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글의 순서가 좀 안 맞지만...그래도....올려본다.
세정...말 그대로....깨끗이 하는 것을 말한다.
그러나 모든 웨이퍼 공정은 오염물들의 근원이고 이는 소자의 성능과 수율에 직접적인 영향을 미치게 된다.
각 공정 후 웨이퍼 표면의 오염물은 기하급수적으로 늘어나게 되고 이 오염물에 의해 반도체 소자의 수율(일종의 생산성)은 급격히 감소하게 된다.
웨이퍼 세정 공정은 웨이퍼 표면의 모든 오염물을 완벽히 제거하는 것이 가장 이상적인 목표이기는 하지만 그것은 거의 불가능하다고 할 수 있다.
실제로 웨이퍼 세정 공정은 각 공정 전과 후에 실시하여 기하 급수적으로 증가하는 오염물을 최소한의 비율로 감소시키는 것이 그 주된 목적이다.
따라서 웨이퍼 세정 공정은 모든 공정 전후에 반드시 행해져야 한다.
반도체 공정 중 웨이퍼 표면 위에 오염되는 불순물의 종류는 크게 외부에서의 오염원과 Wafer 자체(?)에서 발생하는 오염등으로 나눌수 있다. 전자에는 particle, 유기 오염물, 금속 오염물 등을 들 수 있으며, 후자는 공정 중 자연적으로 생겨나는 산화막 등을 들 수 있다.
이런 다양한 오염물들을 제거하기 위해서 웨이퍼는 각각의 오염물들을 효과적으로 제거하기 위한 여러 가지 세정 용액을 혼합하여 일괄 처리 공정으로 세정된다.
현재 반도체 공정에서 사용하는 습식 세정 공정은 1970년대 개발된 RCA 세정 방법(1970년 RCA Company의 Werner Kern이 제안한 기본적인 세정방법)을 근간으로 화학액의 조성에 큰 변화없이 사용되고 있다.
RCA세정은 암모니아인 염기성을 주로 사용하는 SC1과 염산인 산성 용액을 사용하는 SC2 세정 방법으로 나눌 수 있다. RCA세정 공정 중 SC1 (Standard Clean-1, APM) 세정 공정은 암모니아, 과산화수소 그리고 물을 1:1:5의 비율로 혼합아여 75~90℃ 정도의 온도에서 particle과 유기 오염물을 제거하기위해 사용되고 있다.
암모니아에 의한 웨이퍼 표면의 에칭과 과산화수소에 의한 웨이퍼 표면의 산화 반응이 동시에 일어나 표면의 particle을 효과적으로 제거한다. 하지만, SC1 세정 용액은 낮은 Redox potential(산화환원반응 가능성)에 의해 표면의 금속 오염을 피할 수 없다.
SC1용액에서 발생한 금속 오염물을 제거하기 위해 SC2 세정 공정이 등장하게 되었다.
SC2 (Standard Clean-2, HPM) 세정 공정은 염산, 과산화수소 그리고 물을 1:1:5의 비율로 혼합하여 75~90℃ 정도의 온도에서 천이성 금속 오염물을 제가하기 위해 사용되고 있다. 과산화수소와 염산에 의한 전지 화학적 반응에 의해 웨이퍼 표면과 전기적으로 결합한 금속 오염물을 효과적으로 제거한다.
또한, 황산과 과산화수소를 혼합한(H2SO4+H2O2=>3:1 혼합액) SPM (Piranha:피라나) 용액은 고온에서 감광제나 계면활성제 같은 유기 오염물을 제거하기 위해 사용하고 있다. 과산화수소에 의한 유기물 산화와 용해 반응과 황산에 의한 유기물 burning반응에 의해 효과적으로 유기 오염물을 제거한다.
위의 세정 공정들은 모두 산화제를 포함하고 있어 세정 공정 후 웨이퍼 표면에 화학적 산화막이 생성된다(자연적으로...).
희석시킨 HF (dilute HF;DHF) 용액은 세정 공정 중 가장 마지막에 수행함으로써 웨이퍼 표면의 자연산화막을 효과적으로 제거하고 동시에 자연 산화막 내에 포함되어 있는 금속 오염물을 효과적으로 제거한다.
이상은 세정 공정의 기본적으로 사용되어온 RCA 세정 방법에 대한 소개이다. 그러나 현재의 반도체 공정은 그 때(1970년대)와 달리 고집적, 극 미세화 페턴의 소자 생산을 목적으로 하기에 RCA 세정 방식에 대한 대안방안이 연구 중이며, 여러 대체 화학약품 및 공정이 연구 중 이다.
그러나 기본적인 세정 process을 말한다면 RCA세정방식을 말할 수 있다..그래서 여기서 맛보기로 조금 알아보았다.
※참고자료:
-. 서울대학교 반도체공동연구소
(연구논문:"Research on a New Wet Cleaning for
Gigascale Integrated Device -박사 최근민-2001.5" )
-. 건국대학교 전자공학과 반도체 및 광소자 Lab
-. A-tech 기술자료(세정공정의 소개)
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