공정_RCA Clean_Megasonic

RCA Cleaning

이러한 오염물들이 완벽하게 제거가 되야 우리가 원하는 공정이 제대로 진행될 수 있다.

이러한 오염물을 제거하기 위한 표준적인 Cleaning 공정들이 개발되어있다.

 

RCA Cleaning: 1960년대에 개발된 표준적인 Wafer Cleaning step

→ 중요한 공정이 진행되기 전후에 사용되는 경우가 많다.

실험실에서 주의해야할 점

→ 사용되는 Chemical들의 순도가 매우 높다. (강산, 강염기) 따라서 위험하다.

→ 다량의 Gas들도 방출되기 때문에 Hood 안에서 진행해야 한다.

→ Cleanng 공정이 끝난 이후에 폐기할 때도 충분히 식혀주어야 한다.

RCA Cleaning 단점

→ 너무 많은 Chemical들이 필요하고 과정이 복잡하다.

→ 금속 물질들은 부식되거나 파괴될 수 있기 때문에 금속을 사용한 상태이면 RCA Cleaning 사용 불가하다.

1) Piranha Solution

→ 황산과 과산화수소 섞은 것, Organic 잔여물들을 제거하기 위해 사용

→ 원액의 가까운 황산을 사용하기 때문에 매우 주의해야 한다.

→ 섞는 순간부터 엄청난 열과 Gas들이 분출된다.

→ 과산화수소는 Organic 물질을 산화시키는 역할이며 산화된 부분을 황산이 녹여서 날려버린다.

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2) SC-1

→ Organic 잔여물과 Particle들을 제거하는 Step이다.

→ 수산화암모늄 + 과산화수소 + 물을 적절한 비율로 섞어서 만든다.

과산화수소는 Si를 산화시키는 역할이다.

→ 오염물과 맞닿아있는 Si 표면은 SiO2로 바뀌게 되고 SiO2는 수산화암모늄이 만들어내는 OH-과 만나서 HSiO3-를 만들게 된다.

→ HSiO3-는 물에 녹아서 제거가 된다. 그러면서 오염물이 떨어져 나가게 된다.

유기물이 아닌 Particle도 SC-1을 통해 제거가 가능하다.

→ OH-가 Si 표면에 모여 -로 대전된 층을 만들게 되고, OH- 이온들이 Particle에 달라붙게 되면서 Particle 역시 -로 대전되게 된다.

→ 서로 정전기적 척력이 발생하여 떨어지게 된다.

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3) Native oxide strip

Native Oxide를 제거하는 과정은 SC-1 다음에 들어갈 수도 있고 혹은 제일 마지막에 들어갈 수도 있다. 

→ Native Oxide 제거

→ Insulator 물질을 제거하거나 Etching 하는데 가장 많이 사용되는 용액이 HF이다. (희석 용액 사용)

→ HF가 SiO2를 만나게 되면 SiF6를 만들게 되고 이 물질이 물에 녹기 때문에 SiO2 층이 제거가 된다.

BOE (Buffered Oxide Etchant)라는 용액을 Oxide 제거할 때 많이 사용한다. HF 용액에 추가적으로 NH4F를 섞어준 용액.

→ HF만 사용할 경우, 점점 Fluorine의 농도가 낮아져서 화학반응 자체가 줄어든다. 따라서 시간이 지나면 지날수록 SiO2가 제거되는 속도가 줄어든다.

→ BOE 용액은 Fluorine 농도가 일정하게 유지될 수 있도록 한다. NH4F가 HF의 농도를 일정해질수 있도록 맞춰주는 역할을 한다. Buffer 역할을 한다. 따라서 Etch rate를 일정하게 유지시킬 수 있다.

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4) SC-2

→ HCl은 금속성을 가지는 오염물들을 이온화 시키는 역할을 한다.

→ 과산화수소는 metallic 오염물들을 산화시킨다.

→ 이온화되고 산화된 금속 오염물들을 물을 통해 씻겨낸다.

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Other cleaning method

→ Metal을 이미 증착했거나 제거해서는 안되는 Pattern들이 RCA cleaning을 통해 제거될 경우, 다른 Cleaning 방법을 사용해야 한다.

Megasonic or Ultrasonic(초음파)를 통해 미세한 진동을 만들어주게 되면, 표면에 달라붙어 있는 오염물들이 쉽게 떨어져 나간다.

Megasonic 장비는 대략 1MHz 수준의 주파수를 가지는 초음파를 사용한다.

RCA Cleaning을 할 때 Megasonic을 같이 사용해주면 RCA Cleaning의 효과를 더욱 증폭시킬 수 있다.

실제 회사에서는 WF 뒷면에 초음파를 낼 수 있는 어떤 장치를 부착한다.

→ 즉 초음파는 WF 뒷면에서, 세정액은 WF 위에서 분사된다. 

 

출처: https://youtu.be/YTmsQcnxUXk?si=CAaVW3TyFjhHqfOJ