[반도체/식각] Atomic Layered Etch(ALE) 기술에 대하여
원자층 단위 식각법, (Atomic Layer Etching, ALE) 기술은
Self-limiting 방식을 통하여
한 층씩(Layer by Layer mechanism) 식각하는 기술이다.
ALE기술은 기존 Reactive Ion Etching (RIE)방식의 대안으로
엄청 오래전인 1988년에 처음 소개되었다.
컨셉자체는 엄청 예전에 소개되었지만,
식각속도(Etch Rate)이 굉장히 늦어 당시에 큰관심을 못받게 되었지만....
식각난이도가 올라간 최근 트렌드(ex.수nm단위 식각)
에서 다시 각광받게 되는 기술중 하나이다.
Atomic Layered Etch(ALE) 공정의 과정
ALE의 과정은 간략히 두 가지 과정;
(1) Surface modification (reaction A)
(2) Surface Removal (reaction B)
으로 나눌 수 있다.
ALE기술은 Substrate layer상부에 Modification layer를 흡착시켜
Monolayer를 형성하는 과정을 Surface modification step(reaction A)으로 말한다.
이와 같이 layer를 생성한 다음에,
표면 온도를 높이거나 챔버 내에 형성된 플라스마를 활용하여
플라스마 내부 이온을 가속시키게 된다.
가속된 이온은 인가된 RF power에 인해 wafer 표면과 충돌하게 된다.
이때 발생하는 물리적인 충격 및 화학적 반응으로 인해
layer간의 bonding을 끊어 식각하는 과정(reaction B)을 Surface removal step으로 규정한다.
그 후 이러한 reaction A + B를 반복적으로 진행하여
원하는 단층단위로 식각하여 원하는 디바이스 형태로 만드는 공정으로 볼 수 있다.
Modification 과정의 경우 ALD(atomic layer deposition)의 공정과 유사하지만,
removal 공정을 통해 표면을Etching 하게 된다.
또한 흡착과 탈착이 반복되며 표면상태가 stoichiometry적으로 안정적이며
표면의 roughness도 안정적이게 바뀌게 되는 특징이 있다.
EPC(Etch Per Cycle)
이러한 방법으로, ALE기술은 기존의 continuous etching mechanism과 다르게
Etch Per Cycle(EPC)로 Etching 정도를 측정하게 된다.
기존의 continuous etching mechanism의 경우,
Etching이 지속적이게 진행이 되므로
시간에 따라 etch rate이 일차 함수 그래프의 형식으로 나타나게 된다.
(상기 그래프 기준, ALE = a, b, c / RIE= d 에 해당)
그렇지만, 앞서 설명한 바와 같이 ALE의 경우
reaction A & reaction B를 통해 Etching이 이루어지는 방법으로
reaction의 주기 간에 식각이 일어나게 된다.
이로 인해 Etching이 이루어지면, 다시 monolayer의 흡착(Reaction A) 없이는
etching이 불가능한 구조를 가지고 있다.
이러한 특징으로 인해 기존의 Continuous etching은 Etch Rate으로 식각속도를 규정하고,
ALE는 EPC를 통하여 식각률을 측정하게 되는 차이점이 있다.
또한, 그래프 상에는 각각 다른 surface saturation coverage rate를 가지고 있는 것으로 보인다.
(a)의 경우에는 상대적으로 낮은 압력,
(b)의 경우에는 중간 압력,
(c)의 경우에는 높은 압력을 가진 조건으로
modification layer증착이 된 조건이며,
이에 따라 챔버 내부의 압력 혹은 gas 주입량에
따라 modification layer의 saturation 시간 및 흡착률 (surface coverage)이 개선되는 특징을 알 수 있다.