[반도체 공정] Etch 공정이란? (1)

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안녕하세요!

오늘은 반도체 8대 공정 중 하나인 식각 공정에 대해 다뤄보려 합니다.

목차

1. 개요 및 기본 개념
2. 용어 정리

[반도체 백과사전] 반도체 8대 공정 한 눈에 보기!

1. 에칭 공정 개요 및 기본 개념

1.1 에칭(Etching)이란?

에칭(Etching)은 반도체 제조 공정에서 특정 패턴을 형성하기 위해 웨이퍼 표면의 일부를 제거하는 과정입니다. 이는 리소그래피를 통해 형성된 마스크 패턴을 기반으로 진행되며, 반도체 소자의 크기와 성능을 결정하는 핵심적인 과정입니다. 에칭 공정이 정확하지 않으면 원하는 패턴이 형성되지 않아 소자의 동작이 불안정해질 수 있습니다. 목적: 원하는 패턴을 형성하여 반도체 소자의 구조를 완성

 

• 정의: 웨이퍼 표면에서 특정 패턴을 형성하기 위해 불필요한 부분을 제거하는 과정
• 목적: 원하는 패턴을 형성하여 반도체 소자의 구조를 완성

 

1.2 에칭 공정의 중요성

에칭 공정은 반도체 제조에서 단순한 표면 제거 과정이 아니라, 소자의 성능과 전반적인 신뢰성을 결정짓는 핵심 기술입니다. 미세화가 진행됨에 따라 정밀한 에칭 기술이 요구되며, 특히 DRAM / NAND Flash와 같은 최신 반도체 소자에서는 더욱 높은 정밀도가 필요합니다.

 

1.3 리소그래피와의 관계

에칭 공정은 리소그래피와 밀접한 관계를 갖고 있습니다. 리소그래피 공정을 통해 포토레지스트(감광성 물질)를 패턴화 한 이후, 에칭을 수행하여 원하는 형상을 구현합니다. 따라서 리소그래피의 해상도가 높을수록 정밀한 에칭이 가능해집니다. 현재는 수나노 수준을 타겟으로 하기에 해당 공정의 반복을 통해 미세소자를 형성하게 됩니다.

• Deposition → Lithography → Etching → Ashing의 반복

 

반도체 패터닝 프로세스

1.4 Main etching materials

• SiO2 : 단단한 물질로, 절연체와 ion implant 공정 시 하드마스크(Hard mask)로 사용
• Si3N4: 단단한 물질로, 보호층으로 주로 사용 (소자, 패턴 간의 isolation 목적)
• Aluminum(Al) & Tungsten(W): 금속 배선 및 Via plug로 사용

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2. 에칭 공정 용어 정리

2.1 식각 속도 (Etch Rate)

• 특정 물질이 식각 되는 속도를 의미
• 단위: nm/min 또는 µm/min → 시간당 얼마나 식각 되는지
• 식각 공정의 균일성과 생산성을 결정하는 중요한 요소 →  일반적으로 높은 ER을 목표로 함: 생산성 향상

2.2 선택비 (Selectivity)

• 특정 물질이 다른 물질보다 얼마나 더 빨리 식각 되는지를 나타내는 비율 ​
• 예를 들어, 감광제(PR, Photoresist)와 실리콘(혹은 산화막)의 선택비가 10:1이면, PR이 실리콘보다 10배 더 빠르게 식각 된다는 의미
• 높은 선택비는 원하는 패턴을 정밀하게 형성하는 데 중요
• 미세 공정의 경우 선택비가 높아야 패턴이 제대로 구현

선택비 수식

 

2.3 AR (Aspect Ratio, 종횡비)

• 식각 된 구조의 깊이(Height)와 너비(Width)의 비율. ​
• AR이 높을수록 깊고 좁은 구조를 의미하며, 식각 공정에서 어려운 챌린지가 됨
• 고 AR 식각(High-Aspect-Ratio Etching, HAR Etching)은 미세 공정에서 매우 중요한 기술.
• 10nm 미만의 DRAM Tech에서 capacitor AR 100 이상 요구

AR 수식

2.4 부하 효과 (Load Effect, Loading Effect)

• 웨이퍼 전체에서 식각 속도가 균일하지 않고 패턴 밀도(Etch Pattern Density)에 따라 달라지는 현상
• 패턴 밀도가 높은 영역에서는 식각 가스가 빠르게 소비되므로 식각 속도가 느려질 수 있음
• 반대로 패턴 밀도가 낮은 곳은 가스가 충분히 공급되므로 상대적으로 빠르게 식각
• 이 효과를 줄이기 위해 균일한 공정 설계가 필요

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에칭 공정은 반도체 생산 프로세스에서 큰 비중을 차지하는 만큼, 그 개념의 정립이 무엇보다 중요합니다.

이번 시간에는 식각의 정의와 목적, 차후 포스팅 이해에 필요한 용어를 정리하였습니다.

다음 포스팅에서는 등방성, 이방성을 포함한 식각의 종류에 대해 다루겠습니다.

 

감사합니다.

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