘막의 세정 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 하나의 예시로 제시 된 것으로 이에 의해 본 발명의 권리 범위가 정해지는 것은 아니다. Hereinafter, a method of cleaning a polysilicon film according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, this is presented as an example and thereby does not determine the scope of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 폴리실리콘막을 세정하는데 사용되는 세정 장치의 개략도이다. 2 is a schematic diagram of a cleaning apparatus used to clean a polysilicon film according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에 따라 반도체 기판 위에 형성된 폴리실리콘막을 세정함에 있어서는, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같은 세정 장치를 이용하여 세정 공정을 진행할 수 있다. In cleaning the polysilicon film formed on the semiconductor substrate according to the present embodiment, for example, the cleaning process may be performed using a cleaning apparatus as shown in FIG. 2.
이러한 세정 장치(100)는, 질소 가스 유입구(102), 불산 수용액 분사구(104), 반도체 기판 고정 수단(106), 폴리비닐알코올(PVA) 브러쉬(108) 및 산소 가스 배출구(110)를 포함하고 있다. The
상기 세정 장치(100)를 이용하여, 반도체 기판 위에 형성된 폴리실리콘막을 본 실시예에 따라 세정하는 방법을 구체적으로 살피면 다음과 같다. Using the
우선, 반도체 기판(112) 위에, 예를 들어, 게이트 도전막 또는 커패시터의 상부 전극 등을 형성하기 위한 폴리실리콘막을 증착한 후에, 이러한 폴리실리콘막을 물리적 화학적 평탄화 공정을 통해 평탄화한다. First, after depositing a polysilicon film for forming, for example, a gate conductive film or an upper electrode of a capacitor, on the
그리고 나서, 상기 평탄화 공정 등을 진행하는 과정에서 폴리실리콘막 상에 발생한 각종 이물 기타 결함 유발 물질을 제거하기 위해, 상기 폴리실리콘막에 대한 세정 공정을 진행하게 되는데, 이러한 세정을 위해, 먼저, 상기 세정 장치(100) 내의 산소 가스를 산소 가스 배출구(110)를 통해 배출하고, 상기 폴리실리콘막이 형성되어 있는 반도체 기판(112)을 세정 장치(100) 내로 이송하여 반도체 기판 고 정 수단(106)으로 소정 위치에 고정시킨다. Then, in order to remove various foreign matters and other defect-causing substances generated on the polysilicon film during the planarization process or the like, a cleaning process is performed on the polysilicon film. Oxygen gas in the
이후, 폴리비닐알코올 브러쉬(108)로 상기 반도체 기판(112) 위의 폴리실리콘막을 물리적 세정하면서, 수산화 암모늄과 과산화수소의 혼합 수용액, 예를 들어, SC-1 세정액으로 상기 폴리실리콘막을 1차 세정하게 된다. Thereafter, the polysilicon film on the
즉, 종래 기술에서는, 상기 SC-1 세정액 등에 상기 반도체 기판을 담구어 폴리실리콘막을 세정하였던데 비해, 본 실시예에서는 이러한 SC-1 세정액을 이용한 세정에 더불어 폴리비닐알코올 브러쉬(108)를 이용한 물리적 세정을 병행하게 된다. That is, in the prior art, the polysilicon film was cleaned by dipping the semiconductor substrate in the SC-1 cleaning liquid and the like. However, in the present embodiment, the
이에 따라, 염기성 pH 조건 하에서 음의 제타 포텐셜을 나타내는 폴리실리콘막과, 역시 음의 포텐셜을 나타내는 이전의 평탄화 공정에서 발생한 이물, 즉, 슬러리 계열의 산화물계 파티클 사이에, 상기 음의 포텐셜로 인한 반발력이 발생함과 더불어, 상기 폴리비닐알코올 브러쉬(108)에 의한 물리적 힘이 함께 작용하므로, 설령, 상기 슬러리 계열의 산화물계 파티클이 폴리실리콘막의 표면과의 강한 인력을 나타낸다고 하더라도, 이는 상기 반발력 및 물리적 힘에 의해 비교적 쉽게 제거될 수 있다. Accordingly, the repulsive force due to the negative potential between the polysilicon film exhibiting the negative zeta potential under basic pH conditions and the foreign matter generated in the previous planarization process, which also exhibits the negative potential, that is, the slurry-based oxide particles In addition, since the physical force by the
따라서, 본 실시예에 의한 세정 방법에 따르면, 평탄화 공정 등의 이전 공정에서 폴리실리콘막 상에 발생한 이물, 특히, 평탄화 공정에서 발생한 슬러리 계열의 산화물계 파티클을 효과적으로 제거할 수 있다. Therefore, according to the cleaning method according to the present embodiment, foreign matters generated on the polysilicon film in the previous process such as the planarization process, in particular, the slurry-based oxide particles generated in the planarization process can be effectively removed.
