반도체 식각

개요

 

• 영어: 에칭(etching)
• 같은 말로는 식각 공정, 반도체 식각 공정
• 웨이퍼 위의 특정 물질을 제거하는 반도체 제조 단계 중 하나로 반도체 8대 공정 중 하나로 매우 중요한 단계
• 어원은 미술 기법인 에칭(etching)에서 유래. 동판을 긁고 부식시켜 잉크를 스며들게 하는 기법에서 파생

 

역사

 

• 중세 독일과 이탈리아 등에서는 비슷한 금속 부식 기법이 공예적 용도나 장식 목적으로 일부 사용
• 1513년 스위스의 미술가 우르스 그라프(Urs Graf, 1485 ~ 1527)가 철판을 이용한 작품을 1513년에 성 우르바누스 수도원을 위해 성 베르나르두스 성골함을 애칭 방식으로 금세공한 것이 비공식적 최초
• 영국 산업혁명 당시에 금속 가공, 인쇄, 장식에 사용된 것이 비용 절감 목적으로 1960년에 미국의 벨 연구소(Bell Labs)나 페어차일드(Fairchild)기업 연구소에서 드라이 식각(Dry Etching)기술이 도입되면서이다.
• 동아시아권에서 도입된 것은 1970년대 일본이 최초이며 한국에서의 도입은 늦어도 1990년대
• 1980년대부터 플라즈마, 이온 빔, 원자층 식각 기술이 개발되어 전세계 반도체 회사에서 도입

 

식각 공정 도입 이유

 

1. 비용 절감
2. 반도체 집적도가 높아지면서, 트랜지스터나 배선의 크기를 점점 더 작게 만들기 위해서는 정밀하게, 더 세밀하게 물질을 깎아내는 기술이 필요
3. 제품 품질 향상, 미래 경쟁력 확보

 

식각 공정 종류

 

1. 습식 식각

 

• 영어: Wet Etching(웨트 에칭)
• 액체 약품 사용, 비용 저렴하지만 미세공정에는 부적합
• 둥글게 퍼짐을 이용한 방식
• 불산 등 위험한 액체가 사용되어서 온갖 반도체 산업재해의 원흉

 

2. 건식 식각

 

• 영어: Dry Etching(드라이 에칭)
• 가스 상태 약품 사용, 고비용이나 정밀도 높음
• 플라즈마, 이온 빔 방식이 여기에 해당

 

3. 혼합형 식각

 

• 영어: Hybrid Etching(하이브리드 에칭)
• 같은 말로는 복합 식각, RIE, ICP Etching, ALE(원자층 식각)
• 화학적 반응(습식의 특징)과 물리적 충격(건식의 특징)을 동시에 활용하는 방식
• 예) 플라즈마 상태의 반응성 가스를 이용해 화학적 식각과 이온 충돌에 의한 물리적 식각을 병행

 

4. 극저온 식각

 

• 영어: Cryogenic Etching(크라이오 에칭)
• 영하 80도 이하의 극저온 환경에서 식각을 수행하는 기술
• 1990년대 유럽과 미국의 플라즈마 식각 연구에서 개념적으로 등장했으며 미국과 일본 반도체 회사 중심으로 비용 절감 등의 이유로 개발했고 2010년대부터 한국 반도체 회사들이 기술을 세계 최고 수준으로 빠르게 도입하고, 실제 반도체 양산에 적용한 선도국으로 변신
• 도입 이유 및 장점: 공정 단순으로 비용 절감, 최신 반도체는 고종횡비(높이에 비해 매우 좁은 폭) 구조를 요구, 환경 보호
• 단점: 공정 유지 관리 난이도가 아주 높다, 헬륨 기반 냉각 시스템, 고정밀 온도 센서, 특수 진공 챔버등 초고비용 장비 요구, 설치 공간을 많이 요구, 이 기술을 이해하고 다룰 수 있는 고급 인재가 많이 필요하므로 고임금에 3교대 운영, 비상 대기, 새벽 유지보수 등의 이유로 밤샘 작업, 주말 근무 시간 요구

 

다른 반도체 식각들

 

 

• 플라즈마 식각 (Plasma Etching)
• 반응성 이온 식각 (RIE, Reactive Ion Etching)
• ICP 식각 (Inductively Coupled Plasma)
• 이온 빔 식각 (Ion Beam Etching)
• ALE (Atomic Layer Etching): 원자층 단위로 식각하는 초정밀 기술

 

자세한 내용의 사이트

 

그라프

 

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식각 공정

 

SeMi뀨의 공정강의-식각공정(Etching, 에칭), 습식식각(Wet Etching), 건식식각(Dry Etching), 플라즈마, 물

 

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