[반도체 공정] 세정공정(Cleaning)-1
1. 세정공정(Cleaning)
: Wafer 표면 오염을 방지, 또는 제거함으로써 후속 공정 진행을 용이하게 하고
, 반도체 소자의 전기적, 물리적 특성을 향상
소자 제조 공정 중 약 20%를 차지-Pre/Post cleaning
소자의 고집적화에 따른 공정 수 증가로 중요도 증가
주요인자: Chemical element & Composition Ratio, 세정 순서, 온도
UCT(Ultraclean Clean Technology)
- Ultraclean Wafer Surface
- Ultraclean Processing Environment
- Perfect Parameter Controlled Process
1) 오염 종류
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Particle |
대기 중에 떠있는 먼지, 작은입자는 웨이퍼 기판간의 강한 정전기력으로 제거 어려움
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Gate Ox 특성 저하, Poly Si & Metal bridging Induced Low Yield |
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Organic |
대기 중에서 오염되는 Carbon, PR 잔류물, 작업자 등에서 오염되는 유기물 |
Oxidation Rate 변화, Oxide 특성 저하 |
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Metallic Impurities |
Chemical이나 Material, 장비 등에서 발생하는 금속 오염물 |
Break down, Junction leakage, Life time 등 전기적 특성 저하 |
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Native Oxide |
공정 중 자연적으로 발생하는 산화막 |
Epi Layer 품질 저하, Gate ox 품질 저하, Silicide 생성 불량, Contact 저항 불량 |
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Micro Roughness |
Cleaning시 Wafer 표면의 미세 거칠기 발생 |
Break down 특성 저하 |
2) 세정법
일반적으로 세정의 효과를 높이기 위해 2개 이상의 세정방법을 순차적으로 사용
- 세정 조건
: 자체 오염x
하부구조 손상x
오염원의 효과적 제거
안전, 친환경
저렴
- Bath type->Single type으로 변하는 추세
| 습식 세정법 | 건식 세정법 |
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화학용액을 이용한 세정법 |
Plasma 나 UV, 또는 Cl 등의 Gas를 이용한 세정법 High A/R에 적합 |
| 단점: 세정 후 Rinse와 Dry 공정 필요 Water Mark 모세관 현상 및 표면장력에 의해 미세 패턴 손상 |
장점: 작은 UPW(Ultra Pure Water), Chemical 사용 No Surface Damage Water mark Free 낮은 공정 온도 |
Rinsing: DI rinsing (immersion), Spray rinsing
, Quick Dump rinseing(수조안 웨이퍼에 스프레이, DI가 수조 채우면 빠르게 배수)
OF (Overflow)(Bath에 계속 DI 공급, 넘친 DI밖으로 배출), Megasonic rinsing
Drying: Spin drying- 원심력에 의한 미세 패턴 손상, 파티클 재 부착 문제
Capillary drying- Capillary action and surface tension to remove water, particle free surface
Marangoni drying- Drying 과정에서 웨이퍼를 천천이 끌어올려 웨이퍼 표면이 N2 및 IPA 증기에 노출
Surface tension effects로 인해 wafer 표면 물기 제거, 매우 건조된 소수성 Si surface 가능
3) 워터마크
: wet cleaning 과정에서 Drying 후 Si wafer 표면에 형성된 얇은 실리콘 산화물 막
Issue- Contact resistance 증가, Adhesion, Local variations in oxide thickness, Mask of etching 문제
- 형성과정
: DHF 처리 후 표면의 hydrophobicity와 반응성 높음
Rinsing, Drying 과정에서 공기 중의 산소가 water droplet에 용해
-> 웨이퍼 표면의 실리콘이 산소와 반응해 oxide를 형성
-> Oxide는 Silicic acid가 되어 water droplet에 용해
-> 용액이 건조되며 용액 내부 실리콘 산화물이 웨이퍼 표면상에 석출
-제거법
: 1. 공기 중 노출 막음- HF step과 같은 챔버 내에서 rinsing과 drying을 진행
2. 산소가 없는 환경 (N2 or vacuum) 내 rinsing 된 wafer의 이동과 drying 진행
3. IPA 마란고니 건조방식- 마란고니 효과: 하나의 액 영역에 2개의 다른 표면장력 영역이 존재할 경우
표면 장력이 작은 영역으로부터 큰 영역으로 액이 흐르는 것
- 1. UPW보다 상대적으로 표면장력이 작은 IPA(Iso Propyl Alcohol) atmosphere에서
, UPW에 잠겨 있는 웨이퍼를 천천히 들어 올림 or UPW를 천천히 배출시켜
웨이퍼를 IPA atmosphere로 노출-> 웨이퍼에 남아 있는 UPW 제거
- 2. Rinsing 과정에서 IPA droplet or vapor를 분사해 Wafer 표면상의 UPW에 IPA를 용해
-> IPA는 순수보다 표면장력이 작고 젖음성이 좋아 UPW와 완전히 치환
-> 치환된 IPA는 원심력에 의해 제거 -> 잔류된 용액에 의한 워터마크가 x
4. Hot SC1, HF etching with slight oxidation