반도체공정실험 | Cleaning & Oxidation, Photolithography, Dry etching, Metal Deposition, Annealing(Silcidation)

 

 

 

Cleaning & Oxidation

MOS CAP을 제작하는 전체의 공정에서 첫 번째 공정에 해당하는 ‘Wafer cleaning & Oxidation’ 공정을 실시한다. 산화 온도를 고정하고 산화 시간을 조정 하였을 때 Oxide 층의 두께 변화에 어떤 영향을 주는지 확인하여본다.

 

1. 실험 과정

1) BOE(Buffered Oxide Etchants) 용액을 이용하여 기존에 존재하는 Oxide층과 Wafer의 표면 유기물, 이온, 금속 물질을 화학적으로 제거한다.

 

2) QDR (Quick Drain Rinse) - DI 용액을 이용하여 헹군다.

 

3) Spin Dryer - 30분 동안 700rpm 속도로 회전시켜 Wafer 표면의 물기를 완전히 제거한다.

 

4) 세정 용액의 웨이퍼 표면 부착 상태 확인

물방울을 떨어뜨려 표면과의 각도를 측정한 후 BOE cleaning전에 측정한 각도와 비교한다. 이 때 세정되는 표면의 특성이 친수성(hydrophilic)인가 소수성(hydrophobic)인가에 따라서 용제의 선택과 첨가물의 선택이 달라져야 한다.

 

5) Wet oxidation

Vertical Tube Furnace를 이용하여 Wet oxidation을 실시한다.

Oxidation은 1000도에서 진행되며 2시간, 4시간, 6시간 세 번 진행된다.

 

6) Ellipsometer을 이용하여 SiO₂층의 thickness를 측정한다.

 

 

Photolithography

MOS CAP을 제작하는 전체의 공정에서 ‘Wafer cleaning & Oxidation’ 공정을 실시한 후 Si기판 위에 패턴을 형성하는 공정인 ‘Photolithography’를 실시하며 FE-SEM을 이용하여 PR inspection을 측정한다. 이번 실험에서 PR두께는 1～2micrometer로, Developing time은 90sec로 고정하며 Exposure time을 2, 5 10sec로 변화를 주어 노광 시간을 조정함에 따라 PR공정 결과에 어떤 영향을 주는지 확인하고자 한다.

 

1. 실험 과정

1) Cleaning 과정을 마친 시료를 200℃에서 10여 분간 dehydration 시킨다.

 

2) 시료를 HMDS라는 접착력을 증진시키는 물질을 사용하여 증기에 10여 분간 노출시킨다.

 

3) 시료 위에 감광제를 뿌린 후 고속 회전하여 원하는 두께로 코팅한다.(이때 감광제의 두께는 회전속도의 제곱근에 반비례한다.)

 

4) 감광제의 용제를 제거하고 약 100℃의 핫플레이트에서 공기나 질소 가스 분위기에서 5～10분간 soft baking을 한다.

 

5) 수 분간 시료를 대기 중에 놔둬 relaxation 시킨다.

 

6) 포토마스크(한쪽 면이 감광 유제나 금속막으로 패턴이 되어 있는 사각형의 유리판)와 시료를 25～125m 정도 공간을 둔 후 2초 간 노광한다.

 

7) 노광이 끝난 후 시료를 TMAH 용액에 1분 30초 간 담가서 현상한다.

 

8) Photo lithography 공정이 끝난 시료는 광학현미경을 통하여 PR 두께 변화를 측정한다.

 

9) 노광시간을 5초, 10초로 하여 위의 실험을 반복한다.

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Dry etching

MOS CAP을 제작하는 전체의 공정에서 ‘Photolithography’ 공정을 실시한 후 Si기판을 플라즈마를 이용하여 식각하는 공정인 ‘Dry etching’을 실시하며 FE-SEM을 이용하여 SiO₂ inspection을 측정한다. 실험에서 전원의 세기를 300와트로 에칭 시간을 3min, 5min, 7min으로 변화를 주어 에칭 시간을 조정함에 따라 제품의 SiO₂ inspection이 어떤 영향을 받는지 확인하고자 한다.

