건식 식각(Dry Etching) 공정의 개요 장단점

건식 식각 공정은 반도체 제조에서 널리 활용되며, 전기장으로 생성된 플라즈마를 이용하는 방식이 특징입니다. 이 공정은 주플라즈마의 가속 여부에 따라 물리적 건식 식각(Physical Dry Etching), 화학적 건식 식각(Chemical Dry Etching), 그리고 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching, RIE)으로 구분됩니다.

✔️건식 식각(Dry Etching)

건식 식각은 물리적 및 화학적 방법으로 나뉘며, 각 방법은 다음과 같습니다.

• 물리적 식각은 주로 이온 빔을 이용하여 표면에서 원자를 물리적으로 제거하는 방식입니다. 고에너지 이온이 표면에 충돌하여 원자를 떼어내는 과정으로, 비표면적 재료의 제거에 효과적입니다.
• 화학적 식각은 플라즈마에서 활성화된 가스 분자와 반응하여 표면을 화학적으로 식각 하는 방법입니다. 선택적 식각이 가능하여 특정 재료만을 제거할 수 있는 장점이 있습니다.

 

건식 식각(Dry Etching) 공정의 개요 장단점

 

✔️물리적 건식 식각 (Physical Dry Etching)

물리적 건식 식각은 화학적 반응 없이 물리적 방법으로 물질을 제거합니다. 고에너지 이온을 기판에 충돌시켜 원자를 제거하며, 정밀한 수직 구조가 필요한 경우에 유용합니다.

• 주요 특성
  • 비등방성 식각: 이온의 직진성 덕분에 수직 방향으로 주로 식각됩니다.
  • 낮은 선택성: 화학반응이 없으므로 다양한 물질에 대해 비슷한 식각률을 보입니다.
  • 표면 손상: 고에너지 이온 충돌로 기판 표면이 손상될 수 있습니다.
  • 느린 식각 속도: 화학적 식각보다 상대적으로 느린 속도를 보입니다.
• 대표적인 기술
  • 이온 빔 식각(Ion Beam Etching, IBE): 독립적인 이온 소스에서 생성된 이온 빔을 사용하여 식각 합니다.
  • 스퍼터 식각(Sputter Etching): 주로 Ar 가스를 사용하여 플라즈마에서 생성된 이온을 기판으로 가속하여 식각 합니다.

✔️화학적 건식 식각 (Chemical Dry Etching)

화학적 건식 식각은 반응성 가스를 사용하여 기판 표면과 화학반응을 일으켜 물질을 제거하는 방법입니다. 물리적 이온 충돌은 거의 없거나 최소화됩니다.

• 주요 특성
  • 높은 선택성: 적절한 가스 선택으로 특정 물질에 대해 높은 선택성을 유지합니다.
  • 낮은 표면 손상: 물리적 충돌이 적어 기판 표면 손상이 최소화됩니다.
  • 느린 식각 속도: 물리적 식각에 비해 상대적으로 느린 속도를 보일 수 있습니다.
  • 등방성 식각: 화학반응이 모든 방향으로 균일하게 일어나므로 등방성 프로파일을 형성합니다.
• 대표적인 기술
  • 증기상 식각(Vapor Phase Etching)
  • 플라즈마 보조 화학 식각(Plasma-assisted Chemical Etching)

✔️Reactive Ion Etching(RIE), Deep Reactive Ion Etching(DRIE)

• 반응성 이온 식각 (Reactive Ion Etching, RIE) RIE는 진공 챔버에서 전극을 통해 플라즈마를 생성하고, 이 플라즈마가 웨이퍼 표면에 수직으로 충돌하며 에칭을 진행하는 방식입니다. 화학적 반응과 물리적 충격을 결합하여 특정 물질을 제거합니다.
• 깊은 반응성 이온 식각 (Deep Reactive Ion Etching, DRIE) DRIE는 매우 깊고 좁은 구조를 만들기 위해 사용되며, 플라즈마가 깊은 영역까지 도달하여 정밀하고 깊은 에칭을 가능하게 합니다.

✔️Bosch 공정

Bosch 공정은 실리콘에 깊고 높은 종횡비 구조를 형성하는 데 적합한 고급 건식 식각 기술입니다. 식각과 부동태화 두 단계가 번갈아 수행되며, 이 과정을 통해 고도의 이방성 식각이 가능합니다.

• 매우 높은 종횡비(>20:1) 달성 가능
• 거의 수직에 가까운 측벽 형성
• 식각 깊이와 프로파일의 정밀한 제어 가능
• 높은 식각 속도(10 μm/분 이상)
• 마스크 재료에 대한 좋은 선택성
• 복잡한 3D 구조 생성 가능

이와 같이 건식 식각 공정은 다양한 기술과 특성을 통해 반도체 제조에서 중요한 역할을 수행하고 있습니다.