안녕하세요, 송송입니다. 이번엔 반도체 8대 공정 중 하나인 식각 공정에 대해 얘기해보도록 하겠습니다. 저번 시간에 같이 얘기했던 포토 공정이 끝나고 웨이퍼 위에 원하는 회로패턴을 형성했다면, 식각 공정을 거쳐야합니다.
식각 공정이 대체 뭔데!? 자, 그럼 시작하겠습니다.
1. 식각(Etching)이란?
- 웨이퍼에서 필요한 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거하는 공정
2. 식각 종류
- 습식 식각(Wet etch) : 반응성 용액을 이용한 화학적 식각
* 장점 : 식각률(etch rate)이 좋음
식각 선택도(Etch selectivity)가 좋음 @ 등방성 식각(Isotropic etching)이 가능하다!
→ 같은 물질이 균일하게 증착되어 있는 경우, 이 물질을 완전히 제거하는 데 있어 건식 식각에 배해 우수한 특성
을 지님
저비용
단점 : 비교적 정확성이 좋지 않음
화학물질 사용으로 인한 오염 물제 발생
미세 패턴 형성 불가
공정 컨트롤이 어려움
- 건식 식각(Dry etch) : 반응성 기체, 플라즈마(Plasma)를 이용한 식각 방법
* 장점 : 원하는 부분만 식각 가능
미세 패턴 식각 가능
공정 수율이 높음
공정 컨트롤이 비교적 쉬움
단점 : 식각률(etch rate)가 Wet 방식보다 느리다.
고비용
식각 선택도(etch selectivity)가 낮음 @ 이방석 식각(Anisotropic etching)이 가능
!! 생소한 용어들이 머리에 혼란을 준다고?!!!
바로 용어정리 들어갑니다.
▶ 식각 속도(Etch rate) = 식각된 두께/식각 진행 시간
* 간단히 → 식각 시간에 따라 식각된 두께를 계산하면 됨.
ex) 30분 식각했는데 100 um 식각했다 vs 30분 식각했는데 5 um 식각했다
당연히 식각 속도는 전자이다. 이해했죠?
▶ 식각 선택도(Etch selectivity) = 식각물질 식각속도/하부층 식각속도
* 간단히 → 식각 속도랑 비슷해서 헷갈리지 말자.
내가 식각 하고 싶은 부분을 식각하는 속도와 내가 원하지 않은 하부층의 식각되는 속도가 있다.
무슨말이냐? 아니 나는, Side 쪽을 조금 식각하고 싶은데 식각을 해보니 Bottom 까지 식각이 돼!!
이에 따라 등방성 식각이냐, 이방성 식각이냐로 나뉘게 된다.
▶ 등방성 식각(Isopropic etch) : 모든 방향으로 식각 속도가 같다
▶ 이방석 식각(Anisopropic etch) : 수평, 수직간 식각 속도가 다르다.
▶ 종횡비(Aspect Ratio) = 높이/가로 → 가로 세로 비다.
위 그림을 보자. 등방성 식각의 경우는 어느 방향(수평, 수직) 모두 일정하게 식각이 되지만, 이방성 식각의 경우는 자신이 원하는 패턴을 형성하기 위해 수평적 식각이 덜 일어나게 하면서, 동시에 수직적 식각이 많이 하게끔 하게 만든다.
이를 잘 컨트롤 하면 3번쨰 그림 처럼 수직적 식각(Vertical etch)가 가능해지는 것이다.
반도체 공정은 손가락이 닳도록 얘기하지만, 현재 나노 스케일에 접어들면서 소자 크기가 감소했다. 그럼 어떤 식각이 필요해졌을까?? 고민할 필요도 없이 이방성 식각이 필요해졌다고 대답하자.
이방성 식각은 어떻게 할까?? 플라즈마를 이용한 식각이 사용된다. 그렇다고 해서 등방성 식각이 뛰어난 습식 식각이 필요가 없는건 아니다.
자, 예를 들어보겠다. 노란색 층(Mask layer)이 내가 식각하고자 하는 층이다. 습식 식각을 통한 등방석 식각을 했을 경우 (c) 그림처럼 mask layer가 잘 제거가 되었다. 그러나, 플라즈마 식각을 이용한 이방성 식각의 경우는 다 제거가 되지 않고 벽쪽에 잔류물이 형성된다.
이 그림만 봐서는 등방성이 더 좋은거 같죠? 반대의 안좋은(?) 예시를 또 보여드릴게요.. 하부층이 존재할 때 이방성은 큰 단점이 드러난다.
자, 주황색이 드러나야하는 식각의 경우이다. 왼쪽 등방성 식각의 경우는 하부층이 드러나더라도 아부층이 동시에 드러나지 않는다. 반면, 이방성 식각의 경우 하부층을 완전히 드러내기 위해 10 ~ 30% 정도 과식각(Undercut)을 진행함으로써 공정을 끝낼 수 있다.
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이번 시간엔 식각에 대해 맛보기 정도로 알아보았다. 다음 시간에는 건식 식각의 대표적인 방법인 플라즈마를 이용한 식각에 대해 알아보도록 하겠다.
플라즈마 식각은 깊이가 매우 깊은 지식이지만, 우리는 최대한 간단히 알아보도록 하겠다.
겁먹지 말자!
자신이 식각 분야로 진출하고 싶다?? 그렇다면 플라즈마 전문가가 되자. 현재 플라즈마를 전문적으로 하는 곳이 많아지기는 했지만, 그렇다고 해도 부족한 실정이다.
그러니, 관심 있으시다면 깊이 있게 공부해보자.