 

1. 실험 과정

1) Cleaning, Oxidation, Photolithography 공정을 마친 wafer 시료를 준비한다.

 

2) 시료의 표면을 FESEM으로 찍은 후 표면의 감광제 모형인 마스크 패턴을 확인한다.(식각 전 패턴 사이즈 측정)

 

3) ICP 장비의 반응 Chamber에 시료를 넣는다.

 

4) Chamber를 대기압 보다 낮은 진공으로 만든다.

 

5) Chamber에 Oxygen gas를 주입한다.

 

6) Chamber에 Plasma gas로 C₄F₈gas(화학적 반응 야기)와 Ar gas(물리적 반응 야기)를 주입한다.

 

7) 전원장치를 이용하여 300W의 전원을 공급한다.

 

8) 3가지 시료에 각각 3분, 5분, 7분 씩 에칭하는 과정을 반복한다.

 

9) FE-SEM을 이용하여 시료들의 SiO₂ inspection을 측정하고 식각 전과 비교한다.(식각 후 패턴 사이즈 측정)

 

 

Metal Deposition

MOS CAP을 제작하는 전체의 공정에서 ‘Dry etching’을 실시한 후 Si기판 위에 금속을 증착시키는 공정인 ‘Metal deposition’을 실시하여 기판의 면저항을 측정한다. 증착시키는 금속을 Ni로 증착 두께를 10㎚, 20㎚, 30㎚로 변화를 주어 증착 두께를 조정함에 따라 제품의 면저항에 어떤 영향을 끼치는지 확인하고자 한다.

 

1. 실험 과정

1) BOE용액과 DI water를 사용해 Si 기판을 세정한다.

 

2) E-beam Evaporator를 이용하여 NI을 증착시킨다.

① Metal source(Ni)를 Boat에 담아 용융점이 높은 턴스텐 판 위에 올린다.

② Holder에 Si 기판을 위치하고 Shadow mask를 장착 후 Chamber를 닫는다.

③ Chamber를 고진공 상태로 만든다.

④ Metal source에 전기를 흘려준다.

⑤ Joule heating에 의해 온도가 올라가고 녹는점 이상에서 Metal source가 증발한다.

⑥ 증발된 Metal은 온도가 상대적으로 낮은 Wafer 기판에 닿으면 증착된다.

 

3) 증착을 마친 Wafer를 Four Point Probe를 이용하여 면저항을 측정한다.

 

 

Annealing(Silcidation)

MOS CAP을 제작하는 전체의 공정에서 ‘Metal deposition’을 실시한 후 실리콘 기판 위에 규소화합물(Silicide)를 구성하기 위하여 내열성 금속과 실리콘을 합금하는 과정을 실시한다. 이 때 RTP를 통해 어닐링을 실시한다. 어닐링 시간을 40초로 고정하고 온도를 600℃, 700℃, 800℃로 변화 시켰을 때 실리사이드 층의 면저항을 측정하여 온도에 따라 어떻게 변화하는지 알아본다.

 

1. 실험 과정

1) Ni이 증착된 P-type Si wafer를 3개 준비한다.(증착된 두께는 모두 같아야 한다.)

 

2) Wafer를 급속 열처리 장치(RTP)를 이용하여 600℃, 700℃, 800℃의 온도에서 40초간 열처리한다.

 

3) 어닐링을 마친 3개의 시편을 Four Point Probe를 이용하여 면저항을 측정한다.

 

 

 

[반도체공학]웨이퍼 제조공정 - 흐름 1부

 

[반도체공학]웨이퍼의 종류

 

[반도체공학]밀러 지수(Miller-lndex)

 

 

 

[반도체공정실험]Cleaning & Oxidation, Photolithography, Dry etching, Metal Deposition, Annealing(Silcidation) 레포트