4. 식각 공정) 식각 공정의 개념과 습식 식각, 건식 식각의 개념 및 차이

Summary 

식각 공정이란 포토 공정에 의해 형성된 감광제 패턴을 아래에 있는 층으로(SiO2) 옮기기 위하여 패턴이 없는 부분을 선택적으로 제거하는 공정입니다.

식각 공정의 이해

식각 공정은 습식 식각과 건식 식각으로 나뉩니다.
습식 식각은 '용액'을 이용해서 식각을 진행하며 '등방성 식각'입니다.
건식 식각은 'plasma'를 이용해서 식각을 진행하며, '이방성 식각'입니다
(Plasma 내의 라디칼을 이용하는 건식 식각은 '등방성 식각'입니다.)

미세 패턴의 전사율을 높이기 위해 '이방성 식각'이 필수적입니다.
등방성 식각을 하면 패턴이 제대로 남아있지 않죠.

습식 식각 (화학 용액)

습식 식각은 화학 용액을 이용하여 식각을 진행합니다.
습식 식각은 등방성 식각이기 때문에, 2 마이크로미터 이하의 미세한 패턴 형성이 불가능합니다.
하지만 높은 식각 속도와 높은 선택비가 장점입니다.
따라서 습식 식각은 대체적으로 패턴을 형성시키는 것이 아닌 자연산화막, 희생 산화막 등을 전반적으로 식각을 진행하거나, 오염을 제거하기 위한 화학적 세척, 시각적으로 평평한 wafer를 만들기 위한 lapping, polishing 등을 할 때 이용됩니다.

등방성 식각으로 인한 패턴의 사라짐.

습식 식각의 Mechanism입니다.
1.1 Wafer에 식각 용액에 뿌립니다.

1.2 Wafer를 식각 용액에 담급니다.
(1.1 방법이 1.2 방법보다 더 빠릅니다. 뿌린다는 건 용액 + 바람을 이용하므로, 부산물이 바람을 타고 빨리 나가 식각 할 표면이 빠르게 보이게 됩니다.)
2. 이 식각 용액이 확산되어 wafer와 화학적으로 반응을 합니다.
3. 화학반응으로 인해 휘발성 화합물, 즉 부산물이 형성됩니다.
4. 반응으로 생긴 부산물이 확산에 의해 제거됩니다.
5. 이 부산물은 진공 장비에 의해 배출이 됩니다.

SiO2 식각 물질
초순수에 HF를 희석한 DHF 식각 용액 혹은, 초순수에 HF와 NH4F를 혼합한 BOE 식각 용액을 사용합니다.

 

자세한 내용은 아래 포스팅 참고해주세요.

2022.11.22 - [전자공학/4. Etch] - 4-2 식각 공정) Si, SiO2의 습식 식각 물질

4-2 식각 공정) Si, SiO2의 습식 식각 물질

결론
<습식 식각은 등방성이기 때문에 미세 패턴 구현이 불가능하여 현재 공정에서는 cleaning, polishing, lapping 및 전반적인 식각을 진행할 때만 사용합니다.>

건식 식각

Plasma를 사용하여 식각을 진행하는 공정을 건식 식각이라고 합니다.
식각은 화학반응을 하기 위해 '에너지'가 필요합니다. 에너지는 열 또는 plasma로 공급을 하죠.
즉, 화학반응에 필요한 에너지를 공급해주기 위해 Plasma를 사용합니다.

건식 식각은 크게 sputter 식각과 라디칼 식각으로 나뉩니다.

Sputter 식각

Sputter 식각은 plasma를 통해 가속시킨 이온이 피 식각 물질과 부딪혀 물리적으로 식각이 되는 mechanism을 가지고 있습니다. 이온이 식각 할 target 물질을 때리는 거죠.

대규모 공정은 감광제 패턴 전사의 높은 신뢰성이 필요합니다.
Sputter 식각은 nm 수준의 미세 패턴 식각이 가능하다는 큰 장점이 있습니다. 즉, 이방성이지요.
하지만, 선택비가 낮다는 단점이 있습니다. (Mask를 뚫고 식각을 합니다.)

 

라디칼 식각

라디칼 식각은 식각 가스가 plasma로 인해 분해되어 나타나는 '라디칼'을 통해 식각이 되는 메커니즘을 가지고 있습니다.
이 같은 경우는 화학반응이기 때문에 등방성입니다. (거의 습식 식각과 같죠)

요약하자면,
건식 식각(Sputter 식각)의 장점은 이방성이지만 선택비가 좋지 않다는 단점이 있습니다.
습식 식각(+ 라디칼 식각)의 장점은 선택비가 좋지만, 등방성이라는 단점이 있습니다.

chamber에 가속 전압을 낮추면 등방성 성질이 강해지게 되고, chamber에 가속 전압을 높이면 이방성 성질이 강해집니다.
이 중간 전압 값을 찾아 최적의 식각 공정을 찾아 공정을 진행합니다.

이방성이며 좋은 선택비를 가진 방법이 탄생하였습니다. 다음 포스팅에서 만나보시죠.

2022.10.15 - [전자공학/4. Etch] - 4. 반도체 식각 공정 下편, Reactive Ion Etching

4. 반도체 식각 공정 下편, Reactive Ion Etching