[식각 공정] 식각 공정 패턴 형성 두번째 과정 - 습식 식각, Wet Etching
Wet Etching(습식 식각)
장점: 화학 물질(Etchant)을 이용해 깎는 방식으로 생산성 매우 높음, Selectivity가 우수. 저렴. 일괄처리(Batch, 대량처리)가 가능.
Diffusion을 이용하기 때문에 표면이 매끄러움.
단점: 등방성 식각으로 컨트롤이 어려움. Undercut이 쉽게 발생해 미세공정에 부적합. CD 조정 어려움.
Uniformity가 낮음(공정 조건 최적화 필요.) 용액을 사용하다 보니 Wafer 오염 발생 가능성.
특징: 열적 산화공정이나 Epitaxial 성장 전 Cleaning 공정에서 핵심적으로 사용.
식각 경사면이 높을수록, 즉, 수직일수록 원하는 Profile에 가깝게 식각 가능.
Agitation(교반): Uniformity와 Etch Rate를 높이기 위해 사용하는 방법. Undercut 또한 감소 - 휘저어주는 것.
Wet Etching 종류
Dipping: Uniformity와 Etch Rate를 위해 기계적으로 최대한 균일하게 넣음.
모세관 현상으로 속까지 용액이 들어가지 못해 식각이 제대로 이루어지지 않음
Spray: Uniformity와 Etch Rate를 매우 높일 수 있음. 최근 많이 사용. 침투하는 힘이 강해 모세관 현상이 적게 일어남..
진행 과정
1) 식각 용액이 확산을 통해 target 표면으로 이동
2) Chemical 반응 발생
3) 확산을 통해 Byproducts 제거
4) 공정 이후 용액을 린스를 이용해 닦아내고(DI Water & IPA) 말리는 과정 포함.
물질에 따른 공정 예시
EX) Si Wet Etching Process (약 300A/s)
1) 불산
Si + 4HNO3 -> SiO2 + 2H2O + 4NO2 (산화) SiO2 + 6HF -> H2SiF6 + 2H2O
Si가 SiO2로 산화된 후 HF를 만나 분해됨. 동시에 진행하기 위해 질산과 불산을 혼합해 농도 조절.
2) KOH (약 0.5 ~ 2㎛/min)
Si + 2OH -> Si(OH)2+++4e- (산화) Si(OH)2+++4e- +4H2O -> Si(OH)6+2H2 (환원)
산화환원반응을 통한 식각, 약 100배 빠르게 식각 가능
3) TMAH
약 30~50배 빠른 속도, 너무 빠른 식각이 일어나는 KOH를 대체할 수 있음.
산화막과 Nitride의 식각이 발생하지 않아 Masking Layer 가능
피라미드 형태의 소구가 발생한다는 단점이 있음
이러한 속도 차이를 이용해 Cantilever/membrane 등을 제작 가능
EX) SiO2 Wet Etching Process
SiO2 + 4HF -> SiF4 + 2H2O
농도 조절을 위한 완충용액이 같이 들어있음. (NH4F(완충용액)+ HF(Etchant) => BOE(Buffered Oxide Etchant))
(6NH4F + HF -> BOE, NH4F : HF = 6 : 1 ~ 10 : 1)
EX) Si3N4 Wet Etching Process
농축된 HF나 BHF, H3PO4 인산 용액을 사용해 식각
주로 H3PO4(인산) 주로 사용. SiO2를 식각하는 것보다 Si3N4식각 속도가 10배 이상 빠름, Selectivity우수.
열이 발생해 PR 유기막과 만나면 경화가 일어나기 때문에 Nitride 위에 얇게 SiO2를 증착 후 식각 진행하고 BHF를 이용해 SiO2와 PR을 제거.
Wet Etch의 Etch Rate 비교
EX) 도핑 성질에 따른 Oxide Etch Rate
-N type: 2000A/min (결합이 부셔지기 쉬움)
-P type: 200A/min
EX) Oxide 성질에 따른 Oxide Etch Rate
-Wet Oxidation: 높음
-Dry Oxidation: 낮음 (공정 저항성이 높기 때문)