Semiconductor/공정
[반도체 공정] 세정공정(Cleaning)-2
Zei
2021. 2. 27. 01:57
2. 습식세정법
표준 웨이퍼 클리닝에 사용된 화학 물질은 지난 30년 동안 크게 변하지 않음
1) RCA Cleaning (산업 표준 습식세정과정)
: 미국 RCA사에서 개발
과산화수소(H2O2)를 기반으로 수산화암모늄(NH4OH), HCl을 이용해 유기. 무기물을 제거하는 방법
세정 후 공기 노출 최소화로 산화막 성장 및 오염 재부착 방지
소자 미세화로 세정액의 농도, 온도 낮아지는 추세
Front-End Process
SC1->QDR-> SC2-> QDR-> DHF-> QDR
| SC-1 (APM, 암모니아 세정) | |
| NH4OH, H2O2, H2O (일반적 1:1:5) | Organic, Ⅰ/Ⅱ 족 금속, Particle제거 |
 60℃ 이상의 고온에서 큰 세정 효과-> 75-90 ℃ 세정액의 활성화, 과산화수소의 급속 분해 방지 저온 세정의 경우 MEGA SONIC을 첨가해 개선 |
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| Mechanism: Si + 2HO2- → OH- + SiO2, Si + 2H2O2 → SiO2 + 2H2O (Oxidation Reaction) SiO2 + OH- → HSiO3 (Dissolution of SiO2) For organics 2H2O2 + C → CO2+2H2O For I, II elements M+ H2O2 → MO+H2O, MO + 4NH4OH → M(NH4)4+ |
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| 장점 1. Particle 제거 효과 큼 -세정 후 Wafer 표면에 산화막이 형성(친수성) -> Particle의 재부착이 어려움 2. 산화막 속에 metal이 Gathering 되어 있어 후속 HF cleaning으로 쉽게 금속 불순물을 제거 |
단점 1.Si wafer의 micro-roughness, decomposition of chemical 2. Alkali metal의 경우 Metal Re-adsorption 3. 낮은 Redox potential -.>표면의 금속 오염 |
| SC-2 (HPM) | |
| HCl, H2O2, H2O | Metal(Co, Ti) 제거 |
| SC-1에 의해 발생한 금속 오염물 제거 75~85℃ |
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| Mechanism: Na + HCl → NaCl + H+ (Ion Exchange) M + H2O2 → MO + H2O, MO + 2HCl → MCl2 + H2O (Complex) |
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| 장점 1.큰 Particle 제거 효과 -세정 후 Wafer 표면에 산화막이 형성(OH- 친수성 표면) -> Particle의 재부착이 어려움 |
단점 1.High Temp Process, 높은 부식성을 가진 화학물질의 사용으로 인한 Hardware 관리 어려움 2.NH4Cl성 Particle 형성 |
2)
Front-End Process
| SPM(Piranha Cleaning) | |
| H2SO4, H2O2, H2O | Heavy Organic, Metallic impurity 제거 |
| 유기 오염물 중에서도 포토레지스트와 같은 Heavy 유기 오염물을 효과적으로 제거 다른 세정을 하기 전에 제일 먼저 수행 H2SO4/H2O2 수용액의 혼합물과 유기물과의 탈수소 반응, 산화 반응에 의하여 세정 100℃ ~130℃ 정도의 고온에서 처리 |
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| Mechanism: H2SO4 + H2O2 → H2SO5(Caro’s acid) + H2O, For metal H2SO5+ M → M(SO5) + H2 For organics H2SO5+ Hydro Carbon → CO2+ H2O + H2SO4 H2SO5→ HSO4* + OH* (Radicals are formed in solution) H2SO5→ OH* + *OSO2OH H2O2 → H2O +*O |
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| 장점 1.큰 Particle 제거 효과 -세정 후 Wafer 표면에 산화막이 형성(친수성) -> Particle의 재부착이 어려움 |
단점 1.SO4- Residue 2.Metallic Contamination |
| Dilute HF (HF, DHF) | |
| DI water에 HF 수용액을 희석 (50:1 ∼ 200:1) | Oxide Film, Metallic impurity 제거 |
| 자연산화막 제거 Gate Oxidation과 같은 Oxidation Step에서 사용 |
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| Mechanism: - Overall reaction: SiO2 + 6HF → 2H+ + SiF6-2 + 2H2O SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O - HF solution: HF → H+ + F- (K=6.85 × 10-4 mol/ℓ) HF + F- → HF2- (K=3.963 mol/ℓ) 2HF → H2F2 (K=-2.71mol/ℓ) - 3HF + M → MF3 + 3H+ (for metal) |
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| 장점 1.세정 후 H-termanation ->표면 재산화에 안정 2.산화막내 금속 미립자 제거 |
단점 1.세정 후 Wafer 표면이 소수성(H+)으로 바뀌어 Particle 제거에 어려움 2.HF는 BOE보다 Etch Rate가 균일하지 않고 PR의 Lifting을 발생 3. Cu, Au과 같은 noble metal제거 어려움 ->과산화수소 첨가 ->Roughness 증가 단점 |
| BOE (Buffered Oxide Etchant) | |
| NH4F, HF, Surfactant | Oxide Film, Polymer 제거 |
| 유전체 박막 식각 높은 친수성과 Low Selectivity로 인해 주로 Contact Cleaning에 이용 |
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| 장점 1. Surfactant로 인해 친수성을 띄고 particle 발생을 억제 2.BOE는 NH4F의 Buffer 작용에 의해 HF 보다 Etch Rate가 균일 |
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