건식 식각
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1. 개요
건식 식각은 후공정 세척이 필요 없고, 미세 가공이 가능한 기술로, 플라즈마를 활용하여 반도체 표면의 특정 영역을 제거하는 공정이다. 반응성 가스 식각, 반응성 이온 식각, 이온빔 식각 등 다양한 종류가 있으며, 특히 반응성 이온 식각은 고종횡비 구조를 생성하여 반도체 제조에 널리 사용된다. 육불화황, 사불화탄소 등의 가스가 사용되며, 포토리소그래피와 함께 접촉 홀, 비아 홀, 트랜지스터 게이트 형성에 응용된다. 습식 식각에 비해 속도가 빠르고 이방성을 가질 수 있으며, 탄화규소나 질화갈륨과 같은 재료에도 적용 가능하다. 진공 챔버, 가스 공급 시스템, 고주파 파형 발생기 등을 포함하는 하드웨어 설계를 통해 공정 균일성을 제어하며, 스티븐 M. 어빙에 의해 발명되었고, 화니엔 유에 의해 이방성 공정이 개발되었다.
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- 식각 - 습식 식각
습식 식각은 화학 약품을 사용하여 기판의 특정 부분을 제거하는 기술로, 금속 가공에서 시작하여 사진 기술 발전에 기여했으며 현재는 반도체, PCB, 항공우주, IC, MEMS 등 첨단 산업에서 필수적인 기술로 사용되지만, 건식 식각에 비해 정밀도가 낮아 하이브리드 기술이 개발되고 있다. - 식각 - 에칭 (미세가공)
에칭(미세가공)은 습식 및 건식 방식으로 분류되며, 다양한 재료의 미세 가공에 사용되는 기술로서, 건식 에칭은 현대 초고밀도 집적 회로 공정에 주로 활용된다. - 반도체 제조 - 웨이퍼
웨이퍼는 단결정 실리콘 잉곳을 가공하여 만든 얇고 둥근 반도체 재료 조각으로, 반도체 산업의 핵심 재료이며, 다양한 결정 성장 방법과 가공 과정을 거쳐 생산되고, 현재는 300mm 웨이퍼가 주류이지만 450mm 웨이퍼 개발 경쟁이 진행 중이며, 실리콘 외 다양한 재료가 사용되고, 일본 기업들이 시장을 주도하고 한국 기업들도 경쟁력을 확보하고 있다. - 반도체 제조 - 이온 주입
이온 주입은 원하는 원소를 이온화하여 고체 표면에 주입하는 기술로, 반도체 도핑, 금속 표면 처리 등 다양한 분야에 활용되며, 결정학적 손상, 스퍼터링, 안전 문제 등의 문제점을 야기한다.
| 건식 식각 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 종류 | 반도체 소자 제조 공정 |
| 설명 | 액체 화학 물질을 사용하지 않고 기체 상태의 플라즈마를 사용하여 박막을 제거하는 방법 |
| 특징 | 미세 가공에 적합 높은 정밀도와 제어 가능성 |
| 주요 기술 | 반응성 이온 식각 (RIE) 심층 반응성 이온 식각 (DRIE) 스퍼터링 식각 플라즈마 식각 이온 밀링 |
| 과정 | |
| 기본 원리 | 플라즈마를 사용하여 반응성 기체를 이온화 이온화된 기체가 표면과 반응하여 박막을 제거 |
| 플라즈마 | 반도체 제조 공정에서 사용되는 저온 플라즈마를 이용 반응 기체를 해리하여 화학 반응을 유도 |
| 유형 | |
| 반응성 이온 식각 (RIE) | 높은 이방성 식각 가능 선택적 식각 가능 |
| 심층 반응성 이온 식각 (DRIE) | 높은 종횡비 구조 형성 가능 깊은 식각 가능 보쉬 공정 이용 |
| 스퍼터링 식각 | 물리적 충격을 이용하여 식각 박막 제거에 사용 |
