반도체 전공정 - 4. 식각

4)식각(etching)

하이닉스나 삼성전자가 장비에 투자하는 금액중에 40%정도가 식각장비 구매에 쓰이고 있으며

전체 공정의 30%정도를 차지한다 미세패턴은 모두 플라즈마 식각을 사용한다

선택비 = 등방성 : 원치않는곳도 깎임(방향성 없음) / 비등방성 : 원하는곳만 깎임(방향성 있음)

 

 

확산을 통해 표면으로 식각액 이동 표면화학반응 확산을 통해 반응후 생성물 제거

DIFFUSION : 확산 REACTANTS : 화학반응에 이용되는 약품의 총칭

쉽게 포토공정을 거쳐 산화막위에 도포된 PR을 따라 산화막을 깎아내는 공정

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4-1)식각 종류

 

 

습식 식각 건식식각(플라즈마 식각)

램리서치 : 식각 장비 1위(40% 점유) 건식식각국내 업체 : 테스 세메스

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-식각용액

무수불산을 가지고 정체를 함에 따라 기체와 액체 상태로 제조를 하나 고순도 기체불화수소는 우리나라에서는 제조가 어렵다 현재 솔브레인에서 만들어내는것은 액체상태의 불화수소이며 과거에 일본에서 수출규제를 했던것은 기체상태의 불화수소이다

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습식 식각

HF(불산)

남알남님 유튜브 참조

헤라프님 블로그 참조

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다양한 순도의 HF가 각기 다른 용도로 사용됨[디스플레이 저순도(국산화) 디램 고순도]

쉽게 불산이 SIO2(실리콘 산화막) 만나게 되면 물이되면서 녹는다

하지만 HF가 물에 녹으면서 농도가 떨어지게 되기때문에 버퍼물질(완충용액)로 NH4F 라는 물질을 넣어주면 물과반응하여 6HF 농도를 올려주는 역활을 한다

선택비 : PR,SI 은 거의 안녹는다 , SIO2 잘녹음

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건식식각

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기체불화수소(고순도 생산이 매우어려움 국내생산사례 없음 전량 일본에서 수입)

yuio2321 블로그참조

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4-1-1)습식 식각

습식식각에는 2가지 방식이 있는데 용액에 담궜다 빼는 dip방식(immersion) 과 웨이퍼를 스핀을 주며 스프레이 로 뿌려주는 spray 방식으로 나뉘나 현재는 immersion 방식이 가장 많이 사용된다

 

4-1-2)건식식각

건식식각은 기본적으로 플라즈마를 이용하여 플라즈마 가스의 이온과 반응성기체를 이용하여 물질을 제거하는방식

즉 기체상태에 열과 에너지를 가하게 되면 원자와 전자가 분리되는데 다른 물질과의 반응성을 크게 가지게 된다

플라즈마에는 주로 ar(아르곤)가스를 사용

 

플라즈마 장비의 종류

 

CCP : 상하에 rf 전원을 가하여 플라즈마를 형성

ICP : 챔버 위에 코일을 만들어 코일에다가 전기장을 가하여 챔버내에 자기장을 형성하고 그형성된 자기장이 또 챔버안에 전기장을 만들어서 RF 챔버위에 있는 코일에 의해서 플라즈마가 형성 그다음에 웨이퍼 위에 바이어스라는 파워를 달게되는데 그바이어스파워에 의해서 이온들이 웨이퍼방향으로 끌려오게 되는 형태를 가짐

즉 이온의 생성과 플라즈마를 따로따로 컨트롤 할수 있느냐 없느냐의 차이라고 생각하면 쉬울것 같다

CCP의 경우 전극 간격이 짧기 때문에 단단한 물질을 식각에 유리

ICP 의 경우 플라즈마의 농도 및 이온의 숫자를 훨씬더 풍부하게 만들수 있기 때문에 원하는 웨이퍼 표면에 고르게 플라즈마를 생성 균일하게 식각을 할수있는 장점이 있다

건식 식각에는 3가지 방법이 있다

1) High Pressure Plasma Etching(플라즈마의 반응성기체에 의한 화학적 식각)

 

semi뀨님 블로그 참조

rf bias(고주파 플라즈마)를 양단에 걸어 플라즈마를 형성하고 내부에는 cf4(할로겐) 가스를 넣어준다

화학적 반응이기에 등방성(원치않는곳도 깎임)식각이고 diffusion(확산)에 의한 식각이 진행

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2)Physical Etching(Ion Milling,sputter)(플라즈마를 이용한 물리적 식각)

 

defect : 결함

아르곤 가스를 사용하며 이방성식각의 장점을 같지만 선택비가 다소 떨어지고 처리량이 떨어지는 단점이 있다

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3)RIE(Reactive Ion Etching) :화학적+물리적

tough : 가혹한

이방성=비등방성(원하는곳만 깎음) 즉 컨트롤이 가능하다

남알남님 유튜브 참조

상대물에 따른 식각 가스와 첨가물 ->화학반응후의 생성물

 

DIP RIE : TSV(through silicon via)

 

DRAM 칩에 구멍을 뚫는 수직 관통 기술

​https://youtu.be/Q8toBh_ftvA

ALE : Atomic layer etching(원자 식각) 해외업체들이 개발중이나 식각속도가 느리기 때문에 현재는 사용되고 있지는 않으나 미세공정으로 가면 갈수록 천천히 확대가능하다고 판단됨

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식각 공정의 소모성 부품에 대해서 알아보자

하단 단면도 처럼 플라즈마를 균일하게 분사시키는 electrode 와 웨이퍼 고정 및 플라즈마를 정확한 위치로 모이게하는 포커스링(sic ring) electrode를 잡아주는 가이드링(si ring) 외에 많은 부품이 존재하며 좀더 자세한 부분은

블로그 링크로 대신하겠다

https://blog.naver.com/mosma_1982/222156482707

기업보고서_원익QNC 2편_투자 포인트(완료)

 

 

 

6숭이님 블로그 참조

 

식각에 대한 동영상 및 블로그 주소 첨부합니다

https://www.youtube.com/watch?v=5i7u1lafrN0

#램리서치 #에이피티씨

https://blog.naver.com/suyou111/222464510875

[기업분석] 티씨케이, 하나머티리얼즈 : 유전체식각(옥사이드에칭) - 전도체식각(폴리에칭) 비교

 

#티씨케이 #하나머티리얼즈 #케이엔제이