Abstract
It is difficult to meet the cleanliness requirement of $10^{10}/\textrm{cm}^2$ for the giga level device fabrication with mechanical cleaning techniques like scrubbing which is widely used to remove the particles generated during Chemical Mechanical Polishing (CMP) processes. Therefore, the second cleaning process is needed to remove metallic contaminants which were not completely removed during the mechanical cleaning process. In this paper the experimental results for the removal of the metallic contaminants existing on the wafer surface using remote plasma $H_2$ cleaning and UV/$O_3$ cleaning techniques are reported. In the remote plasma $H_2$ cleaning the efficiency of contaminants removal increases with decreasing the plasma exposure time and increasing the rf-power. Also the optimum process conditions for the removal of K, Fe and Cu impurities which are easily found on the wafer surface after CMP processes are the plasma exposure time of 1min and the rf-power of 100 W. The surface roughness decreased by 30-50 % after remote plasma $H_2$ cleaning. On the other hand, the highest efficiency of K, Fe and Cu impurities removal was achieved for the UV exposure time of 30 sec. The removal mechanism of the metallic contaminants like K, Fe and Cu in the remote plasma $H_2$ and the UV/$O_3$ cleaning processes is as follows: the metal atoms are lifted off by $SiO^*$ when the $SiO^*$is evaporated after the chemical $SiO_2$ formed under the metal atoms reacts with $H^+ \; and\; e^-$ to form $SiO^*$.
chemical mechanical Polishing (CMP)공정 중 제거된 막과 연마재의 지꺼기를 제거하기 위하여 일반적으로 사용하는 scrubbing과 같은 기계적인 세정법으로는 기가급 소자 제조시에 요구되는 $10^{10}/\textrm{cm}^2$ 이하의 오염도에 도달하기 어렵다. 따라서 이러한 기계적인 세정법에 이어 충분히 제거되지 못한 금속오염물을 제거하기 위한 2차 세정이 요구된다. 본 논문에서는 리모트 플라스마 세정법과 UV/$O_3$ 세정법을 사용하여 oxide CMP 후에 웨이퍼 표면에 많이 존재하는 K, Fe, Cu등의 금속오염물을 제거하는데 대한 연구결과를 보고하고자 한다. 리모트 수소 플라스마 세정결과에 의하면, 세정시간이 짧을 수록, rf-power가 증가할수록 세정 효과가 우수한 것으로 나타났으며, CMP 공정 후 웨이퍼 표면에 특히 많이 존재하는 금속 불순물인 K, Fe, Cu 등의 오염 제거를 위한 최적 공정 조건은 세정시간이 1분, rf-power가 100 W인 것으로 나타났다. AFM 분석 결과에 의하면 rf-power의 증가에 따라 표면 거칠기가 미소하게 증가하는데 , 이것은 플라스마에 의한 손상 때문인 것으로 보이나 그 정도는 무시할만하다. 한편, UV/$O_3$ 세정의 경우에는 세정공정시간이 30 sec일때 가장 우수한 세정효과가 얻어졌다. 리모트 수소 플라스마 및 UV/$O_3$ 세정방법에 의한 Si 웨이퍼 표면의 금속 불순물 제거기구는 Si표면 금속오염의 하단층에 생성된 $SiO_2H^+$/ 및 $e^-$와 반응하여 $SiO^*$상태로 휘발될 때 금속불순물이 $SiO^*$에 묻어서 함께 제거되는 것으로 사료된다.