| 플라즈마 식각 | 화학 반응을 이용하여 식각 높은 선택적 식각 가능 |
| 이온 밀링 | 이온 빔을 이용하여 식각 정밀 식각 가능 |
| 장점 | |
| 정밀도 | 미세 패턴 형성 가능 높은 식각 제어 능력 |
| 이방성 | 수직 방향으로의 식각이 가능하여 고정밀 패턴 형성 가능 |
| 선택성 | 특정 물질만 선택적으로 식각 가능 다양한 물질에 적용 가능 |
| 환경 친화성 | 습식 식각에 비해 폐수 발생량 감소 |
| 단점 | |
| 장비 비용 | 고가의 장비 및 유지 보수 비용 발생 |
| 공정 복잡성 | 공정 조건 설정 및 제어의 어려움 |
| 표면 손상 | 플라즈마로 인한 표면 손상 가능성 |
| 활용 분야 | |
| 반도체 제조 | 집적 회로 제조 박막 트랜지스터 제조 MEMS 제조 |
| 광학 소자 | 광섬유 제조 광학 필터 제조 |
| 디스플레이 | LCD 제조 OLED 제조 |
| 기타 | 태양 전지 제조 나노 기술 분야 |
| 참고 자료 | |
| 관련 용어 | 습식 식각 플라즈마 박막 반도체 소자 |
| 기타 | |
| 로마자 표기 | geonshik sikgak |
2. 특징
건식 식각은 특정 반도체 표면 영역을 공격하여 재료에 홈을 형성하기 위해 포토리소그래피 기술과 함께 사용된다.
응용 분야에는 접촉 홀(기저 반도체 기판에 대한 접촉부), 비아 홀(층상 반도체 소자의 전도성 층 사이에 상호 연결 경로를 제공하기 위해 형성된 홀), FinFET 기술을 위한 트랜지스터 게이트, 또는 주로 수직 측면이 필요한 반도체 층의 일부를 제거하는 것이 포함된다. 반도체 제조, 미세 가공, 디스플레이 생산과 함께 산소 플라즈마에 의한 유기 잔류물 제거는 건식 식각 공정으로 간주될 수 있다. 플라즈마 애싱이라는 용어를 대신 사용할 수도 있다.
건식 식각은 탄화규소 또는 질화갈륨과 같이 화학적으로 내성이 강하고 습식 식각이 불가능한 재료 및 반도체에 특히 유용하다.
저밀도 플라즈마(LDP)는 저압 덕분에 낮은 에너지 비용으로 고에너지 반응을 생성할 수 있으므로, 건식 식각은 작동에 비교적 적은 양의 화학 물질과 전력이 필요하다. 또한, 건식 식각 장비는 포토리소그래피 장비보다 훨씬 저렴하여, 많은 제조업체는 피치 배가 또는 4분의 1로 하는 건식 식각 전략에 의존하여 더욱 발전된 포토리소그래피 장비가 필요 없이 고급 해상도(14nm+)를 얻는다.
| 습식 식각 | 건식 식각 |
|---|---|
| 매우 선택적 | 시작과 정지가 용이함 |
| 기판 손상 없음 | 온도의 미세 변화에 덜 민감함 |
| 저렴함 | 더욱 반복 가능함 |
| 느림 | 빠름 |
| 이방성 식각(물질 제거)을 통해 고종횡비 구조(예: 깊은 구멍 또는 커패시터 트렌치)를 생성 | |
| 환경 내 입자 감소 |
건식 식각에는 다음과 같은 종류가 있다.
건식 식각은 습식 식각에 비해 고종횡비 구조를 생성할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 후공정으로 세척이 필요 없고, 포토레지스트와의 선택성이 높으며, 미세가공이 가능하다는 특징이 있다. 하지만, 장비가 고가라는 단점도 존재한다.
3. 종류
3. 1. 플라즈마 식각 (Plasma Etching)
건식 식각은 포토리소그래피 기술과 함께 특정 반도체 표면 영역을 공격하여 재료에 홈을 형성하는 데 사용된다.
