RCA-Reinigung

RCA-Reinigung oder Huang-Reinigung (engl. RCA clean) ist Verfahren zur Scheibenreinigung (Wafer-Reinigung) in der Mikroelektronik.

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Entwicklung

Der nasschemische Reinigungsprozess wurde in den 1960er Jahren durch W. Kern und D. Puotinen im Auftrag der Radio Corporation of America 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, das führt dazu, 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. Dabei muss man ein hohes Oxidationspotential mit einem niedrigen pH-Wert kombinieren. Dadurch werden Metalle ionisiert und lösen sich in der Säurelösung, welche eine starke Oxidationskraft besitzt. Danach können die Elektronen der metallischen und organischen Verunreinigungen gebunden werden. Metalle werden ionisiert und gelöst, organische Stoffe dagegen zersetzt.

Veränderungen des RCA-Prozesses

Im Laufe der Zeit wurde der RC-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. Neue Entwicklungen wie die Vor-Ort-Erzeugung der Prozessmedien können sehr hohe Reinheitgrade 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 SC1 die Oberfläche anätzt, entsteht eine gewisse Oberflächenrauhigkeit durch den Reinigungsprozess.

Quellen

1. ↑ W. Kern, D. Puotinen: Cleaning Solutions Based on Hydrogen Peroxide for Use in Silicon Semiconductor Technology. In: RCA Review 187 (Juni 1970)

Literatur

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