4-2 식각 공정) Si, SiO2의 습식 식각 물질

습식 식각 Processing gases 

습식 식각은 선택비가 매우 좋고 Batch 공정이 가능하여 생산성이 높다는 장점이 있습니다. 

하지만 '등방성'이기 때문에 2um 이하의 패턴은 구현하지 못한다는 단점으로 인해 쓰이지 않고 있죠.

요즘 trend는 습식 식각 + 건식 식각을 합친 식각 방법(RIE)이 쓰이기 때문에 습식 식각의 Etch gas는 아셔야 합니다.  

Etch gas atom	Target	Etching Gas	Etch product(휘발성 높음)
F	Si, SiO2, Si3N4	CF4, C2F6, SF6, NF3	SiF4, Si2F6
Cl	Si	CL2, CCl2F2	SiCl2, SiCl4
Cl	Al	BCl3, CCl4, Cl2	AlCl3, Al2Cl6
O	Organic solids (탄소로 구성된 고분자 계열)	O2, O2+CF4	CO, CO2, H2O, HF
-	Refractory metals/silicides (W, WSi2, Ta, TaSi2, Nb, Mo, MoSi2..)	CF4, CCl2F2, Cl2	WF6, WCl6
-	SiO2(Si etch x)	HF	H2SiF6

 

SiO2의 식각 물질

포토 공정을 진행한 후, 해당 패턴을 실리콘에 전사를 하기 위해 SiO2의 식각은 필수적입니다.

습식 식각을 진행할 경우 SiO2와 Si이 같이 녹는 용액을 쓰면 안 되겠죠? 

표에서 마지막 행, Si를 etch하지 않는 HF에 대해서 설명해 드리겠습니다. 

 

SiO2 Etching, HF

SiO2의 Etching은 HF로 진행합니다.

HF는 약산성 물질인데, SiO2의 '깡패'이죠. 너무 잘 녹습니다. 

근데 더 장점이 뭔지 아세요? Si는 식각 되지 않습니다. 

즉, '선택비'가 무한대라는 거죠. 거의 대부분 실리콘 위에 실리콘 옥사이드가 증착이 진행되잖아요. 

또, Si는 소수성인 반면 SiO2는 친수성입니다.

따라서 HF로 녹인 후, 물을 부어 quick check도 가능합니다. 

p-type Si 위에 Gate Oxide

고농축 HF은 SiO2를 너무 빠르게 녹이기 때문에 NH4F를 첨가시킵니다. 이를 Buffered HF(BHF)라고 합니다.

비율은 NH4F : HF = 6 : 1 정도로 상업에서 사용됩니다. 여기서 초순수를 섞어 좀 더 etch rate을 조절해 주지요. 

Buffered HF를 사용하는 이유는 다음과 같습니다.

1. Etch rate을 비교적 낮춰 Etch control이 가능하게 됩니다. 

2. undercut과 선폭을 control 할 수 있습니다. 

undercut 출처 : 위키백과

관련 화학식은 다음과 같습니다.

SiO2 + 6HF --> H2SiF6 + H2O

H2SiF6는 물에 쉽게 용해되어 없어집니다. 

 

HF에 초순수만 넣고 희석시켜 진행하기도 하죠. 

CVD에 증착된 산화막의 품질은 열 산화로 grow 된 산화막의 품질보다 좋지 않습니다.

즉, 밀도가 더 낮기 때문에 용액이 잘 스며들어 etch rate이 더 큽니다.  

 

참고 자료 : http://www.microtechweb.com/kb/sio_etch.htm

Wet etching of silicon dioxide

 

 

Si의 식각 물질

Si 식각은 간단하게만 다루겠습니다. 크게 응용하는 경우를 보지 못하였기 때문입니다. 

Si의 식각 물질은 Cl2, CCl2F2 등 염소 계열을 통해 식각이 가능합니다.