응용 분야에는 접촉 홀(기저 반도체 기판에 대한 접촉부), 비아 홀(층상 반도체 소자의 전도성 층 사이에 상호 연결 경로를 제공하기 위해 형성된 홀), FinFET 기술을 위한 트랜지스터 게이트, 또는 주로 수직 측면이 필요한 반도체 층의 일부를 제거하는 것이 포함된다. 반도체 제조, 미세 가공 및 디스플레이 생산과 함께 산소 플라즈마에 의한 유기 잔류물 제거는 건식 식각 공정으로 간주될 수 있으며, 플라즈마 애싱이라는 용어를 대신 사용할 수 있다.
건식 식각은 탄화규소 또는 질화갈륨과 같이 화학적으로 내성이 강하고 습식 식각이 불가능한 재료 및 반도체에 특히 유용하다.
저밀도 플라즈마(LDP)는 저압 덕분에 낮은 에너지 비용으로 고에너지 반응을 생성할 수 있으므로, 건식 식각은 작동에 비교적 적은 양의 화학 물질과 전력이 필요하다. 또한, 건식 식각 장비는 포토리소그래피 장비보다 훨씬 저렴하여 많은 제조업체는 피치 배가 또는 4분의 1로 하는 건식 식각 전략에 의존하여 더욱 발전된 포토리소그래피 장비가 필요 없이 고급 해상도(14nm+)를 얻는다.
건식 식각은 습식 식각에 비해 이방성 식각(물질 제거)을 통해 고종횡비 구조(예: 깊은 구멍 또는 커패시터 트렌치)를 생성할 수 있는 고유한 능력 때문에 현재 반도체 제조 공정에 사용되고 있다.
| 습식 식각 | 건식 식각 |
|---|---|
| 매우 선택적 | 시작과 정지가 용이함 |
| 기판 손상 없음 | 온도의 미세 변화에 덜 민감함 |
| 저렴함 | 더욱 반복 가능함 |
| 느림 | 빠름 |
| 이방성을 가질 수 있음 | |
| 환경 내 입자 감소 |
3. 2. 반응성 이온 식각 (Reactive Ion Etching, RIE)
반응성 이온 식각은 건식 식각의 한 종류이다.3. 3. 반응성 이온빔 식각 (Reactive Ion Beam Etching)
( প্রতিক্রিয়া গ্যাস এচিং )- 반응성 이온 식각
- 반응성 이온빔 식각
- 이온빔 식각
- 반응성 레이저빔 식각
3. 4. 이온빔 식각 (Ion Beam Etching)
이온빔 식각은 건식 식각 기술 중 하나이다.3. 5. 반응성 레이저빔 식각
주어진 소스에 반응성 레이저빔 식각에 대한 내용이 없으므로, 내용을 생성할 수 없습니다.4. 주요 식각 가스
건식 식각에는 반응성 이온 식각(RIE)과 반응성 가스 식각에 사용되는 가스들이 있다.
- 반응성 이온 식각에 사용되는 가스: 육불화황 (SF6), 사불화탄소 (CF4), 트리플루오로메탄 (CHF3)
- 반응성 가스 식각에 사용되는 가스: 이불화크세논 (XeF2)
4. 1. 반응성 이온 식각 (RIE)에 사용되는 가스
- 육불화황 (SF6)
- 사불화탄소 (CF4)
- 트리플루오로메탄 (CHF3)
4. 2. 반응성 가스 식각에 사용되는 가스
- 육불화황 (SF6)
- 사불화탄소 (CF4)
- 트리플루오로메탄 (CHF3)
- 이불화크세논 (XeF2)
5. 응용 분야
건식 식각은 포토리소그래피 기술과 함께 특정 반도체 표면 영역을 공격하여 재료에 홈을 형성하는 데 사용된다.
응용 분야는 다음과 같다.
- 접촉 홀 (기저 반도체 기판에 대한 접촉부)
- 비아 홀 (층상 반도체 소자의 전도성 층 사이에 상호 연결 경로를 제공하기 위해 형성된 홀)
- FinFET 기술을 위한 트랜지스터 게이트
- 주로 수직 측면이 필요한 반도체 층의 일부 제거
반도체 제조, 미세 가공 및 디스플레이 생산과 함께 산소 플라즈마에 의한 유기 잔류물 제거는 건식 식각 공정으로 간주될 수 있다. 플라즈마 애싱이라는 용어를 대신 사용할 수 있다.
