RCA-Reinigung

RCA-Reinigung (engl. RCA clean) – sehr selten auch modifizierte Huang-Reinigung – ist Verfahren zur Scheibenreinigung (Wafer-Reinigung) in der Mikroelektronik.

Entwicklung

Der nasschemische Reinigungsprozess wurde in den 1960er Jahren durch W. Kern und D. Puotinen im Auftrag der Radio Corporation of America (RCA) entwickelt und 1970 erstmals veröffentlicht ^[1].

Bestandteile

Das RCA Verfahren besteht aus zwei verschiedenen Bädern:

• „Standard Clean 1“ (SC-1): Ammoniumhydroxid, Wasserstoffperoxid, DI-Wasser im Verhältnis 1:1:5 bis 1:2:7 (Entfernung von Partikeln und organischen Verunreinigungen)
• „Standard Clean 2“ (SC-2): Salzsäure, Wasserstoffperoxid, DI-Wasser im Verhältnis 1:1:6 bis 1:2:8 (Entfernung metallischer Verunreinigungen)

Beide Bestandteile werden gewöhnlich bei 75–85 °C und Prozesszeiten von 10 bis 20 Minuten eingesetzt.

Standard Clean 1

Die Partikelentfernung im SC-1-Bad beruht auf zwei Vorgängen:

• Da Wasserstoffperoxid stark oxidierend wirkt, beginnen Waferoberfläche und Partikel zu oxidieren, was dazu führt, dass die Adhäsionskräfte zwischen Partikel und Wafer abnehmen und sich die Partikel dadurch im SC1-Bad lösen können.
• Das Ammoniumhydroxid ätzt die Waferoberfläche an und unterätzt somit die Partikel. Ebenso entsteht durch die Hydroxidionen eine negative Ladung des Wafers und der Partikel, was eine Abstoßung vorhandener Partikel bewirkt und zugleich einer erneuten Anlagerung der Partikel vorbeugt.

Standard Clean 2

SC-2 wird verwendet, um metallische (und einige organische) Verunreinigungen des Wafers zu entfernen. Dazu muss man ein hohes Oxidationspotential mit einem niedrigen pH-Wert kombinieren. Die anhaftenden Metalle werden durch die Salzsäure in ihre löslichen Metallchloridverbindungen überführt. Anschließend wird die Waferoberfläche durch das Wasserstoffperoxid, aufgrund der Bildung einer Metalloxidschicht, passiviert. Organische Verbindungen die dem Wafer anhaften werden einfach durch das Wasserstoffperoxid oxidiert.

Veränderungen des RCA-Prozesses

Im Laufe der Zeit wurde der RCA-Prozess verändert, da er Chemikalien und hochreines DI-Wasser in sehr großen Mengen verbraucht. Nur wenige Firmen wenden den RCA-Prozess noch in seiner ursprünglichen Form an. Heutzutage werden stark verdünnte Lösungen (bis zu 100 mal dünner) genutzt, sie besitzen die gleiche oder eine bessere Reinigungseffizienz als die Originallösung. Zum Beispiel könnte das Mischungsverhältnis 1:4:50 anstatt 1:1:5 betragen. Zudem sind dünnere Lösungen ein großes Plus an Arbeitssicherheit und Gesundheit und reduzieren den Chemikalienverbrauch drastisch. Grund für den bleibenden Erfolg der RCA-Reinigung ist die gute Verfügbarkeit von Chemikalien und DI-Wasser. Mit neuen Entwicklungen wie der Vor-Ort-Erzeugung der Prozessmedien können sehr hohe Reinheitsgrade erreicht werden.

Nachteile

• RCA erzeugt eine große Menge an chemischen Dämpfen, die abgesaugt werden müssen, um zu verhindern, dass die Dämpfe in den Reinraum gelangen. Außerdem verändert sich durch das Ausgasen langsam die Konzentration der Lösung.
• Da SC-1 die Oberfläche anätzt, entsteht eine gewisse Oberflächenrauhigkeit durch den Reinigungsprozess.

Einzelnachweise

Literatur

• Michael Quirk, Julian Serda: Semiconductor Manufacturing Technology. Prentice-Hall, 2000, ISBN 0-13-081520-9