반도체 8대공정 6탄, 식각공정(Etching) 개념정리

반도체 8대공정 6탄,

식각공정(Etching) 개념정리

 

안녕하세요.

오랜만에 연재하는 반도체 8대공정 시리즈입니다.

이번 포스팅에서는 식각공정(Etching)에 대해 알아보도록 하겠습니다.

식각공정(Etching)이란 포토공정에서 그린 회로 밑그림 중 불필요한 부분을 제거하는 공정입니다.

여기서 불필요한 부분은 SiO2층이라고 보시면 됩니다.

 

 

 

 

크게 Dry Etching(건식식각)과 Wet Etching(습식식각)으로 분류할 수 있습니다.

 

 

 

 

 Wet Etching 

 

첫 번째로 Wet Etching입니다.

Wet Etching은 용어 그대로 SiO2를 Etching 할 때 HF(Diluted Hydrofluoric acid) 용액에 기판을 담구는 방식으로 진행합니다.

이 Wet Etching은 Silicon Orientation에 의해 Etch rate가 영향을 받는 특징이 있습니다.

Silicon Orientation은 (1,0,0), (1,1,0),(1,1,1)이 있는데 그 중에서 (1,1,1)이 가장 밀도가 높습니다.
만약 (1,1,1)의 Orientation을 갖는 SiO2를 Etching 한다면 밀도가 높기 때문에 Etch Rate가 상대적으로 떨어지게 됩니다.

또한 Isotropic 공정이라는 특성을 가지고 있습니다.

이 부분은 뒤에서 자세히 설명하겠습니다.

 

 

 

 

 

Dry Etching

 

 

다음으로 Dry Etching에 대해 설명하도록 하겠습니다.

Dry Etching이란 크게 3가지 종류로 분류할 수 있습니다.

3가지 종류로는 Chemical Etch, Physical Etch, RIE(Reactive Ion Etching)가 있습니다.

 

 

 

 

- Chemical Etch(High Pressure Plasma Etching)

High Pressure Plasma Etching 기법은 Chemical Method로 화학적 반응성을 띄는 Gas를 주입하여

Etching 하고자 하는 부분의 원자와 반응을 시킵니다.

반응 후 Volatile한 화합물이 형성되며 밖으로 Diffusion 되면서 Etching 되는 방식입니다.

이 기법의 장점은 높은 Selectivity를 가지지만 Isotropic 하여 Undercut이 발생한다는 단점을 가지고 있습니다.

 

 

 

 

 

 

-Physical Etch(Argon Sputtering)

Argon Sputtering은 용어 그대로 비활성 Ar 기체를 Vacuum Chamber에 주입 시킵니다.

이 후, 전압을 걸어주면 +기판으로 Electron이 가속되고 Ar원자와 충돌하여 Ar+로 이온화 시키게 됩니다.

이온화 한 Ar+는 Substrate와 충돌하게 되면서 Etching 되는 방식입니다.

이 기법은 High Pressure Plasma Etching 과는 달리

Anisotropic한 장점을 가지고 있으나 Low Selectivity & Throughput이라는 단점을 갖고 있습니다.

 

 

 

 

 

 

- RIE(Reactive Ion Etching)

Isotropic, Low Selectivity & Throughput 이라는 단점을 보완한 기법이 바로 RIE입니다.

RIE는 두 기법의 Hybrid 버전으로 Cathode 단에 13.56MHz의 RF Power를 걸어주고 Anode 단에는 Ground 시킴으로써 Plasma를 발생시킵니다.

여기서 플라즈마 내에 있는 이온들이 Etching 하고자 하는 Substrate로 가속하여 충돌함으로써 Etching 하므로

Anisotropic하며 High Selectivity & Throughput 특성을 갖게 됩니다.

 

 

 

 

 

위 표는 Wet Etching과 Dry Etching을 비교한 표입니다.

 

 

 

마지막으로 부가적인 용어 설명과 함께 반도체 8대 공정 6탄, 식각공정(Etching) 편을 마치겠습니다.

 

 

 

 

 

 

Isotropic / Anisotropic

 

Isotropic이란 등방성이라는 뜻으로 직진성을 갖지 않고 퍼지는 특성을 가진다는 것을 의미합니다.

이러한 특성으로 인해 Undercut이라는 현상이 발생하게 됩니다.

 

 

 

Undercut이란 Etching이 원하는 Pattern에만 되지 않고 Pattern 아래 부분을 파고드는 현상을 일컫습니다.

이로 인해 Feature Size가 3um 이하를 갖는 Pattern에는 Wet Etching 기법을 활용할 수 없습니다.

 

이와 반대로 Anisotropic이란 이방성으로 직진성을 띈다는 특성을 가집니다.

 

 

 

 

 

 

Etch Rate

 

Etch Rate는 Etching이 얼마나 신속하게 되는지를 보여주는 Parameter입니다.

공식은 Etch Rate = (에칭된 두께) / (에칭 시간)으로 단위는 (Å/min)입니다.

즉, Etch Rate가 높을수록 단위시간 당 Etching이 많이 되었다는 것을 알 수 있습니다.

 

 

 

 

 

 

Selectivity

 

Selectivity는 Target을 Etching 하고자 할 때,

Mask가 얼마나 잘 버티는지 혹은 Target 아래 Layer를 얼마나 Etching하지 않았는 지를 보여주는 Parameter입니다.

공식은 Selectivity = (Etch Rate of A layer) / (Etch Rate of B layer)로 A layer는 Etched layer, B layer는 Mask Layer를 뜻합니다.

즉, 원치 않는 부분 대비 원하는 부분을 얼마만큼 Etching 했는지를 보여주는 Parameter이기 때문에 값이 클수록 좋습니다.

 

 

 

 

 

 

Uniformity

 

Uniformity란 Target에 Etching이 얼마나 Uniform하게 이뤄졌는지에 대한 Parameter입니다.

공식은 Uniformity = (Max Etch Rate - Min Etch Rate) / (2 x Avg Etch Rate)입니다.

만약에 Uniformity 특성이 좋지 않다면 불균일하게 Etching이 되어 실제 회로를 구동시킬 때 특정 부분에서 Error가 생길 확률이 발생하게 됩니다.

 

 

 

 

 

 

Lattice Damage

 

Etching Process를 진행하면서 Lattice Damage는 받지 않게끔 해야 합니다.

그 이유는 Carrier의 Mobility에 영향을 줄 수 있고 Leakage Current를 유발할 수 있기 때문입니다.

 

 

 

 

 

Loading Effect

 

Loading Effect란 Pattern의 CD(Critical Dimension)이 작을수록

Etching 시 Volatile한 byproduct(부산물)들이 Diffusion 되는데 어려움이 발생하여 제대로 Etching 되지 않는다는 것을 의미합니다.

 

 

 

 

 

 

여기까지 반도체 8대공정 6탄, 식각공정(Etching)에 대한 포스팅을 마무리 하겠습니다.

 

질문이나 피드백은 댓글로 남겨주시면 감사하겠습니다.