건식 식각은 탄화규소 또는 질화갈륨과 같이 화학적으로 내성이 강하고 습식 식각이 불가능한 재료 및 반도체에 특히 유용하다.
저밀도 플라즈마(LDP)는 저압 덕분에 낮은 에너지 비용으로 고에너지 반응을 생성할 수 있으므로, 건식 식각은 작동에 비교적 적은 양의 화학 물질과 전력이 필요하다. 또한, 건식 식각 장비는 포토리소그래피 장비보다 훨씬 저렴하여 많은 제조업체는 피치 배가 또는 4분의 1로 하는 건식 식각 전략에 의존하여 더욱 발전된 포토리소그래피 장비가 필요 없이 고급 해상도(14nm+)를 얻는다.
| 습식 식각 | 건식 식각 |
|---|---|
| 매우 선택적 | 시작과 정지가 용이함 |
| 기판 손상 없음 | 온도의 미세 변화에 덜 민감함 |
| 저렴함 | 더욱 반복 가능함 |
| 느림 | 빠름 |
| 이방성을 가질 수 있음 | |
| 환경 내 입자 감소 |
6. 하드웨어 설계
건식 식각 하드웨어는 기본적으로 진공 챔버, 특수 가스 공급 시스템, 플라즈마에 전력을 공급하는 고주파(RF) 파형 발생기, 웨이퍼를 고정하는 가열 척, 그리고 배기 시스템을 포함한다.
도쿄일렉트로닉(Tokyo Electronic), 어플라이드 머티어리얼즈(Applied Materials), 램리서치(Lam Research)와 같은 제조업체마다 설계가 다르다. 모든 설계가 동일한 물리적 원리를 따르지만, 다양한 설계는 더욱 특수화된 공정 특성을 목표로 한다. 예를 들어, 소자의 중요 부분과 접촉하거나 중요 부분을 형성하는 건식 식각 단계는 더 높은 수준의 방향성, 선택성 및 균일성을 필요로 할 수 있다. 그 대가로 더 복잡한 건식 식각 장비는 구매 비용이 더 높고 이해하기 어렵고 유지 보수 비용이 더 많이 들며 작동 속도가 더 느릴 수 있다.
건식 식각 장비는 여러 가지 제어 변수를 통해 공정 균일성을 제어할 수 있다. 척 온도를 변경하여 웨이퍼 반경에 걸쳐 웨이퍼의 열을 제어할 수 있으며, 이는 반응 속도와 따라서 웨이퍼의 여러 영역에 걸친 식각 속도에 영향을 미친다. 플라즈마 균일성은 플라즈마 가둠으로 제어할 수 있으며, 이는 챔버 주위를 고속으로 회전하는 자석, 챔버로의 가스 유입 및 챔버에서의 배기량 변화, 또는 챔버 주위의 RF 브레이딩으로 제어할 수 있다. 이러한 전략은 장비 제조업체와 의도된 응용 분야에 따라 다르다.
7. 역사
건식 식각 공정은 Stephen M. Irving이 발명했으며, 그는 플라즈마 식각 공정도 발명했다.[1][2] 1970년대 초 IBM T.J. 왓슨 연구소의 Hwa-Nien Yu는 이방성 건식 식각 공정을 개발했다. Yu는 로버트 덴나드와 함께 이 기술을 사용하여 1970년대에 최초의 마이크론 크기 MOSFET(금속-산화물-반도체 전계 효과 트랜지스터)를 제작했다.[3]
참조
[1]
논문
A Dry Photoresist Removal Method
[2]
뉴스
A Dry Photoresist Removal Method
Kodak Photoresist Seminar Proceedings
[3]
논문
Recollections on MOSFET Scaling
2007-00-00
[4]
웹사이트
半導体製造が止まる危機、人類の文明は終わりの日を迎えてしまうのか？
https://news.biglobe[...]
[5]
웹사이트
現在囁かれている「半導体の危機」、今更スマホも車もない社会に戻るのか？
https://www.zaikei.c[...]
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