식각(Etching) 공정

👩‍🔧 REVIEW

• 포토 공정
  • 준비된 웨이퍼 위에 반도체 회로를 그려넣는 과정

👩‍🔧 식각 공정

• 필요한 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거하는 공정
• 반도체의 구조를 형성하는 패턴을 만드는 과정

동판화 에칭(Etching) 기법과 비슷한 식각공정

• 판화
  • 나무, 금속, 돌 등의 면에 형상을 그려 판을 만든 다음, 잉크나 물감을 칠하여 종이나 천에 인쇄하는 회화 방식
• 에칭 기법
  • 판화 기법의 한 종류
  • 식각 공정은 에칭 기법과 비슷한 원리
  • (회화) 산의 화학작용을 방지하는 방식제(그라운드)를 바른 동판을 날카로운 도구를 이용하여 긁어냄으로써 노출시키는 과정
  • 동판을 부식액(묽은 질산)에 넣고 부식의 진행 정도를 조절하여 이미지를 만든다
  • 화학 작용(부식)을 이용하여 이미지를 만드는 판화의 기법
• 식각 공정
  • 웨이퍼에 액체 또는 기체의 부식액(etchant)을 이용해 불필요한 부분을 선택적으로 제거한 후 반도체 회로 패턴 제작
  • 포토 공정에서 형성된 감광액 부분을 남겨둔 채 나머지 부분을 부식액을 이용해 벗겨 냄으로써 회로를 형성
  • 식각 공정 후, 감광액 제거
  • 반도체를 구성하는 여러 층의 얇은 막에 원하는 회로 패턴을 형성하는 과정 반복
• 식각 반응을 일으키는 물질의 상태에 따라 습식(wet)과 건식(dry)로 나뉜다
  • 건식 식각(Dry Etching)
    • 반응성 기체, 이온 등을 이용해 특정 부위를 제거하는 방법
    • 습식에 비해 비용이 비싸고 방법이 까다로움
    • 최근에는 나노 단위로 고집적화되는 반도체 기술 변화에 따라 회로선폭 역시 미세해짐
    • 수율을 높이기 위한 반복으로 건식 식각이 확대
  • 습식 식각(Wet Etching)
    • 용액을 이용한 화학적인 반응을 통해 식각하는 방법

불필요한 부분을 선택적으로 없애는 건식 식각

• 플라즈마(Plasma) 식각
• 일반 대기압보다 낮은 압력인 진공 챔버에 가스 주입 >> 전기 에너지를 공급하여 플라즈마 발생
• 플라즈마
  • 고체-액체-기체를 넘어선 물질의 제 4 상태
  • 많은 수의 자유전자, 이온, 중성의 원자 또는 분자로 구성 >> 이온화된 기체
  • 전기 에너지에 의해 형성된 충분한 크기의 자기장이 기체에 가해질 때, 기체가 충돌하고 이온화됨으로써 발생
  • 자기장이 자유전자를 가속화 >> 높은 에너지를 가진 자유전자가 중성의 원자나 분자와 충돌 >> 이온화 발생
• 이온화
  • 전기적으로 중성인 원자 또는 분자가 자신이 보유하고 있던 전자를 떼어내거나 추가 확보함으로써, 양전하 또는 음전하 상태로 바뀌는 현상
• 플라즈마 상태
  • 이온화에 의해 생성된 추가 전자가 연쇄 반응(Avalanche)에 의해 또 다른 이온화 발생 >> 이온 수가 기하급수적으로 증가하는 상태
  • 해리된 반응성 원자(Radical Atom)가 웨이퍼 위를 덮고 있는 막질 원자와 만나 강한 휘발성을 띠면서 표면에서 떨어져 나간다
  • 감광액 보호막으로 가려져 있지 않은 막질 제거
• 건식 식각 과정의 유의 사항
  • 균일도(Uniformity) 유지
    • 균일도: 식각이 이루어지는 속도가 웨이퍼 상의 여러 지점에서 동일한 정도
    • 일정한 시간동안 공정을 진행한 상태에서 웨이퍼의 부위에 따라 식각 속도가 다를 경우, 형성된 모양이 부위별로 다르게 된다
    • 특정 부위에 위치한 칩에 불량이 발생
    • 특성이 달라지는 문제 발생
  • 식각 속도(Etch Rate)
    • 일정 시간동안 제거할 수 있는 막질의 정도
    • 주로 표면 반응에 필요한 반응성 원자와 이온의 양, 이온이 가진 에너지에 의해 변화
    • 인자의 조절 능력을 높여 전체적인 수율을 향상시키기 위해 노력
  • 선택비(Selectivity)
  • 형상(Profile)

마무리

• 식각 공정
  • 반도체 회로 패턴을 완성하는 과정
• 반도체는 필요 물질의 박막(Thin Film)을 실리콘 기판 전면에 바른 후 남기고자 하는 모양에 보호층을 덮어 이외의 부분을 깎아내는 작업을 여러번 반복해 제작
• 안전하게 설계된 장비 안에서 진행

출처: 삼성 반도체 이야기