[반도체공정 feat.jaeger] 식각(Etch) Chapter 2.3.2 - 반응 건식 식각

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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반응 건식 식각(Reactive dry etching)도 다양한 분류로 나뉩니다.

 

화학적 반응 건식 식각 (Chemical Dry Etching)

• (a) 이온 조사 반응 건식 식각 (Reactive dry etching with ion irradiation)
• (b) 전자 조사 반응 건식 식각 (Electron irradiation reaction dry etching)
• (c) 광자 조사 반응 건식 식각 (Photon irradiation reaction dry etching)

하나하나씩 이야기해 보겠습니다.

2.3.2. 반응 건식 식각 (Reactive dry etching)

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▶ 반응 건식 식각은 반응기체가 식각 목표물(기판)과 화학 작용(반응) 후 식각되는 것을 말합니다.

 

반응기체의 활도성을 높여 식각이 잘될 겁니다.

따라서 플라스마, 전자(전자빔) & 광자(laser)를 이용해 반응 기체의 활동성을 높입니다.

 

• 동종반응(homogeneous reaction) ▶ 같은 상태의 물질(액체-액체, 기체-기체)의 반응
• 이종반응(heterogeneous reaction) ▶ 다른 상태의 물질(고체-액체, 기체-고체)의 반응

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기채 내에서의 동종반응들

 

 

▶ 여기(excitation)되는 과정입니다.

(*) 표시는 여기 된 상태를 의미하며 바닥상태로 떨어지면서 발광현상을 일으킵니다.

 

 

▶ impact ionization에 의하여 이온이 생성되는 과정입니다.

 

 

 

▶ 해리(dissociation) 과정에 의하여 radical이 생성되는 과정입니다.

radical : 전기적으로는 중성이지만 불안정하여 화학적 결합을 활발하게 하는 것.

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기판이 매개(촉매역할)가 되는 이종반응들

 

 

▶ 원자의 재결합 과정입니다.

 

 

▶ 식각 과정입니다.

 

 

▶ 스퍼터링의 과정입니다.

S : 기판(substrate)

2.3.2.1. 화학적 반응 건식 식각 (Chemical Dry Etching)

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전기적으로 중성이지만 불안정하여 화학적 결합을 활발하게 돕게 하는 것인 radical의 예로는 O(산소)가 있습니다.

 

이 산소는 O-O, 즉 O2로 2개의 산소 원자가 결합되어 있을 때 안정화됩니다.

그러나 O 원자 홀로는 전기적으로 중성이지만 O2, 혹은 다른 결합으로 안정화되려고 합니다.

 

이 radical의 반응성 순서는 다음과 같습니다.

 

 

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CF₄(테트라플루오린화 탄소) 플라스마는 Si, SiO2₂ 식각에 자주, 널리 사용되는 플라스마입니다.

이 말은 반대로 유리도 분해해 버려 매우 위험합니다.

 

 

 

 

 

 

 

CF₄ ↔ F, CF, CF₂, CF₃ 등 다양한 화학종으로 평형을 이루게 됩니다.

여기서 F는 radical입니다.

 

이 F는 다음같이 Si, SiO₂ 식각반응을 일으키게 됩니다.

 

 

 

 

 

그런데 F를 이대로 두면 CF₄로 되돌아가는 재결합을 하게 됩니다.

즉 식각률을 떨어지게 됩니다.

 

따라서 O₂를 첨가하여 F와 결합하여  COF₂, CO, CO₂를 생성하게 하고 CF₄의 재결합을 방해하게 만듭니다.

그러면 radical F의 농도가 증가하여 식각률은 증가하게 됩니다.

 

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

 

이전 포스팅에서 이야기한 SiO₂ 에칭제인 HF(불산)를 기억하시나요?

H₂를 첨가하게 되면 HF가 생성되어 F radical 농도가 감소하게 됩니다.

 

따라서 식각률을 감소하게 되는 원인이 됩니다.

 

+*passivation을 할 때 H₂가 좋은 걸로 알고 있습니다. 이러한  passivation 공정 후 H₂가 조금 잔존해 있다면,

etching을 할 때 CF₄ 플라스마의 F와 결할 해 식각률 감소의 원인이 될 수도 있을 것 같습니다.

따라서 최종 공정에서 수율 문제가 있다면 원인 중 하나가 될 수도 있겠네요!

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(a) 이온 조사 반응 건식 식각 (Reactive dry etching with ion irradiation)

식각용 기체 플라스마에 Ar 이온을 첨가하면 Ar의 표면을 공격해 표면이 활성화되고 식각이 증대됩니다.

 

왼쪽 구간에서부터 화학적 식각, 화학+물리 혼합 식각, 물리적 식각입니다.

https://www.researchgate.net/figure/Example-of-anisotropic-dry-etching-and-isotropic-wet-etching_fig2_289282527

• 저압에서의 평균자유행로 >  ion sheath 두께

▶  Ar이온이 충돌 없이 표면에 도달하게 됩니다.  = 그림(a), 비등방성 에칭(anisotropic etching)

아주 잘 식각 된 겁니다.

• 고압에서 평균자유행로 < ion sheath 두께

▶ Ar이온의 충돌 방향이 무작위가 되어 측벽도 공격합니다.  = 그림(b), 등방성 에칭(isotropic etching)

이렇게 되면 망하는 겁니다.

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(b) 전자 조사 반응 건식 식각 (Electron irradiation reaction dry etching)

전자빔 조사로 식각률을 증대시킵니다.

 

selective etching(선택에칭) 혹은 patterning etching이 가능합니다.

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(c) 광자 조사 반응 건식 식각 (Photon irradiation reaction dry etching)

표면에 레이저 빔을 조사하여 식각률을 증대시켜 patterning etching을 합니다.

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다음은 반응 건식 식각 장치에 대해 이야기하고 Chapter 2 식각 파트를 마치도록 하겠습니다.

 

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