[반도체공정 feat.jaeger] 식각(Etch) Chapter 2.2 - Wet Etch(습식 식각)이란?

반도체 8대 공정 순서

1. 실리콘 웨이퍼 제조 공정
2. 산화공정(Oxidation)
3. 포토공정(Photo)
4. 식각공정(Etching)
5. 증착공정(Deposition)
     - 확산(Deposition)
     - 이온주입(Ion implantation) 
6. 금속배선공정(Metalliztion)
7. EDS 공정(Electrical Die Sorting)
8. 패키지공정(Package)

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4번쩨 반도체 공정인 식각은 박막을 증착하고 구멍을 파내는 공정을 의미합니다.

 

2.2. 식각이란?

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굳어진 photoresist로 보호되지 않는 모든 barriar layer 물질들을 제거하는 데 사용됩니다.

 

액체 또는 기체를 이용한 etching이 있습니다.

• wet etch(습식 식각)
• dry etch(건식 식각)

화학물질의 선택에 따라 에칭할 재료와 etchant(에칭제) 또한 달라집니다.

etchant(에칭제) : 에칭에 사용되는 화학물질

만약 photoresist layer 층이 에칭 되기 전에 다른 물질을 에칭 하고 싶다면 화학물질 선택에 고민을 좀 해야 할 것입니다.

 

2.2.1. Wet Etching(습식 식각)

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웨이퍼 제조에서 표면 연마(chemical mechanical polishing, CMP), 웨이퍼의 세척, 선폭 3 ㎛이상의 소자를 제작할 때 이용합니다.

 

챕터 1 웨이퍼 제조에서의 웨이퍼 세척 공정이 왜 식각에 포함되는지 의문이 있을 수 있습니다.

세척 공정은 표면의 여러 불순물을 융해하는 과정이므로 식각 공정 중 하나로 볼 수 있습니다.

 

3 ㎛ 이상의 큰 소자에 적용하는 이유는 습식 식각은 굉장히 빠르고 강하기 때문인 걸로 알고 있습니다.

 

알아볼 식각 target과 material은 다음과 같습니다.

1. SiO2의 식각
2. Si3N4의 식각
3. Si의 식각

(1) SiO2의 식각

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- HF(불산, 플루오린화 수소)를 섞은 etchant(에칭제)를 사용합니다. ex) BOE

 

식각 반응식

 

기판의 산화막 SiO2의 Si-O 결합을 Si-F의 결합으로 치환시킵니다.

Si-F 결합은 H2O(물)에 융해되므로 식각이 됩니다.

 

이 불산은 매우 위험한 물질입니다.

호흡기의 점막에 닿으면 최대 심정지일 정도로 치명적입니다.

HF etchant

 

순수한 불산은 기체상태입니다. 따라서 포화시켜 다른 물질과 상호작용 하지 않도록 증류수에 융해시킵니다.

 

제조 업체에서는 약 49%의 농축 HF(c-HF, concentrated-HF)를 판매합니다.

 

buffered HF 혹은 BHF  : 농축된 불산은 에칭 속도가 너무 빠르고 잘못하면 PR까지 공격하기 때문에 NH4F+HF (6:1)로 한 용액을 반도체 공정에 널 리 사용됩니다. 

 

 

이 물질을 에칭에 주로 사용합니다.

 

CVD로 증착된 산화막에는 약 300 nm/s의 에칭 속도를 가지고 있습니다.

조직이 좀 더 치밀한 열산화막은 약 90~100 nm/s의 에칭 속도를 가지고 있습니다. 

 

(2) Si3N4의 식각

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- H3PO4(인산)를 사용합니다.

 

끓인 인산 (H3PO4) 은 Si, SiO2, Si3N4 식각에 쓰입니다.

하지만 Si와 SiO2에 비하여 Si3N4의 식각속도가 더 크기에 선택적으로 Si3N4을 제거할 때 널리 쓰이는 용액입니다.

 

인산 또한 매우 위험한 물질로서 인체의 모든 부위를 부식시킵니다.

H3PO4 etchant

 

(3) Si의 식각

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- HNO3(질산)+HF+H2O 구성을 널리 사용합니다.

 

NHO3는 그나마 반응속도가 느려 발열이 적기에 빠르게 물로 씻어 내어 조치하면 피부 손상을 최소화 할 수 있습니다.

NHO3

Si의 식각 용액의 구성은 산화제 + 산화물용해제 + (완충액+물)로 구성됩니다.

 

Si를 우선 산화제 NHO3(질산)로 기판을 SiO2로 산화시킵니다.

이제 다시 (1)처럼 HF로 SiO2 식각 하면 다음과 같은 화합물이 형성됩니다.

 

이 화합물이 물과 용해되어 식각이 이루어지게 됩니다.

 

완충액으로서 CH3COOH를 사용하는데 산화제인 HNO3의 분해 속도를 감소시킵니다. 즉 산화 속도를 줄이는 겁니다.

완충용액 : 외부에서 산이나 염기를 가해주어도 pH의 변화가 거의 없는 용액.

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다음은 포스팅은 건식 식각, 이온 식각에 대해 이야기하겠습니다.

 

긴 글 읽어주셔서 감사합니다.

 

 

introduction to microelectronic fabrication (Vol 5)

For courses in Theory and Fabrication of Integrated Circuits.The author's goal in writing this text was to present a concise survey of the most up-to-date techniques in the field. It is devoted exclusively to processing, and is highlighted by careful explanations, clear, simple language, and numerous fully-solved example problems. This work assumes a minimal knowledge of integrated circuits and of terminal behavior of electronic components such as resistors, diodes, and MOS and bipolar transistors.

저자

jaeger

출판

피어슨 에듀케이션

출판일

2013.08.30