【SC1・SC2】RCA洗浄の原理とは？

ナノレベルで回路を刻む半導体デバイスにおいて汚染は天敵です。汚染が存在すると回路が断線し、金属汚染によってウェーハの電気特性が変化するためです。

汚染を除去する洗浄プロセスにおいて最も多用されるのがRCA洗浄です。RCA洗浄の原理について学んでいきましょう。

RCA洗浄

1970年代に開発されたプロセスですが、その高い信頼性から40年以上も第一線で利用されています。

RCA洗浄は3つのプロセスで構成されます。

1. SC1洗浄：有機物とパーティクル除去
2. SC2洗浄：イオン汚染の除去
3. リンス・乾燥

それぞれの工程について洗浄の原理を解説していきます。

SC1洗浄とは

SC1洗浄液

SC1洗浄には下記の割合の混酸が用いられます。

• ５：脱イオン水
• １：NH₄OH水溶液(水酸化アンモニウム, 29% NH₃)
• １：H₂O₂水溶液(過酸化水素, 30%)

75-85℃の混酸に10-20分間ウェーハを浸漬することで洗浄が行われます。

通常の混合割合は5:1:1～7:2:1の間とされています。

SC1洗浄メカニズム

SC1洗浄のメカニズムは以下の通りです。

SC1洗浄後には反応性の高いベアシリコンが露出した後、金属汚染と約10Åの薄い酸化膜(SiO₂)が生成が同時に起こります。

また、Cu, Au, Ag, Zn, Cd, Ni, Coなどの不純物金属元素は、NH₄OHと反応し、錯体を形成し溶解するため除去されます。

例えばCuの場合、次式の通り錯体が掲載され溶解します。

すなわち、溶液中のCu²⁺イオンは錯体を形成し、シリコンウェーハへの付着が防止されるため汚染が低減できます。

一方で、NH₄OHと反応し錯体を形成しない金属汚染(特にFe)は続くSC2洗浄で除去する必要があります。

SC2洗浄とは

SC2洗浄ではウェーハ表面が薄い不動化膜で覆われるため再汚染を防ぐことが出来ます(Siベア面は反応性が高く汚染されやすい)。

SC2洗浄液

SC2洗浄には下記の割合の混酸が用いられます。

• ６：脱イオン水
• １：HCl水溶液(塩化水素, 37%)
• １：H₂O₂水溶液(過酸化水素, 30%)

75-85℃の混酸に10-20分間ウェーハを浸漬することで洗浄が行われます。

割合は6:1:1～8:2:1の範囲とされています。

SC1洗浄と比較して、SC2洗浄はより熱安定性が高く、精密な温度制御が不要なメリットがあります。

SC2洗浄メカニズム

SC2洗浄のメカニズムは以下の通りです。

SC1とは異なり、SC2の混酸はSiあるいはSiO₂をエッチングしません。

リンス・乾燥とは

SC1・SC2洗浄後の薬液を洗い流すためにリンスを行います。

リンス後の乾燥も重要な工程です。ウェーハ上に水分が残存しているとウォーターマークと呼ばれる円環上のSi酸化膜が形成されてしまうためです。

乾燥工程ではIPA(イソプロピルアルコール)を用いた「IPAべーパー乾燥」が主に用いられています。