한편, 상기 폴리비닐알코올 브러쉬(108)는 도 2에 도시된 바와 같이 원형 단면을 가지도록 형성할 수도 있지만, 기타 다른 다각형 단면을 가지도록 형성할 수 도 있다. Meanwhile, the
그리고, 상기 수산화 암모늄과 과산화수소의 혼합 수용액을 이용한 1차 세정 공정을 진행한 후에는, 상기 폴리실리콘막에 대해 상기 폴리비닐알코올 브러쉬(108)를 이용한 물리적 세정을 계속 진행하면서, 상기 질소 가스 유입구(102)로부터 질소 가스를 도입하는 분위기 하에서, 불산 수용액 분사구(104)를 통해 상기 반도체 기판(11)으로 불산 수용액을 분사하여 상기 반도체 기판(112) 위에 형성되어 있는 폴리실리콘막을 세정한다.After the first cleaning process using the mixed aqueous solution of ammonium hydroxide and hydrogen peroxide, the physical cleaning of the polysilicon film using the
이러한 세정 공정에서는, 상기 불산 수용액에 의해 폴리실리콘막 상의 각종 이물이 세정 제거된다. 또한, 본 실시예에서는 상기 불산 수용액을 이용한 세정 공정을 산소 가스 분위기 하에서 진행하는 것이 아니라, 불활성 기체, 즉, 질소 가스 분위기 하에서 진행하므로, 이러한 세정 공정 중에 산소 가스와 폴리실리콘막이 반응하여 폴리실리콘막 상에 비이상성 산화물이 생기는 종래 기술의 문제점을 방지할 수 있으며, 이에 따라, 상기 비이상성 산화물로 인한 거대 성장성 산화물 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다. In such a washing step, various foreign matters on the polysilicon film are washed out by the hydrofluoric acid aqueous solution. In addition, in this embodiment, the cleaning process using the hydrofluoric acid aqueous solution is not carried out under an oxygen gas atmosphere, but rather under an inert gas, that is, a nitrogen gas atmosphere. It is possible to prevent the problem of the prior art in which a non-ideal oxide is generated on the phase, and thus, to prevent the occurrence of a large growth oxide defect due to the non-ideal oxide.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of rights.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 폴리실리콘막의 세정 공정 중에 비이상성 산화물 및 이에 의한 결함이 폴리실리콘막 상에 발생하는 것을 방지할 수 있는 동시에, 이전 공정, 특히, 평탄화 공정에서 폴리실리콘막 상에 발생한 이물, 예를 들어, 슬러리 계열의 산화물계 파티클을 효과적으로 제거할 수 있다. As described above, according to the present invention, it is possible to prevent the occurrence of non-ideal oxides and defects on the polysilicon film during the cleaning process of the polysilicon film, and at the same time, on the polysilicon film in the previous process, in particular, the planarization process. Foreign matter generated in the, for example, the slurry-based oxide particles can be effectively removed.
따라서, 상기 폴리실리콘막 및 이를 포함하는 게이트 및 커패시터 등의 반도체 소자의 각 구조물을 신뢰성 높게 형성할 수 있으므로, 결국, 반도체 소자의 신뢰성 향상 및 수율 향상에 크게 기여할 수 있다. Therefore, since each structure of the semiconductor device such as the polysilicon film and the gate and the capacitor including the same can be formed with high reliability, it can contribute greatly to the improvement of the reliability and the yield of the semiconductor device.
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|---|---|---|---|
| KR1020050051585A KR20060131280A (en) | 2005-06-15 | 2005-06-15 | Polysilicon Film Cleaning Method for Semiconductor Devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020050051585A KR20060131280A (en) | 2005-06-15 | 2005-06-15 | Polysilicon Film Cleaning Method for Semiconductor Devices |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060131280A true KR20060131280A (en) | 2006-12-20 |
Family
ID=37811370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020050051585A Ceased KR20060131280A (en) | 2005-06-15 | 2005-06-15 | Polysilicon Film Cleaning Method for Semiconductor Devices |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20060131280A (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06196472A (en) * | 1992-12-22 | 1994-07-15 | Soltec:Kk | Wet etching method and wet cleansing method |
| KR20020061452A (en) * | 2001-01-16 | 2002-07-24 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | Dry cleaning method |
| KR20030092787A (en) * | 2002-05-31 | 2003-12-06 | 장명식 | Polishing apparatus comprising porous polishing pad and method of polishing using the same |
-
2005
- 2005-06-15 KR KR1020050051585A patent/KR20060131280A/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06196472A (en) * | 1992-12-22 | 1994-07-15 | Soltec:Kk | Wet etching method and wet cleansing method |
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| KR20030092787A (en) * | 2002-05-31 | 2003-12-06 | 장명식 | Polishing apparatus comprising porous polishing pad and method of polishing using the same |
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Legal Events
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Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20050615 |
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| PA0201 | Request for examination |
Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20060208 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20050615 Comment text: Patent Application |
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Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20070130 Patent event code: PE09021S01D |
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| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20070730 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20070130 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |