10. Dry etch

(1) dry etch를 사용하는 이유

 : wet etch는 isotropic profile 때문에 미세공정에 부적합.

 ∴ 고집적화된 최신 공정은 일부를 제외하고 대부분 dry etch 방식 사용.

 

 

(2) dry etch 종류

1) non-plasma 방식: 반응성 gas의 혼합으로 자연스런 화학반응 이용.

2) plasma 방식 (현실에서는 대부분 plasma 방식 사용)

• chemical etching
• physical etching (=sputtering)
• chemical physical etching (가장 많이 사용되는 방식)

 

①plasma chemical etching

출처: http://scicalgas.com/specialty-gas/electronic-gases/plasma-etching/

• plasma 내 radical을 이용하는 방식. (radical: 중성의 비활성 원자와 분자의 가스 상태)
• radical이 wafer의 대상물질과 화학반응을 통해 휘발성 부산물을 만들며 etch → isotropic → 미세패턴X
• gas 이용 → 반응속도↓ → etch rate↓
• 높은 압력과 down stream batch 구조를 통해 개선.

 

 

②plasma physical etching (sputtering)

출처: Handbook of Sputtering Technology (Second Edition), 2012

• plasma 내 양이온을 target에 물리적으로 충돌시켜 뜯어내는 방식(순수하게 물리적).
• 진공 chamber(∵양이온 운동 원활하게)에서 single wafer 방식으로 진행.
• 주로 Ar gas 사용(∵불활성 원소로 중성원자 상태에서 화학적 반응 일으키지 않기 때문).
• anisotropic etching이 가능하지만 etch rate가 느림.
• selcectivity↓ → 하부 막질에 damage 발생 가능.

 

 

③plasma chemical & physical etching (=RIE)

출처: https://research.utdallas.edu/cleanroom/manuals/reactive-ion-etching-tool-and-wafer-etching

• 측벽은 chemical etching만 → 등방성이지만 etch rate↓
• 하부는 chemical&physical etching 동시 진행 → 양이온이 부산물 빨리 탈출하게 해줌
  → radical의 화학반응 도와줌 → etch rate↑
• etch rate 차이로 인해 anisotropic etching 가능.
• Ar, CF₄ gas 이용. CF₃ & F는 chemical etching. Ar⁺ & CF₃⁺는 physical etching.

 

 

④protective ion enhanced etching

출처: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-10295-5_2

• RIE의 부족한 이방성을 보완.
• etch구조에 chemical etching을 억제하는 보호막(passivation film) 증착
  → 하부 영역의 보호막은 physical etching으로 사라짐. 측벽의 보호막만 남음
  → anisotropic 성질↑
• 보호막 증착을 위한 별도 gas 필요 (ex. Si 나 SiO₂ RIE etching에  CHF₃)

 

 

⑤deep RIE (=BOSCH)

출처: https://www.researchgate.net/figure/Conventional-Bosch-etch-process-scheme-for-etching-silicon-with-a-pre-patterned-hard-mask_fig6_275243444

• etching과 보호막 증착을 연속해서 반복 → 더 높은 수준의 anisotropic.
• 시간과 비용은 더 들지만, 높은 AR 구조 구현가능.
• SF₆ plasma로 Si etching → CF_x plasma로 보호막 증착 → 다시 SF₆ plasma로 etching → 보호막 증착 → 반복.

 

 

 

 

<참고문헌> 이창훈, 반도체 소소제공, 더인 출판사, 2019, pp.155-163.