비 전공자도 쉽게 이해할 수 있는 반도체 식각 공정(Etch Process)

습식 식각 공정은 무엇인가?

습식 식각 공정이란 무엇일까요? 습식 식각 공정이란 반도체 제조 공정에서 활용되는 공정 중 하나에 속하며, 현재 반도체 소자의 특정 영역을 선택적으로 제거하는 데 활용되고 있습니다. 습식 식각 공정은 식각 용액을 통해 웨이퍼 표면으로 화학물질들이 확산하고, 반응이 일어납니다. 앞선 화학 반응으로 생긴 생성물이 제거됨으로써 공정이 이루어집니다.

 

습식 식각 공정의 주요 특징으로는 액체 화학 약품(식각 용액)을 사용하여, 웨이퍼 표면에서의 화학 반응을 통해 불필요한 영역을 제거합니다. 제거된 영역은 원하는 패턴을 구현할 수 있습니다. 화학 반응을 통해 특정 영역을 선택적으로 제거함으로써 미세하고 정확한 패턴을 구현하는 데 큰 역할 합니다. 온도나 공정 방식 등의 조건 변화를 통해 식각 속도와 식각량을 조절할 수 있습니다.

습식 식각 공정의 장점

그렇다면, 습식 식각 공정을 반도체 공정에서 활용하는 이유가 있겠지요, 습식 식각 공정의 장점을 한번 살펴보도록 하겠습니다.

 

1) 높은 온도 및 높은 압력의 조건이 필수적이지 않아서 특정 물질의 화학반응을 안정적으로 유도할 수 있습니다. 이는 특정 영역을 선택적으로 제거하여 미세 패턴을 구현하기에 적합합니다.

 

2) 복잡하고 여러 층으로 구성된 소자에서 원하는 구조를 유지하며, 화학 반응을 통해 제어하기 용이합니다.

 

3) 비용이 상대적으로 낮으며, 웨이퍼를 대량 생산(높은 생산성)할 수 있는 아주 효율적인 방법입니다.

 

4) 응용 분야의 다양성이 존재하며, 반도체뿐만 아니라 디스플레이, 센서 등에서도 중요한 역할을 합니다. 이러한 이유로 인해 습식 식각 공정은 반도체 제조를 하는 데에 있어서 필수적인 요소라고 할 수 있습니다.

습식 식각 공정의 단점

습식 식각 공정이 반도체 제조 공정에서 필수적으로 사용되고 있지만, 장점만 있는 것은 아니죠. 단점도 몇 가지 말씀드리겠습니다.

 

1) 일부 습식 식각 공정은 공정 속도가 상당히 제한적일 수 있습니다. 화학적인 반응 시간에 따라 공정이 진행되기 때문에 때로는 공정 시간이 많이 지연될 수 있습니다.

 

2) 화학적인 오염을 발생시킬 수 있습니다. 표면에 남은 화학물질이 다음 공정에 영향을 줄 수 있는 가능성이 있습니다.

 

3) 웨이퍼 표면에서 제거되지 않은 화학 물질 일부가 침식되어 미세 패턴을 유지하는데 문제를 일으킬 수 있는 가능성이 있습니다.

습식 식각 공정의 단점 개선을 위한 노력

위와 같은 단점을 개선하기 위해 기업 및 학교에서는 여러 가지 노력을 하고 있는데, 어떤 것들이 있는지 한번 살펴보도록 하겠습니다.

 

1) 빠른 화학 반응 속도를 유발할 수 있는 물질을 연구 및 개발하여, 공정 시간을 단축해 생산성을 높이려고 노력하고 있습니다. 이는 비용 절감의 효과도 나타날 수 있습니다.

 

2) 친환경적인 화학약품을 개발하여, 공정 환경 개선을 유도하고, 다음 공정에 영향을 끼치지 않도록 안정성에 기여합니다.

 

3) 특정 영역을 선택적으로 공정할 수 있는 높은 선택비를 가진 물질을 연구 및 개발함으로써 화학 반응이 끝난 물질의 침식을 방지하며, 미세 패턴을 유지하는 데 큰 역할을 할 수 있도록 합니다. 이러한 개선 노력은 제품의 품질과 성능을 향상하는 데 기여하고 있습니다. 반도체 업계에서는 지속해서 더 나은 기술 발전을 위해 연구하며, 단점을 극복하고 있습니다.

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건식 식각 공정은 무엇인가?

건식 식각 공정 또한 습식 식각 공정과 같이 반도체 제조 공정에서 활용되는 공정 중 하나에 속하며, 현재 반도체 소자의 특정 영역을 선택적으로 제거하는 데 활용되고 있습니다. 다만 건식 식각 공정은 화학 가스를 활용하여 반도체 표면의 물질을 제거하는 방식을 따릅니다.

 

이 방식은 반도체 소자의 더욱 정밀한 제어를 가능하게 하며, 미세 패턴을 형성하는 데 적합하고, 고해상도 및 높은 선택비가 있어야 하는 분야에서 사용됩니다. 건식 식각 공정의 가장 큰 특징은 플라스마를 생성하여, 웨이퍼 표면의 물질을 제거하게 됩니다. 화학 용액을 사용하지 않는다는 점에서 습식 식각 공정과의 차이점을 확인 할 수 있습니다.

건식 식각 공정의 장점

1) 건식 식각 공정은 식각의 방향성 제어가 가능합니다. 플라스마의 방향성을 조절하여 원하는 패턴의 방향으로 식각을 유도할 수 있는 큰 장점이 있습니다.

 

2) 식각의 속도 면에서 빠른 속도로 작용하며, 이는 높은 생산성에 기여합니다.

 

3) 높은 선택비를 가지고 있어서 습식 식각 공정과 마찬가지로 원하는 패턴을 구현할 수 있도록 도움을 줍니다. 이러한 이유로 인해 건식 식각은 습식 시가는 별개로 반도체 제조를 하는 데에 있어서 또한 필수적인 요소라고 할 수 있습니다.

건식 식각 공정의 단점

1) 건식 식각 공정은 높은 에너지를 가진 플라스마를 사용하다 보니, 계획했던 소자의 치수가 불규칙하게 나타날 수 있는 가능성이 있습니다.

 

2) 플라스마를 이용한 공정이다 보니 웨이퍼 표면에 물리적인 손상을 초래할 수 있습니다. 이는 소자의 동작 특성에 악영향을 끼칠 수 있는 가능성이 있습니다.

 

3) 회로가 고도화될수록 공정이 어려워지고, 어려운 공정을 해내기 위해서 스펙에 맞는 설비를 유지하는데, 투자 비용이 커질 수 있습니다.

건식 식각 공정의 단점 개선을 위한 노력

건식 식각 공정이 가진 단점을 개선하기 위해 기업 및 학교에서는 여러 가지 노력을 하고 있습니다. 

 

1) 물리적인 손상을 줄이기 위해 저온에서 공정을 진행할 수 있도록 공정개발을 진행하고 있습니다. 이는 변동성이 높은 온도를 낮추어 상대적으로 변동성이 적은 온도에서 치수를 더욱 규칙적으로 만들기 위한 노력을 합니다.

 

2) 플라스마의 안정성을 높이기 위한 제어 기술을 개발하고 있으며, 정밀 제어를 통해 더욱 미세해지는 패턴에 대응할 수 있습니다.

 

3) 습식 식각 공정과 마찬가지로 친환경적인 가스를 사용하여, 공정 환경 개선을 유도합니다.