5.3. 반도체 식각(Etching) 공정 기술

식각 공정(Etching Process): 식각 공정은 기본적으로 반도체 표면에 불필요한 물질을 제거하여 패턴을 형성하는 과정을 말한다.

 

 

 

습식 식각(Wet Etching)

습식 식각은 화학 용액을 사용해 기판의 특정 물질을 선택적으로 제거하는 방식이다.

 

건식 식각(Dry Etching)

건식 식각은 플라즈마와 반응성 기체를 사용해 기판 물질을 제거하는 방식이다. 기체 분자들이 플라즈마 상태로 변하면서 고에너지를 갖게 되며, 이러한 활성화된 기체분자가 기판 표면에 충돌하면서 박막 물질을 제거한다.

 

건식 식각 공정을 위한 공정 변수 조정

 

• Equipment Parameters:
  장비 설계, 파워, 주파수, 압력, 온도, 가스 흐름 속도 등 공정에 필요한 환경 조건을 제어.
• Process Parameters:
  플라즈마와 표면의 상호작용, 재료 특성, 온도, 전하, 시간 등을 조정하여 원하는 식각 결과를 얻음.
• Quality Measures:
  식각 속도, 선택도, 균일성, 패턴 프로파일, 임계 치수, 잔여물 등 식각 공정의 품질을 평가하는 지표.

건식 식각 공정과 습식 식각 공정의 차이

Wet Etch (습식 식각)

• Isotropic: 모든 방향으로 균일하게 식각되어 곡선형 프로파일을 형성.
• 장점: 공정이 간단하고 저렴.
• 단점: 정확한 패턴 형성이 어렵다.

Dry Etch (건식 식각)

• Isotropic 또는 Anisotropic: 장비와 조건에 따라 등방성 또는 비등방성 식각 가능.
• Anisotropic – Taper: 특정 조건에서 테이퍼 형태의 프로파일 생성.
• Silicon Trench: 깊고 직각인 실리콘 구조를 정밀하게 형성.
• 장점: 고정밀 패턴 형성 가능.
• 단점: 공정이 복잡하고 비용이 높다.

 

위는 MOS 반도체 제조 공정의 주요 단계를 간략히 보여준다.

1. 산화(Oxidation): 실리콘 웨이퍼 표면에 산화막(Field oxide)을 형성하여 기초 층을 만듦.
2. 포토레지스트 코팅 및 노광(Photoresist Coating and Exposure): 포토레지스트를 도포한 후, 마스크를 이용해 UV 빛을 투사하여 원하는 패턴을 전사.
3. 현상 및 식각(Develop and Etch): 노출된 포토레지스트를 제거하고, 산화막을 선택적으로 식각하여 패턴 형성.
4. 포토레지스트 제거(Photoresist Strip): 남은 포토레지스트를 제거하고 깨끗한 표면을 유지.
5. 산화 및 박막 증착(Oxidation and Deposition): 게이트 산화막을 형성하고, 폴리실리콘(polysilicon)을 증착.
6. 식각 및 이온 주입(Etch and Ion Implantation): 식각 공정으로 불필요한 물질을 제거하고, 이온 주입을 통해 도핑 영역 형성.
7. 접촉홀(Contact Etch) 및 금속 배선(Metal Deposition): 접촉홀을 형성하고 금속을 증착하여 회로를 완성.