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식각

식각 공정은 다른 재료가 그곳에 증착될 수 있도록 웨이퍼 표면에서 선택한 영역을 제거합니다.

"건식"(플라즈마) 식각은 회로 윤곽을 형성하는 데 사용하고 "습식"(화학 용액) 식각은 주로 웨이퍼를 세정하는 데 사용합니다. 건식 식각은 반도체 제조에서 가장 자주 사용되는 공정 중 하나입니다. 식각을 시작하기 전에 웨이퍼는 포토레지스트 또는 하드마스크(보통 산화물 또는 질화물)가 도포되고 포토리소그래피 공정 중에 회로 패턴에 노출됩니다. 식각은 패턴 자리에 있는 물질만 제거합니다. 칩 제조 과정 중에는 이러한 패턴 형성과 식각으로 이뤄진 공정이 여러 차례 반복됩니다.

식각 공정은 웨이퍼에서 제거할 필름 종류에 따라 도체 식각, 유전체 식각 또는 폴리실리콘 식각이라고 부릅니다. 예를 들어 유전체 식각에서는 산화물층이 식각되고 남겨진 "산화물 절연체"가 소자를 서로 분리합니다. 폴리실리콘 식각은 트랜지스터에서 게이트를 만들 때 사용합니다. 유전체 식각은 금속 도전 경로를 만들기 위해 비아 구멍과 트렌치를 식각하는 데 사용합니다. 금속 식각은 알루미늄, 텅스텐 또는 구리층을 제거해서 점차적으로 소자 구조의 더 높은 부분에서 회로 패턴을 드러냅니다.

플라즈마 식각은 불소, 염소 같이 반응성 원소가 포함된 가스에 전자기파 에너지[일반적으로 고주파(RF)]를 가해서 이뤄집니다. 플라즈마에서 방출되는 양전하 이온이 웨이퍼를 타격해서 재료를 제거(식각)합니다. 또한 식각된 재료와 반응해 휘발성 또는 비휘발성 부산물을 생성하는 반응성 유리 래디컬을 제거합니다. 이온 전하의 힘에 끌려 수직하게 웨이퍼를 향하게 됩니다. 이렇게 해서 오늘날 고밀도 칩 설계의 미세 형상에 필수적인 거의 수직한 식각 윤곽이 형성됩니다. 일반적으로 식각 속도(주어진 시간당 제거되는 재료량)는 높은 것이 좋습니다.

공정 화학 반응은 식각되는 필름의 유형에 따라 다릅니다. 유전체 식각 응용 분야에는 보통 불소 계열이 사용됩니다. 실리콘 식각과 금속 식각에서는 염소 계열이 사용됩니다. 특정한 식각 단계를 하나 또는 여러 필름 층에서 수행할 수 있습니다. 여러 층을 식각하고 식각 공정이 특정한 층에서 손상 없이 정확하게 정지되어야 한다면 공정 선택비가 중요하게 됩니다. 선택비는 제거해야 할 층의 식각 속도와 보호해야 할 층(예를 들어 마스크 또는 정지층)의 식각 속도의 비율입니다. 일반적으로 선택비가 더 높을수록 좋습니다.

위에서 설명한 RIE(반응성 이온 식각)에서는 필요한 재료를 제거하기에 충분할 정도로 물리적 타격(식각 속도)이 이루어지는 한편 적절한 화학 반응이 일어나서 쉽게 배출되는 휘발성 부산물이 생성되거나 나머지 부분에 보호층이 증착되도록(선택비와 윤곽 제어) 물리적 식각과 화학적 식각의 균형을 최적화하는 것이 목적입니다. MERIE(자기 강화 RIE)는 이온 에너지 증가(웨이퍼를 손상시킬 수 있음) 없이 이온 밀도를 높여서 공정을 지원할 수 있습니다.

가장 좋은 것은 식각 속도가 웨이퍼의 모든 곳에서 동일한(균일한) 것입니다. 웨이퍼의 여러 곳에서 식각 속도가 달라지는 정도를 비균일도(또는 마이크로로딩)라고 부르고 일반적으로 퍼센트로 표현됩니다. 식각에서는 비균일도와 마이크로로딩을 최소화하는 것이 중요한 목표입니다.

어플라이드 머티어리얼즈는 점차 진화하는 식각 관련 문제를 해결하기 위해 혁신적이고 비용 효과적인 해결책을 지속적으로 개발해 왔습니다. 이러한 문제는 점점 더 작아지는 소자 크기, 사용하는 재료의 변화(고 유전율 필름 또는 초다공성 유전체), 소자 구조의 다양화(예를 들어 FinFET, 3차원 수직 구조 낸드 트랜지스터), 새로운 패키징 방식(예를 들어 TSV 기술)에서 발생할 수 있습니다.