[반도체공정] feat.jaeger, Wafer Chapter 9) 웨이퍼 세정

반도체 8대 공정 순서

1. 실리콘 웨이퍼 제조 공정
2. 산화공정(Oxidation)
3. 포토공정(Photo)
4. 식각공정(Etching)
5. 증착공정(Deposition)
     - 확산(Deposition)
     - 이온주입(Ion implantation) 
6. 금속배선공정(Metalliztion)
7. EDS 공정(Electrical Die Sorting)
8. 패키지공정(Package)

 

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목차

9.1 개요
9.2 결함
9.3  Clean room의 청정도 단위
9.4  습식 화학세정
9.5 불순물

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반도체는 현대 전자 산업의 핵심으로, 스마트폰부터 컴퓨터, 자동차, IoT 기기까지 다양한 분야에서 중요한 역할을 하고 있습니다.

 

이처럼 고성능 반도체가 만들어지기 위해서는 기판인 웨이퍼의 표면이 얼마나 깨끗하게 유지되느냐가 결정적 요인이 됩니다.

웨이퍼 표면에 남아 있는 미세한 오염물(유기물, 금속 이온, 입자 등)은 후속 공정(증착, 식각, 확산 등)에서 불량을 유발하고, 결과적으로 제품 수율과 신뢰성을 저하시킬 수 있기 때문입니다.

 

이번 글에서는 유기용매 세정부터 RCA 클리닝(SC1, SC2), 그리고 필요에 따라 추가로 진행되는 HF 처리를 통한 네이티브 산화막 제거까지, 웨이퍼를 청정 상태로 만들기 위한 핵심 공정들을 살펴봅니다.

각 단계에서 어떤 화학물질이 사용되고, 어떤 오염을 제거할 수 있는지 구체적으로 알아보면서, 반도체 제조 공정에서 세정이 왜 중요한지 함께 이해해 보겠습니다.

9.1 개요

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웨이퍼 세정 기술은 크게 3가지

• wet cleaning(습식 세정) : 물리 씻는 것.
• dry cleaning(건식 세정) : 바람으로 부는 것.
• vapor cleaning(증기 세정) : 증기로 부는 것.

이중 wet cleaning은 고전적인 세정방법입니다.

1. 화학물질을 대량으로 소모하여 환경을 오염시킵니다.
2. 새로운 제작공정의 도입으로 공정이 서로 비호환적입니다. (VLSI → ULSI)
3. 최근에는 wet cleaning 공정이 dry cleaning 혹은 vapor cleaning으로 전환되었습니다.

 

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물은 기체, 액체, 고체 용해 등에서 사용되는 가장 기본적인 세정제입니다.

초순도 탈이온수 (deionized water, DI water)

1. 거대입자 제거 : ultrafine filter
2. 박테리아, 바이러스 등 미생물: UV 조사 및 filtering
3. 이온제거 : Osmosis filter
4. 용존 산소: 진공법, 촉매법

 

9.2 결함

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웨이퍼 안의 소자가 죽는 최소 치명적인 크기가 있습니다.

• 4K DRAM (최소 선폭 10 μm) 1 μm 이하
• 16M DRAM (최소선폭 1 μm 이하) 50 nm 이하

Statistical post-processing at wafersort-an alternative to burn-in and a manufacturable solution to test limit setting for sub-micron technologies - Scientific Figure on ResearchGate. Available from: https://www.researchgate.net/figure/A-Composite-wafer-map-for-a-single-product-The-size-of-each-square-is-proportional-to_fig1_3953891 [accessed 12 Nov 2024]

 

9.3 Clean room의 청정도 단위

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clean room의 청정도 단위는 다음과 같습니다.

https://sciencenotes.org/how-to-convert-cubic-feet-to-cubic-meters/#google_vignette

 

Class : 1 입방 feet 안의 0.5 μm 이상의 크기를 가진 먼지 입자수

 

일반적인 가정집의 청정도는 class 1,000,000입니다.

반도체 공장의 청정도는 class 1 요즘은 거의 무인공장으로 먼지가 거의 존재하지 않습니다.

 

http://www.acerna.co.kr/main_kr/main.php?ctt=../contents_kr/m_2_3_1&mc=2%7C3%7C1

위 사진처럼 바람이 천장에서 아래 공간으로 흐르며 순환합니다.

먼지는 아래로 내려오기 때문이죠.

 

9.4 습식 화학세정

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집적회로의 불량 원인 중 50%가 불순물 때문입니다.

 

1. MOS 산화층에서 mobile ion : 웨이퍼 표면에 존재하며 이동하는 Na, K의 알칼리 이온을 말합니다.

Fig. 1　The Workings of Anion Exchange Chromatography

mobile ion 예시 이미지

 

2. micromasking effect  : lithography 후 웨이퍼 표면에서 잔존하여 남아있는 PR을 의미합니다.

Fig. 4. SEM photo of micro-masking of InAs etched with recipe-B.

micromasking effect 예시 이미지

 

3. 큰 입자에 의한 short circuit problem

by  Ganga Sivaraman May 30, 2024

회로 단락 예시 사진

 

9.5 불순물 종류

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1. 분자형태 유기물질로는 PR, 유기용제, 윤활유이 있습니다.

2. Na, F, Cl 이온의 물리적 흡착하는 이온불순물이 있습니다.

3. 원자단위 불순물 또한 존재합니다.

 

 

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웨이퍼 세정에도 고려할 일이 참 많습니다!

 

 

 

 

introduction to microelectronic fabrication (Vol 5)

For courses in Theory and Fabrication of Integrated Circuits.The author's goal in writing this text was to present a concise survey of the most up-to-date techniques in the field. It is devoted exclusively to processing, and is highlighted by careful explanations, clear, simple language, and numerous fully-solved example problems. This work assumes a minimal knowledge of integrated circuits and of terminal behavior of electronic components such as resistors, diodes, and MOS and bipolar transistors.

저자

jaeger

출판

피어슨 에듀케이션

출판일

2013.08.30