Intro
반도체 소자의 고집적화에 따라 공정 스텝 수가 매우 증가하였습니다.
공정 스텝 수 증가에 따라 표면의 잔류물, 오염물 등 오염 문제가 심각해졌지요.
이러한 오염물, 잔류물은 반도체 소자에 어떠한 영향을 끼칠까요?
공정에 따른 오염물, 잔류물이 주는 영향
Photo 공정 : particle들로 인해 패턴 전사를 제대로 진행하지 못해 전기적으로 쇼츠가 생길 수 있습니다.
증착 공정 : particle 증착, 오염된 부분은 하부 기판의 lattice를 따라 단결정으로 성장할 수 없게 됩니다.
즉, 박막의 quality가 나빠지고, 박막 내 crack이 생길 수 있습니다.
Etch 공정 : Etch 진행 후 반응물이 다 빠져나가지 않는다면 증착, 포토 공정 등의 차후 공정에서 문제가 생깁니다.
위 예시들은 반도체 공정에 있어서 cleaning을 해야 하는 많은 이유 중 극 일부분입니다.
Cleaning 공정의 정의
Wafer 표면의 particle을 비롯하여 유기, 무기 오염물 및 자연 산화막 등 원치 않는 불순물을 제거하는 공정입니다.
이를 통해 Pattern 간 전기적 단락, 오픈 불량등을 방지하여, 박막의 품질 저하를 막아줍니다.
세정은 크게 전 세정 / 후 세정으로 나뉘거나 습식 세정 / 건식 세정으로 나뉩니다.
전 세정 / 후 세정
전 세정은 금속 배선 공정 전, 습식 세정(RCA 세정법)으로 화학적인 반응을 통해 세정을 하는 공정을 말합니다.
화학적 반응을 사용하므로 세정 효과가 매우 뛰어납니다.
후 세정은 금속 배선 공정 후, 기계적으로 세정을 하는 공정을 말합니다.
아래 소자의 금속 부식 위험성 때문에, 화학적 반응이 아닌 기계적 반응으로 세정을 진행합니다.
습식 세정 / 건식 세정
습식 세정(화학적 세정)
1. RCA 세정(순서 : SC-1 > QDR > SC-2 > QDR > DHF > QDR)
SC-1 : 염기성 chemical 용액 NH3를 사용합니다.
암모니아 : 과산화수소(H2O2) : 물 = 1 : 1 : 5 비율로 용액을 섞어 세정을 합니다.
과산화수소를 첨가시키는 이유는 다음과 같습니다.
강한 산화작용을 통해 이물질을 산화시키고, 암모니아로 식각 하여 박리시킵니다.
웨이퍼 표면의 파티클과 유기 오염물을 가장 효과적으로 제거할 수 있습니다.
QDR : 초순수를 이용하여 wafer을 헹구는 단계입니다.
스프레이 방식으로 초순수를 분사시키며, 다 차면 버리고 다시 채우는 형식으로 진행됩니다.
SC-2 : 산성 chemical 용액 HCl 염산을 사용합니다.
염산 : 과산화수소 : 물 = 1 : 1 : 5 비율로 용액을 섞어 세정을 합니다.
SC-1에 의해 발생된 금속 오염물을 제거합니다.
2. 기계적 습식 세정
- Megasonics 세정
초음파를 사용하여 세정하는 공정으로, 미세한 구조에 침투가 잘 되어 정밀하게 세정할 수 있습니다.
- PVA 브러쉬 스크러버
상대적으로 큰 particle을 세정하는 방법입니다.
- 질소총
건식 세정
고 종횡비 구조에서 습식 세정은 문제가 많습니다.
- 소자 미세화로 인해 장시간 세정 공정을 진행할 시, 다른 박막이 손상됩니다.
- 물반점이 형성됩니다.
- 고 종횡비 구조가 쓰러질 수 있습니다.
- 케미칼, 초순수를 대량 사용합니다.
- 케미칼 내 불순물에 의한 역오염이 일어납니다.
- 표면 장력에 의해 pattern이 서로 달라붙거나 무너집니다.
건식 세정 공정은 기상 혹은 gas에서 세정하는 방식으로 고 종횡비의 반도체에서 사용이 가능합니다.
자외선/ 오존 세정을 통해 유기물 제거, 금속 오염 세정, 자연 산화막 제거를 할 수 있습니다.
Plasma 세정은 화학적인 방법(산소 라디칼과 반응시켜 제거)과 물리적인 방법(Ar을 충돌시켜 표면의 오염물질을 제거)을 같이 이용하며, 주로 표면의 오염물질을 제거합니다.
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