안녕하세요. 베어훈릴스입니다.
오늘은 제 전공분야인 재료공학과 관련된 얘기를 한 번 해볼까해요. 저번 학기에 박막 및 재료라는 과목을 수강하였습니다. 박막 및 재료라는 과목에서 제가 배운 것은 반도체 공정과 박막 공정 및 재료입니다.
이러한 내용을 차근차근 처음부터 정리하면, 이러한 과목을 수강하시거나 정보를 원하시는 분께 큰 도움이 될 것 같아서 하나부터 열까지 차근차근 정리해보고자 합니다. 그러면 이제부터 시작해보도록 하겠습니다.
우선 반도체 공정 중 cleaning 방법에 대해 한 번 알아봅시다. Photo 공정을 위해서는 Photo resist를 박막위에 도포하는 것은 관련 전공자라면 모두들 알고 계실거라 생각합니다. 여기서 Photo resist는 용매와 용질 그리고 감광제 등으로 이루어져 있습니다. 이 중 용매를 제거하는 방법은 다음과 같습니다.
How to remove solvent?
TCE --> Acetone --> Methyl alchol --> DI Water
각종 화학물질을 이용해서 위와 같은 순서로 Cleaning을 진행하면 solvent를 제거할 수 있습니다. TCE는 유기물질 제거, Acetone은 손자국 제거, Methyl alchol은 휘발성이 좋아 나머지 모든 것을 제거하고, DI Water를 통해 마지막 cleaning을 진행하는 방법입니다.
그 다음 순서로 알아볼 것은 유기물질과 이온 오염 물질을 제거하는 방법입니다.
How to remove residual organic or Ionic contamination?
1. 5:1:1 = H2O : NH4OH : H2O2 -- > 75도 ~ 80도 사이에서 10분간 진행합니다.
위의 비율대로 섞인 화학물질을 이용해서 첫번째 공정을 진행합니다.
2. Quench - DI water for 1min --> DI water를 이용해서 1분간 표면을 세척하고, 표면 온도를 조절합니다.
3. Wash DI water for 5min - 5분동안 DI water를 이용해서 세척을 진행합니다.
세 번째로 알아볼 것은 Hydrous oxide를 제거하는 방법입니다.
How to remove hydrous oxide?
1. Immerse in a (1:50) solusion of HF:H2O - 불화수소와 물이 1:50 비율로 섞인 화학물질에 기판을 담굽니다.
2. Wash in a DI Water - DI Water를 이용해서 세척을 진행합니다.
계속해서 cleaning을 진행할 때 DI Water가 등장합니다. 여러분은 DI Water가 어떤 것인지 궁금하실텐데요. 다음 URL을 따라가시면, DI Water에 대해서 설명하였습니다. 보충 내용이 필요하신 분은 참고하셔서 보시면 될 것 같습니다.
https://alive-earth.tistory.com/17
DI Water란 무엇인가?(feat. 반도체공정)
안녕하세요. 베어훈릴스입니다. 여러분은 하루에 물을 얼마나 드시나요? 저는 개인적으로 물 마시는 것을 굉장히 좋아해서 물을 정말로 많이 먹습니다. 그래서, 적어도 3L 이상은 마시는 것 같습
alive-earth.tistory.com
네 번째로 알아볼 것은 중금속 제거방법입니다.
How to remove heavy metal?
1. 6:1:1 = H2O : HCl : H2O2 - 75도~80도 사이에서 10분간 진행합니다.
2. Quench in DI Water for 1min - DI Water에서 quenching을 진행합니다.
3. Wash DI Water for 10min - DI Water 속에서 10분간 세척을 진행합니다.
위의 네 가지 cleaning 방법은 wet etching 이라고 합니다. 즉 액체상태의 화학물질을 이용해서 박막위의 다양한 물질들을 제거하는 방법입니다. 다음으로는 건식세정 방법에 대해 알아보고자 합니다.
Dry etching plasma system
dry etching system은 VLSI(Very Large Scale Intergration)에서 많이 사용됩니다. 영어를 한국어로 번역해보자면, 대규모 반도체 제조 공정에서 많이 사용한다는 것입니다. 이 방법은 위에서 알아보았던 습식세정에 비해서 이방성 식각 특성을 같습니다. 반면, 습식세정은 등방성 식각 특성을 갖습니다. 등방성과 이방성에 대해서 한 번 알아보겠습니다.
이방성 식각은 위와 같이 가로, 세로의 식각 속도가 다르기 때문에 왼쪽의 사진처럼 가지런히 식각을 진행할 수 있습니다. 반면에 등방성 식각은 모든 방향으로의 식각 속도가 동일하기 때문에 식각을 진행하면, 오른쪽 사진과 같이 undercut이 발생을 합니다. 여러분이 소비자라면 왼쪽과 오른쪽 중 어떤 것의 집적회로를 원하나요? 그렇습니다. 모두들 왼쪽 사진의 안정적인 집적회로를 원합니다. 그렇기에 이방성 식각을 이용한, dry etching을 이용한 집적회로가 훨씬 더 발전된 기술에 해당하는 집적회로입니다.
Dry etching은 이온을 발생시켜서 식각을 진행합니다. wet etching은 위의 여러 화학물질을 섞어서 진행하였다면, dry etching은 이온을 발생시켜야 하는데요. 어떻게 발생시키는지 알아보기에 앞서 어떠한 이온들이 사용되는지 알아봅시다. 보통 대개의 반도체는 Si 기판을 사용합니다. 또한, 대기와 Si이 노출되면 금새 SiO2가 표면에 생기기에 표면의 박막을 제거하는 물질은 O(산소) 또는 F(플루오린) 이온을 이용합니다. 이온을 표면에 총알처럼 부딪혀서 원하는 부분의 박막을 제거하는 방법이라고 할 수 있겠습니다.
그렇다면 dry etching의 원료인 이온을 발생하는 방법은 어떻게 될까요? 아래의 그림을 확인해보겠습니다.
위의 그림은 dry etching을 진행하는 기기입니다. 보기만 해도 엄청나게 복잡해보입니다. 보통은 이온을 발생하는 방법은 고전압을 이용합니다. 만약 산소 이온을 발생시키고 싶다면, 깨끗한 산소 기체를 기기에 주입하고 고전압을 이용해서 이온화 시킵니다. 그리고 자기력을 이용하여 우리가 원하는 이온의 방향을 조절해서, etching을 진행합니다.
간략하게 dry etching과 wet etching에 대해서 알아보았습니다. 궁금하신 점 있으시면 댓글 달아주세요! 피드백도 환영입니다. 오늘도 좋은 하루 보내시길 바라요!
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