무어의 법칙에 따라 현재 반도체 산업은 수 나노 scale의 공정으로 접어들게 되면서
다양한 고집적도 기술이 요구되고 있다.
반도체의 선 및 폭 (셀과 회로)의 크기가 작아지는 만큼
그에 따른 반도체의 공정 기술에도 다양한 변화가 요구되고 있다.
그중 식각공정 기술 은 반도체 제조기술 중 가장 중요한 기술로 자리 잡혀 있다.
식각공정의 종류
"건식식각"의 경우
챔버 내부에 다양한 종류의 가스를 유입 시켜, 플라즈마 상태를 만들어 식각을 유도하는 방식이다.
"습식식각"의 경우
반응성 용액(액체 상태의 반응물)을 활용하여, 화학적 반응 (Bonding or Debonding)을 이끌어 낸다.
이를 기반으로 원하는 물질 혹은 박막을 제거하는데 쓰이는 방식을 말한다.
우선 습식 식각의 경우
용액으로 진행되는 공정인 만큼
비용도 적게 들고 과정도 단순하다.
슬러리 및 용액 ( 입자의 크기를 조절하여)
일정 압력으로 눌러주게 되어 식각을 유도 하게 된다.
또한 위에 그림에 보여진 바와 같이 모든 방향으로 동일하게 식각이 되는
"등방성 식각"의 성질이 있다.
이를 기반으로 습식식각의 장점으로는
1) 저비용 및 생산성이 좋다
2) 식각속도 빠름
3) 원하는 막질(반응성 용액을 잘 선정하여)을 손쉽게 제거 할 수 있다.
그러나, 습식 식각의 단점으로는 경우
1) 미세 패턴가공이 어렵고
(용액 자체의 표면장력, Surface Tension으로 인해 미세 패턴 사이사이로 스며들기 불가능)
2) 용액 제어가 힘들어 위험함
3) 등방성식각 (PR 하단부까지 식각이 됨)
이 있다.
이에 반해 건식 식각 공정의 경우
플라즈마 반응을 활용하여 식각을 유도한다.
반응 시키게 되는 챔버의 일정 압력, 및 비활성 기체 및 반응성 가스를 유입시키고,
챔버 상, 하단 혹은 하단에만 RF Power를 인가하게 된다.
RF Power 를 인가하고 챔버 내부에 화학적으로 활성화된 반응가스들을
glow discharge(RF power를 활용)를 통하여 플라즈마를 생성한다.
활성화된 반응가스들은 RF power에 의해
wafer의 표면에 수직으로 가속하여 화학적, 물리적으로 식각이 진행된다.
건식 식각의 장점으로는
1) 비등방성 (원하는 profile대로 식각 가능)
2) 미세 패터닝 가능 (Radical & RF power 기반 식각이다 보니 미세 영역도 식각 가능)
이 있다.
이에 반해 단점으로는
1) 고비용 (플라즈마 사용시 드는 높은 비용)
2) 공정 속도가 길다.
(압력 및 다양한 조건을 맞추는데 소요되는시간 + 식각속도가 습식식각에 비해 느림)
이 있다.
현재 반도체 건식 식각에는 다양한 방식이 존재하고 있으며,
그중 가장 통상적으로 많이 사용되는 기술은
Reactive Ion Etching (RIE) 기술로 발전해 나아가고 있다.
Reactive Ion Etch
Reactive Ion Etch의 경우 플라즈마를 이용하여
부식 및 식각성 가스를 활용하여 화학적 반응을 활용한 식각
+
RF Power를 활용한 이온의 충돌에너지를 활용한 식각
이 두가지 반응을 합하여 원하는 형상대로 식각하는 방식을 말한다.
이러한 RIE방식 기반의 식각 공정은
웨이퍼 전면부에 연속적으로 반응시키게 되어
연속적으로 식각 (continuous etching trend)이 되게 된다.
그렇지만 continuous etching mechanism은 빠른 식각 속도에 유리하지만,
loading effect, layer의 불균일성등 다양한 단점이 존재하고 있다.
연속 식각의 경우 반응되는 이온들과 식각제의 공급이 원활하지 않게 되면서
식각이 이상적으로 일어나지 않고 위치 혹은 시간 별로
식각량 (Etch Rate)이 달라지는 현상이 일어 날수 있다.
또한 미세 패턴 공정간에서 식각후 반응된 부산물들이 빠져나오지 못하여
식각에 방해를 받는 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위하여 RF 세기, 챔버 압력, 가스 유속, 등
다양한 방법으로 해결하려고 논의되고 있다.
그렇지만 연속 식각 공정이 수 나노 공정으로
내려오게 되면서 물리적인 한계를 극복하는 것이 점점 어려워지며
더욱 많은 비용과 시간이 소요되게 되며 어려움을 사고 있는게 현실이다.
이러한 단점들의 개선방안으로 Atomic Layer Etching 기술이 주목을 받게 된다.
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