입자 및 금속 오염 제어를 위한 Dilute HCl 기반 세정액에 관한 연구

Abstract

RCA 세정 용액은 웨이퍼 상에 존재하는 다양한 오염물을 제거하기 위하여 반도체 산업에서 폭넓게 사용되고 있다. RCA 세정 용액 중 어떤 용액이 최종 공정 용액으로 사용되는가에 따라 상이한 오염물이 웨이퍼 표면상에 잔존할 수 있다. 예를 들어 염산을 기반으로 하는 SC2 용액의 경우, 낮은 pH를 가지는 산성 분위기로 인하여 처리 후 입자 오염이 재흡착되는 문제가 있다. 이러한 입자 오염은 최종적으로 반도체 소자 수율에 영향을 미칠 수 있기 때문에 SC2를 통한 반도체 세정 시, 금속 뿐만 아니라 입자 오염 또한 제어해야 한다. 따라서, 본 연구에서는 첨가제를 통하여 금속 오염 제거율을 유지하고 입자를 제거할 수 있도록 용액을 개질하였다. 본 연구의 실험은 6인치의 직경을 가지는 P형 실리콘 반도체가 사용되었으며, 36% HCl을 이용하여 0.02wt% 및 0.05%로 희석한 용액을 기반으로 실험을 진행하였다. 첨가제로는 비이온성 계면활성제의 일종인 Triton-X 100 및 폴리카르복실산의 일종인 옥살산이 사용되었으며 농도에 따른 금속 제거 및 입자 재흡착 방지 효율을 평가하였다. 먼저 입자 재흡착 방지의 경우, 100nm 직경의 HCl 용액 내 Colloidal 실리카 및 PSL(Polystyrene latex)가 분산시킨 후 첨가제를 투입하여 실리콘 웨이퍼를 침지하고 흡착된 입자의 수를 광학 현미경을 통해 평가하였다. 평과 결과, Triton X-100은 실리카와 PSL 입자 모두에 있어 뛰어난 흡착 방지 효과를 보였으나 옥살산의 경우 농도가 증가할수록, 흡착된 입자의 수가 기하급수적으로 증가하였다. 금속 제거 평가의 경우, 구리 및 알루미늄에 대하여 평가를 진행하였으며 각각의 염화물 용액에 실리콘 웨이퍼를 침지시켜 금속 오염물을 형성하였으며, 세정액 처리 전후 AFM(Atomic force microscope)를 이용하여 세정 효과를 평가하였다. 평가 결과, Triton X-100는 금속 제거 효율에 영향을 미치지 않았으나 옥살산의 경우 구리와 알루미늄 모두에 있어 뛰어난 금속 제거 효율 향상을 보였다. 따라서, HCl 용액을 기반으로 한 반도체 금속 세정액 개질을 위하여 적절한 농도 및 종류의 고려가 필요할 것이다.; The metallic contamination of the silicon surface is famous for degrading the electrical and physical properties of the device. Although SC2 cleaning based on HCl has been widely used to control those metallic contaminants conventionally, extremely low level of metal level on Si surface and particle deposition due to its acidic nature make it challenging to be applied to semiconductor cleaning as it is. Thus, in order to solve those issues, new additives are worthy to be tried in SC2 cleaning solution. In this study, Triton X-100 and oxalic acid were used to observe how they affect the particle deposition and metal contaminant removal efficiency in dilute HCl atmosphere. First, in case of Triton X-100, it reduces the particle adsorption for both organic and inorganic particles. As Triton X-100 has both hydrophobic and hydrophilic part, it can be easily absorbed onto organic and inorganic particles through hydrophobic interaction or hydrogen bonding. Once Triton X-100 is attached on the particle surface, they can produce the steric interaction between particles. This makes the particles more dispersed and disturbed on their deposition on Si surface. In the metal removal efficiency, Triton X-100 did not show any enhancement or recession on Cu and Al removal since this additive is nonionic surfactant. In case of oxalic acid, it cannot be readily absorbed on organic and inorganic particles both. Thus, oxalic acid does not cause an additional interaction between particles or particle and surface. As a result, only pH change by oxalic acid can affect the particle adsorption since pH can reduce the electrostatic value, or zeta potential which is one of key factor of particle adhesion. As expected, the more oxalic acid is added into the dilute HCl solution, the more particles are deposited on Si surface. However, in metal removal experiments, oxalic acid showed a noticeable increase on Cu and Al removal. This is because oxalic acid can not only make a complex with metal ions but also react with metal oxide and dissociate the metal oxide giving a metal complex. These results imply that particle deposition prevention and metal removal efficiency enhancement can be achievable simultaneously by mixing those additives properly. Based on that expectation, it should be proved as a future work.