[반도체 8대공정] 2-1 Etch_wet etch

반도체 8대공정 Etch 습식 식각

 

Etch공정은 주로 Photolithography공정을 마치고 PR을 Barrier Mask로 사용해 패턴을 새길 때 주로 사용됩니다.

그래서 Photolithography + Etch를 합해서 Patterning공정이라고 부르기도 합니다.

 

Etch공정에는 크게 두 종류로 나뉩니다.

Wet etch(습식 식각), Dry etch(건식 식각)입니다. 

둘 다 모두 PR을 방어막으로 사용해 패턴을 새기는 건 같지만 방식이 다릅니다.

 

Wet etch(습식 식각)

습식 식각은 액체의 화학 물질을 사용하여 박막을 식각 하는 공정입니다.

저 노란색이 포토레지스트(PR)이고, 저 모양으로 Photolithography공정을 통해 만들어 준 모습입니다. PR을 방어막으로 화학 약품을 사용하면 오른쪽 그림과 같이 등방성(Isotropic)으로 식각이 됩니다.

*등방성(Isotropic) : PR을 방어막으로 일직선으로 식각이 되지 않고 저렇게 퍼지면서, 모든 방향으로 식각이 됨을 의미합니다.

Wet etch의 가장 큰 문제점입니다. 등방성(Isotropic)으로 식각이 되면 미세 패턴을 구현하기 힘듭니다. 왜 그럴까요? 만약 저 옆에 새로운 패턴들이 있다고 가정해 보고 여러 패턴에서 wet etch를 진행했다고 가정해 보겠습니다.

 

등방성(Isotropic)인 특성 때문에 형성돼야 할 Pattern이 없어지는 모습을 보실 수 있으실 겁니다. 이 문제로 인해 2um이하의 패턴에는 패턴의 형성이 불가능하다고 합니다.

 

Wet Etch의 장점

1) 높은 생산성

하지만 이런 Wet Etch라도 장점은 있습니다. 바로 Batch(일괄 처리)가 가능합니다. 즉 대량으로 식각 할 수 있다는 뜻입니다. 물론 습식 식각도 화학 물질을 스프레이 형식으로 뿌려 낱장으로 처리하는 설비도 있지만 일괄적으로 화학용액에 담가 식각 하는 Batch가 가능합니다.

 

2) 선택비(Selectivity)가 좋다

선택비(Selectivity)라는 아주 중요한 단어가 나왔네요.

식각을 해야 할 때 우리는 방어막의 도움을 받고 패턴을 새깁니다. 하지만 화학 용액을 맞았을 경우 방어막은 안전할까요? 그렇지 않습니다. 아무래도 화학 약품이기에 영향을 받을 것입니다. 즉 방어막 또한 식각이 됩니다.

따라서 선택비의 정의는 Barrier mask 물질이 식각 되는 양과, 우리가 식각하고자 하는 박막이 식각되는 양의 비를 의미합니다. 위 그림과 같이 방어막 역할을 해주는 물질이 식각 되는 양을 Er이라고 두었고 분모이고, 식각 하고자 하는 박막이 식각되는 양을 Ef로 두고 분자로 두었습니다. Er 즉 방어막은 조금 식각되고, Ef 즉 식각하고자 하는 박막은 잘 식각이 되어야 하므로 선택비(Selectivity)는 클수록 좋습니다.

 

다시 wet etch로 돌아와서 습식 식각은 화학 약품을 사용하기에 물론 방어막도 조금 식각은 되지만 나중에 공부할 Dry etch보다는 선택비가 좋습니다. 따라서 두번째 장점이 됩니다.

 

 

Wet Etch 식각 원리

 

 

산화막 습식식각

주로 산화막을 용액으로 식각 할 경우 가장 많이 쓰는 용액은 BOE(Buffered Oxide Etchant)와 HF를 희석한 DHF(Diluted HF)입니다. BOE는 위와 같이 NH4F와 HF를 일정 비율로 섞어 사용합니다. 저 말 뜻을 해석하자면 40% NH4F와 49% HF를 10:1로 혼합하여 BOE를 만들었다는 뜻입니다. 마찬가지로 DHF는 물과 49% HF를 10:1로 혼합했나 봅니다.

*혼합비율은 저게 정답은 아닙니다. 그냥 저 두 개 섞었구나 정도로 이해해주시면 될 것 같습니다.

 

산화막이 없어지는 과정입니다. SiO2가 사라지고 H2SiF6은 물에 쉽에 용해되어 날아가 버립니다.

 

 

여기까지 Wet etch, 습식 식각에 대해 공부했습니다. 다음 글로는 Dry etch, 플라즈마에 관한 내용을 공부해 보겠습니다.