안녕하세요, 송송입니다. 최근 포스팅에서 다 지루하고 살짝 어려운 플라즈마 이론에 대해 함께 공부했습니다.
이제는 이론을 넘어서 요즘 식각 공정은 뭘 원하고, 어떻게 돌아가고 있는지 한번 알아보는 시간 갖겠습니다.
이번 시간에는 플라즈마 식각 공정 기술 중, ALE(Atomic Layer etch)에 대해 간단히 알아보겠습니다.
1. What is the ALE?
- ALE(Atomic Layer Etch) 원자층 식각 공정
▶ 제가 소개할떄 뭐 최근 트랜드니 그랬지만, 실상은 ALE 기술은 30년 전 첫 연구된 아주 오래전 기술입니다.
그런데 왜 대체 지금와서 최신 기술이니 뭐니 떠드는거야?? → 예전에는 낮은 생산 수율로 인해 그저그런 기술로 평가받았습니다만, 현재 반도체 소자가 나노 스케일로 작아지면서, 이에 대한 미세 패턴 회로 식각 방법이 각광받고 있다. 뿐만 아니라, 현재 3D 구조 소자도 Logic 디바이스 내 약 1 nm 미만이 될 예정이다.
* 이렇게 소자가 매우 작아짐에 따라 HAR(High Aspect Ratio)가 매우 중요해졌다. → 종횡비이며, 이전 글에 모두 소개했다!
잘 생각이 안난다면.. 다시 확인하자!! 반복은 최고의 무기~
2023.07.04 - [분류 전체보기] - 반도체 공정 간단히 알아보기 part.4 @ 식각 공정 (1)
반도체 공정 간단히 알아보기 part.4 @ 식각 공정 (1)
안녕하세요, 송송입니다. 이번엔 반도체 8대 공정 중 하나인 식각 공정에 대해 얘기해보도록 하겠습니다. 저번 시간에 같이 얘기했던 포토 공정이 끝나고 웨이퍼 위에 원하는 회로패턴을 형성했
ssongsong23.tistory.com
아무튼, HAR에서 높은 이온 에너지는 거친 표면거칠기를 만들고, 수직이 아닌, side와 bottom이 휘는 언더컷 현상이 나타나게 되는데요.. 이와 관련 얘기도 위 링크를 타고 보시면 이해될 것입니다.
▶ 이러한 이유로 HAR을 제대로 vertical 방향의 식각을 위해 ALE 공정이 다시 선택받았다는 이야기!
이제 제대로 ALE를 파헤쳐 보자(음.. 파헤치진 말고 간단히 알아보자)
원자층 식각 → 말 그대로 원자층 하나씩 식각시키는 기술이다.
▶ 1 cycle
- 흡착단계 : 표면을 이온 충돌로 제거할 수 있게 결합력이 약한 화학적/물리적 흡착이 된(Atom layer) 층을 생성하는 단계
- 표면에 박막 한층을 형성시켰다면 Gas로 퍼지시켜줍니다.
- 제거단계 : 앞에 형성된 Atom layer을 이온 충돌로 제거하는 단계
- 식각 후, 잔류 물질을 제거하기 위해 Gas 퍼지 진행합니다.
▶ Self limited
- 표면과 화학적 결합을 하려 해도 일정 수준 이상에서 제한됨
→ 이 현상이 가장 중요합니다! 그니까 이게 딱 Atomic layer 층을 1개 딱 만들면, 더 이상 표면과의 결합을 하지 않는 다는 것. 만약, 계속해서 표면과 결합을 하게 되면 원자층 식각이 아니라 그냥.. 의미 없겠죠?
▶ ALE Window
- 제거 단계에서 이온 충돌해도 식각 속도가 없음
→ 형성된 박막의 결합에너지와 반응한 박막의 에너지를 계산하여 그 에너지 만큼만 이온 에너지를 가하여 Target에 이온 충돌을 시키는데요, 만약 이온 에너지가 작다면 불완전하게 제거가 되며, 더 높다면 Bottom 부분까지 식각되어 ALE의 의미가 없을것입니다. 따라서 ALE window를 찾는 것이 매우 중요합니다.
2. 그렇다면 요즘 초미세선폭화가 진행중이라는데 다 ALE를 쓰겠네요?
- 결론부터 얘기하면 그렇지는 않습니다. 일단 ALE.. 매우 좋아요. 우리가 원하는 만큼만 식각하고 원하는 부분만 식각할 수 있으니까요.
그렇지만, 기업에 입장에서 한번 생각해 보겠습니다. 지금부터 여러분은 회사 대표가 되는겁니다.
EX) 대표 : 그래, 송송 사원아. A제품을 ALE로 식각하는데 얼마나 걸리지?
송송사원 : 네, 대표님 A 제품의 경우 ALE로 하면... 어디보자.. 3일 걸립니다.
대표 : 3일?? 3일이면 이게 돈이 얼마야. 3일했는데 제품이 불량이면 어쩔거야
송송사원 : 불량리면 다시 3일 동안 해야죠 대표님~
대표 : 때려치아라.-_-
네. 좋은 기술이지만 비용과 시간이 오래걸리는 단점이 있습니다. 한층 한층 제거를 하다 보니, 시간이 오래걸리게 되는것이죠.
확실히, 플라즈마를 컨트롤하는데는 탁월할지라도, 컨트롤이 되는 만큼 대가를 치뤄야한다는 세상의 이치!
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네.. 여기까지 ALE(Atomic Layer Etch)에 관련해서 소개드렸습니다. 사실 이와 관련된 지식은 구글 학술검색에 ALE 라고 키워드를 치시면 영어로 수천개의 논문들이 나오니, 궁금하시면 참고하시면 될것 같습니다.
공정 기술에 관한 부분은 모두 대외비로 취급되니 자세한 공정법은 우리같은 일반인이 알 수는 없으니, Lab scale쪽에서 실험한 공정 기술을 바탕으로 공부해보도록 합시다!