반도체 공정에서 세정 다음으로 중요한 공정은 단연 에칭공정이다. 에칭은 다양한 패턴과 회로의
직접도를 향상시키는 중추 기술이며 더욱더 세밀한 컨트롤을 요구하고 있습니다.
<출처:https://www.skcareersjournal.com/194>
위와 같이 식각이란 산화막과 웨이퍼를 적절하게 화학적으로 제거하는 방법이다. 최근 반도체 공정들은 더욱더 미세한 패턴과 좁은 회로선 폭으로 인하여 건식식각 기술에 대한 도전이 심화되고 있습니다.
이에 사용되는 가스들에 대해서 알아봅시죠.
대표적인 F계열 가스
| 가스 이름 | 내용 |
| CF4 (테트라플루오르메탄) | 산화 물질 제거 및 실리콘 완전 층의 피막 제거에 사용됩니다. 고체 물질을 기체로 변환시키는 역할을 하며, 이는 실리콘 원판의 표면을 정제하는 데 도움됨 |
| SF6 (황화합이드로플루오라이드) | 에칭(부식) 과정에서 사용되며, 실리콘 원판의 표면을 정밀하게 패턴화하는 데 활용 |
| NF3 (니트로젠 트라이플루오라이드) | NF3는 산화된 실리콘 표면의 정제 및 피막 제거에 사용 |
| C2F6 (헥사플루오르에테인) | 에칭 프로세스에서 사용되며, 반도체 디바이스의 정밀한 패턴을 형성하는 데 기여 |
CF4 + Si 반응식
CF4(g)+Si(s)→SiF4(g)+C(s)
가장 대표적이 식각 가스로서 범용적으로 사용되고 있습니다.
이 반응에서, 카본(C)은 고체 상태로 생성되고, 실리콘 테트라플루오라이드(SiF₄)는 기체 상태로 생성됩니다. 이 반응은 카본 특히 실리콘을 플라즈마 CVD (Chemical Vapor Deposition) 공정에서 사용할 때 발생할 수 있습니다.
선택에 따라서 고체 카본을 제거 하기 위해서 Oxygen을 활용하여 CO2(g)로 제거됩니다.
SF6 + Si 반응식
SF6(g)+Si(s)→SiF4(g)+S2F4(g)
이 반응에서, 실리콘 플루오라이드(SiF₄)는 기체 상태로 생성되며, 디헥사플루오르다이써프라이드(S₂F₁₀)도 기체 상태로 생성됩니다.
모든 반응이 기체로 전환되기 때문에 부산물이 없는 편입니다.
NF3 + Si, SiO2 반응식
Si반응식: NF3(g)+Si(s)→SiF4(g)+N2(g)
SiO2 반응식: SiO2(s)+6NF3(g)→SiF4(g)+3N2(g)+3F2(g)
NF3 가스는 실리콘과 반응하여 산화 및 피막 제거의 역활을 수행합니다. 이 반응은 주로 반도체 공정에서 산화된 실리콘 표면을 정제하거나 피막을 제거 하기 위해서 사용됩니다.
일반적으로 NF₃는 SiO₂와 더 잘 반응하는 경향이 있습니다.
NF₃는 산화된 실리콘인 SiO₂를 효과적으로 에칭하는 데 사용됩니다. 주로 실리콘 옥사이드나 실리콘 나노파티클의 표면에서 이루어지는 피막 제거 과정에서 활용됩니다. Si와의 반응도 일어나지만, SiO₂에 대한 선택성이 높기 때문에 주로 SiO₂의 제거에 중점이 둔다고 볼 수 있습니다.
Si 소재는 매우 안정된 물질로 NF3와 직접 반응은 제한적입니다. 하지만 SiO2는 매우 직접적인 반응을 보입니다.
이를 보았을 NF3 가스가 Si 소재 식각에 끼치는 영향력은 화학적으로 낮습니다.
C2F6 + Si 반응식
C2F6(g)+Si(s)→SiF4(g)+CF4(g)
이 반응에서는 실리콘 플루오라이드(SiF₄)와 테트라플루오로메탄(CF₄)가 생성됩니다.
위에 CF4와의 차이점이라고 한다면 생성되는 C의 양이 두배라는 점입니다. 공정의 성격이나 특징을 고려하여
선택적으로 사용가능합니다.
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정윤호 매니저님이 문의주신 내용입니다.
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