[반도체 공정] 식각공정(Etching)-3

6. RIE(Reactive Ion Etching) 공정

 

1) 공정

출처- https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-211-99718-5_2

CCP(Capacitively Coupled Plasma type)	ICP(Inductively Coupled Plasma type)
평행 평판 구조 그라운드 전극 위에 wafer 위치 두 전극간에 인가된 전계에 의한 방전	코일에 전류를 흘려 자기장 인가, 플라즈마 형성 CCP type bias 따로 인가됨
장: 이온 에너지를 충분히 높일 수 있음     작동 간단, 대면적 가능  단: Plasma density와 Sheath 전압 따로 control 불가     -> 복잡한 구조 etch에 한계	장: Plasma density와 Sheath 전압 따로 control 가능     -> 선택비↑
이용: Dielectric  - 단단한 물질-> 높은 이온 에너지 필요 - Dielectirc etch시 plasma density↑-> by product↑                                       -> etch rate 감소                                       --> CCP 많이 사용	이용: 3D profile  - 높은 plasma density 필요

 

- Plasma density 증가-> 식각 속도&선택비 증가, 등방성(MFP감소-> 방향성 방해)

   Bias power 증가-> 식각 속도 증가 , 선택비 감소 , 비등방성

 

- 낮은 압력- 비등방성 식각 특성 개선, 식각 속도 감소

   높은 압력- 식각 속도증가, 등방성(MFP감소-> 방향성 방해)

 

 

2) 개발방향

Conventional RIE

-> HDP(High Density Plasma): MERIE(Magnetically Enhanced RIE)...

-> Pulsed Plasma

 

 

2) 장치별 plasma 특성이 다른 이유

: 이온화/ 각종 radical을 형성시키는 전자의 에너지 차이

  플라즈마를 발생시키는 원리와 장치에 따라 전자의 에너지 분포 곡선 다름

  -> Radical과 이온의 밀도 역시 다른 조성

 

 

 

 7. Loading effect(부하 효과)

 : 패턴 사이즈, 구조로 인한 Etching uniformity 감소 효과

 

1) Macro loading

  :  단위면적당 반응물 농도 차이로 큰 패턴의 식각 속도 지연

- 개선: 압력 증가, Bias power 감소를 통해 충분한 반응물 공급

 

 

2) Micro loading

   : 패턴 크기 차이로 인한 반응물의 pump out rate 차이가 원인

 

- RIE-Lag(A/R 의존 식각률 지연)

   : 미세, 깊은 패턴에서 반응물의  낮은 pump out rate로 인해 낮은 식각속도 가짐

- 개선: 압력 감소, total flow rate 감소를 통해 residence  시간 감소

 

- Inverse RIE-Lag

  : 미세, 깊은 패턴에서 억제제가 잘 증착되지 않아 식각 속도가 큼

 

 

3) Pulsed plasma 

   : plasma 형성 source, bias power on off

 

- Notching 개선: 표면의 전하 축적효과(electron shading effect) 감소

- Loading effect 개선: Off 시 이온이 들어오지 않아 부산물이 잘 빠져나갈 수 있게 됨

 

 

 

8. Profile control

 

1) 이온 강화 억제 식각(Ion enhanced inhibitor etching)

  : 측벽에 억제제 증착-> Ion 식각 통해 바닥면 억제제 제거-> 라디칼을 통한 화학적 식각

출처- https://pv-manufacturing.org/etching/

 

 

2) End point detection

  : E/R VS 선택비

    식각속도 증가-> 선택비 감소, 선택비 증가-> 식각속도 감소

   --> 개선: etch rate 빠른 공정 이용, end point 이후 선택비 높은 식각 공정을 통한 over etch

 

 

 

9. New Tech

 

1) Cryogenic 공정

 

- Etch loading-> (개선: 이온 에너지 증가)-> Mask 선택비 감소-> (개선: Polymer Up)-> Ion&Radical 공급 감소 

   -> Etch loading   

    --> 악순환

 

- 개선: Cryogenic 공정

              - 극저온 (<-100℃)을 통한 Radical의 화학적 반응 제한

                  ->Passivation Gas 쓰지 않고 Lateral etch↓

 

 

2) ALE(Atomic Layer Etching)

:  Ion, Radical 인자 반응 시간 분리

   Plasma 생성->  자기 제한 표면 반응-> Purge-> ion 충돌-> Pumping 

- 한층씩 etching-> 선택비 ↑↑

 

출처- ChangFang et al, 2018, Thermal atomic layer etching: Mechanism, materials and prospects, Progress in Natural Science: Materials International, Vol 28(6), pp:667-675

 

출처- https://avs.scitation.org/doi/full/10.1116/1.4913379

 

3) Bosch process

 

출처- https://www.researchgate.net/figure/Bosch-etch-process-consists-of-alternating-etch-and-deposition-cycles-The-etch-cycle-may_fig3_228924006

 

-High net etch rate

  High PR selectivity