[반도체공정]세정공정

Clean room이라고 들어보셨나요. 이름 그대로 엄청 깨끗해서 먼지도 별로 없는 공간으로 반도체의 퀄리티를 결정하는 중요한 시설입니다.

 

먼지가 웨이퍼 위에 올라간다면 모든 공정에 문제가 생길 수 있습니다. Photolithography 과정에서 먼지가 빛을 막아 원치않는 패턴이 발생 할 수도 있고요. 제대로 deposition 이 이뤄지지 못할수도 있습니다.

 

먼지말고도 사람의 몸에서 나오는 단백질, 화장품에서 떨어지는 금속 또한 오염물의 일종입니다.

 

이러한 Clean room의 수준을 나타내는 지표로 Class N 이 있습니다.

 

Class 1000 은 (1ft)³ 당 0.5um 이하의 먼지수가 1000개 미만

Class 100 은 (1ft)³ 당 0.5um 이하의 먼지수가 100개 미만

Class 10 은 (1ft)³ 당 0.5um 이하의 먼지수가 10개 미만

Class 1 은 (1ft)³ 당 0.5um 이하의 먼지수가 1개 미만

 

인 공정시설을 뜻합니다. N이 작을수록 좋은 시설이고 높은 품질, 높은 수율의 반도체를 제작 할 수 있겠죠.

 

하지만 아무리 먼지가 없는 시설일지라도 결국 완전히 막는건 불가능 하기에 우리는 세정공정을 이용합니다. 모든 공정 사이사이에 세정을하여 혹시 있을지 모르는 먼지를 제거해 주는거죠. 다양한 세정 공정을 소개해드리겠습니다.

 

SPM(Sulfuric acid peroxide mixture) 세정법입니다.

Piranha cleaning 이라고 불리기도 하는데요. H₂SO₄ : H₂O₂ = 4 : 1 의 혼합 용액을 사용합니다. 120도의 온도에서 10분정도 진행 되는데요 PR을 포함한 유기오염물과 금속 오염물을 제거 할 수 있습니다.

중요한 특징으로는 Wafer 표면이 산소들에 의해 산화되어 SiO₂ 가 형성됩니다 이런 산화막이 형성되는 타입을 친수성(hydrophilic) 타입이라고 부릅니다. 추후에 설명할 SC1 SC2 또한 마찬가지로 친수성입니다.

일반적으로 세정공정을 할 때에는 여러 세정을 순서대로 진행하는데 산화막이 형성되는 이러한 특징 때문에 세정 공정 중 가장 우선적으로 진행되야합니다.

 

DHF(Diluted HF) 세정법입니다.

(이온이 거의 없는 물)DI water : HF = 200 : 1, 100 : 1, 50 : 1, 10: 1 등 공정시간에 따라 다양하게 세팅합니다.

불화수소를 이용해 주로 얇은 산화막이나 금속 오염물을 제거하는  세정법입니다.

 

SPM과는 다르게 상온에서 진행되기 때문에 자연적으로 산화될 확률이 감소합니다. 따라서 SPM과 같은 친수성 세정을 한후에 이 방법을 이용하여 생성된 산화막을 제거하여 줄 수 있습니다.

 

BOE (Buffered Oxide etchant)

NH4F : HF = 10 : 1

상온에서 세정하며 주로 두꺼운 산화막을 제거하는데 사용합니다.

 

일련의 세정과정을 순차적으로 진행한다고 했는데요. 그중 하나인 RCA Cleaning 에 대해 설명드리겠습니다.

RCA는 Werner Kern 이 1965년에 Radio Corporation of America 에서 일하면서 만든 절차입니다. 기본적인 절차는 다음과 같습니다.

 

1)     SPM

 

2)     DHF

 

3)     SC1(standard cleaning1)

NH₄OH : H₂O₂ : DI = 1 : 1 : 5

75 °C 10min

PR을 포함한 유기 오염물을 효과적으로 제거하며 금속 오염물 또한 제거한다.

 

4)     SC2(standard cleaning2)

HCI : H₂O₂ : DI = 1 : 1 : 5

75 °C 10min

알칼리 금속 불순물 제거

 

5)     DI rinsing

위의 공정은 기본 틀이고 사용자에 따라 변경하여 사용합니다.

 

유기용매 세정( Solvent cleaning ) 도 있습니다.

아세톤 -> 메탄올 -> IPA -> DI 순서의 세정법입니다.

SPM이나 SC1을 진행하지 못하는 상황에서 활용하는데요. 주로 SPM 이나 SC1을 진행하지 못하는 상황에서 사용합니다 이에대한 예는

 

https://ethanshin6522.tistory.com/7 (반도체공정)Lift off 공정이란?

 

의 뒷부분에서 언급되어 있습니다.