반도체 8대공정 중 Clean (Wet Etch) 공정이란?

 

반도체 8대공정 중 Clean 공정이란?

메모리 8대 공정 중 Clean 공정에 대해 알아보겠습니다.

 

 반도체 모양을 만들기 위해서는 일반적으로 gas를 이용하는 건식 식각(dry etch)을 하지만 일부 step에서는 chemical을 이용한 습식 식각을 진행합니다.
 

 
 chemical을 이용한 wet etch 공정은 dry etch와 상반된 개념으로 반도체 공정에서 폭넓게 사용되어 왔으나, chemical 특성상 미세 pattern 형성이 어렵기 때문에 device고 집적화에 따라 pattern 형성을 위한 목적은 줄어들고 있으며, 현재는 wafer 표면에 부착되는 이물질을 제거하여 device의 수율과 신뢰성 향상을 위한 목적으로 폭넓게 적용되고 있습니다.

 

 다만 이물질 제거에 폭넓게 사용되고 있다는 게 Pattern 형성에 활용되지 않거나 중요하지 않은 공정이라는 뜻은 아닙니다.
 

Process 중 발생하여 wafer 표면에 부착되는 이물질은 설비에서 발생하는 particle, 환경성 particle, photo resist 성 잔류 유기물, 각종 설비에서 부착되는 metal ion 등이 있습니다.

 

 이런 반응 부산물들이 남아있게 되면 후속에 막질을 덮거나 patrern을 형성할 때 방해하여 pattern 간의 접합이나 끊어짐으로 불량이 발생하게 됩니다.

 

 그리고 어떤 경우에는 막질 고유의 특성을 다르게 만들거나 나쁘게 하여 신뢰성 저하의 원인이 될 수도 있습니다. 수율과 신뢰성을 결정하는 한 요소로 작용하는 것이지요.

Cleaning 공정의 방식 및 방법

Cleaning이 아닌 막질을 깎아내는 공정을 진행할 때는 막질에 따라 oxide etch, poly-si etch, 알루미늄 etch 등으로 나눠볼 수 있습니다.

 

 먼저 oxide etch에서 oxide는 SiO2를 일컷는 것으로 이들 막질을 식각하는 물질은 DHF를 주요 이용하게 됩니다.

 

 막질의 식각력은 막질 상태에 따라서 차이가 발생할 수 있는데, DEPO온도에 따라 온도가 낮을수록 식각력이 높아지는 경향을 보입니다.
 

 
다음으로 Poly-Si Etch를 진행하는 경우는 크게 dummy wafer 재생과 wafer bevel의 layer를 제거할 때, 그리고 표면 cleaning 시 표면을 약간 식각할 때 진행합니다.

 

 참고로 cleaning을 진행하는 방식은 DIP 방식과 SPRAY 방식이 있는데, SIP 방식은 BATH 내에 식각 용액을 담아두고 순환시키면서 일정한 상태를 유지한 상태에서 Wafer를 담가 적당량의 막질을 식각하는 방식이고, SPRAY 방식은 Wafer를 회전시키면서 그 위나 옆에서 chemical을 분사하여 막질을 식각하는 방법입니다.

Clean공정 DIP와 Spray 방식

 

앞에서는 막질을 깎아내는 것에 대해서 알아보았다면, 이번에는 세정을 하는 관점으로 살펴보겠습니다.

 

 예전에는 chemical 용액을 이용하는 공정은 막질을 etch 하는 목적으로 주로 적용되어서 왔으나, devixe의 고집적화와 회로의 선폭이 점점 좁아지면서 process 중 발생하는 wafer 표면에 발생한 오염물질을 제거하는 cleaning 요구가 많아지고, 중시되고 있습니다.

 

 이런 이물질을 제거하는 세정 방법은 chemical을 이용하는 방법이나 gas plasma 처리, UV O3 조사법, Brush를 이용해 물리적으로 제거하는 scrubber 등이 있습니다.

 

 앞에서도 이야기했듯이 design rule이 작아질수록 관리해야 하는 paticle의 크기는 더욱 작아지게 되며, 일반적으로 관리해야 하는 particle size는 design rule의 1/2 크기입니다.
 

세정을 하는 것은 막질을 deposition 하기 전 wafer 위에 존재하는 환경성 유기물이나 설비성 무기물, metal ion을 제거하여 deposition 후 particle에 의한 pattern 왜곡 현상을 방지하거나 2차 결함을 유발할 수 있는 원인을 제거하기 위한 게 목적이라고 할 수 있습니다.

 

 세정은 사용하는 chemical에 따라 황산 스트립과 유기 스트립으로 구분할 수 있는데요. 황산 스트립은 황산의 산화력으로 감광막을 제거하고, 구성은 황산(H2SO4), 과산화수소(H2O2)로 되어 있습니다. Metal이 드러나지 않는 Step에서 PR 스트립을 위해 사용합니다.

 

 Metal layer에서 황산 스트립으로 감광막을 제거할 경우 황산과 과산화 수소에 의해 금속이 부식되기 때문에, 그런 경우에는 유기 스트립(organic strip)을 사용합니다.
 

 
 Hydroxylanine, Catechol, 2-Ethanol, Ethyldlycol과 기타 화합 용매로 구성되어 있으며, Metal etch시 발생하는 Polymer 제거를 위한 용매가 첨가되어 있습니다.

 

 건식 식각 후 발생하는 Polymer의 종류에 따라서 적용하는 방식도 다른데, 건식식각 GAS가 CF4, CHF6일 경우 황산 스트립이나 HF 처리를 하게 되고, SF6이나 CI 등일 경우 SC1을 주로 적용합니다.

 

 Metal 이후 Step에서는 HNO3, Polymer 처리제가 함유된 유기용제를 이용하여 제거합니다. Wafer에 얹어져 있는 Particle의 경우에는 SC1, SPIN SCRUBBER로 제거하게 됩니다.

케이씨텍의 세정장비

Dry(건조)진행

Dry는 Cleaning에 있어서 가장 마지막 단계에서 진행하는 공정입니다.

 

 젖어있는 Wafer를 건조하는 단계라고 볼 수 있습니다. 건조하는 방법은 Spin Dry라 불리는 회전조, IPA Vapor Dry, N2 감압 Dry, N2 열풍건조, Marangoni Dry가 있습니다.

이상 메모리 8대 공정 중 Clean 공정에 대한 설명을 마칩니다.
 

 

반도체 8대공정 요약 정리