[반도체공정 feat.jaeger] 식각(Etch) Chapter 2.3.1- Ion Etch(이온 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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건식 식각에서도 이온식각이 있는데 말 그대로 이온으로 식각 하는 겁니다.

이온도 입자이기 때문에 어떻게 이루어지는 지 이야기하겠습니다.

2.2.3. Ion Etch(이온 식각)

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고에너지의 입자를 시료에 충돌시켜 운동량을 전달합니다.

이로 인해 일어나는 sputtering 과정에 의해 etching 됩니다.

 

Ion Etch은 다음처럼 분류 할 수 있습니다.

• (1) 이온빔 스퍼터링 : 고 에너지 입자를 기판에 충돌시켜 sputtering 과정에 의한 etching.
• (2) RF 스퍼터링 식각 : self bias를 이용한 RF 고주파 sputtering etching.

 self bias : 전극 사이에 RF 고주파를 인가하면 축전기가 달린 target 전극이 음극으로 거동하게 되는 현상

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(1) Ion Beam Sputtering Etching

ion beam

이온이 기판에 전달하게 되는 운동 에너지는 다음과 같습니다.

 

M₁ : 입사이온 질량

E₀ : 입사 에너지

M₂ : 웨이퍼(기판) 질량

 

전달되는 운동량을 크게 하려면 질량이 큰 입사이온을 쓰는 게 좋습니다.

따라서 Ar, Kr, Xe 등의 불활성 기체를 이용합니다.

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또 스퍼터링 수율 S는 입사각이 60˚일 때 최대가 됩니다.

따라서 기판을 기울여야 잘 etching 됩니다.

S : sputtering yield(수율)

그러나 무턱대고 큰 에너지로 입사하게 되면 implantation에 의해 원치 않는 불순물이 도핑될 수 있습니다.

이는 신뢰성을 무너뜨리며 즉 yield 수율이 감소하게 됩니다.

 

따라서 대략 1000 V 정도의 ion beam etching을 진행합니다.

(2) RF Spuuttering Ethcing

RF(radio frequency) 고주파 13.56 ㎒의 sputtering에 의한 etch입니다.

이온과 전자의 mobility 차이에 의한 self bias 현상을 이용합니다.

self bias

 

V_c : cathode sheath(음극덮개)의 전압강하

V_A : anode sheath(양극 덮개)의 전압강하

A_A, A_C : cathode와 anode의 전극면적

일반적인 실험으로는 4의 굴절률을 갖습니다.

anode 전극은 sputtering 장치 내벽 면적을 포함하기 때문에 

 

 

를 갖습니다.

 

따라서 대부분의 인가전압이 cathode sheath에 걸리게 됩니다.

이 에너지로 양이온이 가속되어 sputtering을 일으키게 됩니다.

 

고주파전압은 약 1-3 KV 진폭을 가지고 있습니다.

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이온식각은 undercut 이 작은 장점이 있습니다.

다만 스퍼터링 물질이 진공실 내벽을 오염시키게 됩니다.

또한 식각률이 낮으며 표면 격자구조를 손상시킨다는 단점이 있습니다.

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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