3.4 에칭(Etching)

 3.4.1 에칭 

 

  > 포토리소그래피로 패턴을 만든 후 만든 패턴대로 막질을 깎는 작업을 에칭(Etching)이라고 한다.

 

 > SiO2로 예시를 들면 패턴이 만들어진 PR(포토레지스트) 사이로 화학적이나 물리적으로 에칭 할 수 있다. 

 

 > SiO2를 깎을(녹일) 수 있는 용액은 HF(Hydrogen Fluoride)이며 SiO2의 Etchant라고 한다. 

 

 > 용액을 사용한 에칭을 Wet Etch라고 하며 모든 방향으로 동일하게 깎이기 때문에 등방성(Isotropic) 에칭이라고 한다. 

 

 > 드라이 에칭(Dry Etching)은 플라스마 상태에서 발생하는 이온, 전자, 원자, 라디컬(Radical)이 포토레지스트와 노출된 SiO2와 화학적으로 반응하고 이온들이 수직으로 물리적으로 부딪혀서 에칭 하는 방식이다. 

 

 > 국부적인 방향으로만 깍이기 때문에 이방성(Anisotropic) 에칭이라고 한다. 

 

 > 드라이 에칭이 더 난이도가 높으며 최근에는 더 높은 종횡비(Aspect Ratio)의 에칭을 요구한다. 

 

 > 이 때 단순히 화학 및 물리적으로만 깎는 것이 아니라 폴리머를 생성해 주면서(Passivation) 깎으면 훨씬 깊게 깎을 수 있다. (HARC 공정 : High Aspect Ratio Contact)

 

 > 에칭을 얼마나 해야하는 것도 중요하다. 

 

 > 에칭이 부족하면 원하지 않는 구조를 형성하거나 회로의 Short를 발생할 수 있다. 

 

 > 에칭이 과하게 되면 원하지 않는 막질까지 에칭이 될 수 있다. 

 

 > 이러한 문제는 EPD(End Point Detector)로 해결할 수 있다. 

 

 > EPD는 에치될 때 발생하는 잔여물(By-product)에서 방사되는 빛의 파장을 검출하여 다른 물질의 파장이 검출되면 멈추는 방식이다.

 

 > 드라이 에치 처럼 플라스마를 사용하는 공정은 플라스마 대미지(Plasma Damage)를 유의하여야 한다. 

 

 > 플라즈마 상태에서 발생하는 이온들에 의해 전도체에 전하 충전(Charging)이 발생하게 된다. 

 

 > 많은 전하가 충전되면 얇은 산화물 사이에 높은 전압이 형성되면서 산화물이 Break Down 될 수 있다. 

 

 > 얇은 산화물에 큰 전도체가 연결되어있으면 큰 전하들이 큰 전도체를 통해서 얇은 산화물을 Break Down 시키는 효과를 안테나 효과라고 한다. 

 

 

3.4.1 Etching

 > Etching is the process of removing material according to the pattern created by photolithography.

 > Taking SiO2 as an example, the area between patterned photoresist (PR) can be chemically or physically etched.

 

 > The etchant for SiO2 is HF (Hydrogen Fluoride).

 

 > Wet etching uses a liquid solution and is isotropic, meaning it etches uniformly in all directions.

 

> Dry etching is done in a plasma state, where ions, electrons, and radicals react with the exposed SiO2 and PR. It is anisotropic as it etches directionally.

 

 > Dry etching is more complex and requires a higher aspect ratio (AR).

 

 > By creating a passivation polymer layer during etching (High Aspect Ratio Contact), deeper etching can be achieved.

 

 > Proper etching depth is crucial. Insufficient etching can lead to unwanted structures or shorts in circuits, while excessive etching can remove unintended layers.

 

 > EPD (End Point Detector) helps manage this. It detects wavelengths emitted from by-products during etching.

 

 > Plasma-based processes like dry etching must consider plasma damage.

 

 > Plasma ions can charge a conductor, leading to high voltage between thin oxide layers, causing breakdown.

 

 > The antenna effect occurs when a large conductor is connected to a thin oxide, using the conductor to break down the oxide.

 

Figure 1. (a) Isotropic Etching (b) Anisotropic Etching

 

Reference 

-. Chenming Calvin Hu, Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits, PEARSON(2013)