9일차의 반도체 강의에서는 Etching 과 Plasma에 대해 설명해주셨습니다.
Etching 공정은 기본적으로 불필요한것을 제거하는 공정으로 주요인자로는 식각률=속도(Etch rate, Etching두께/Etching속도), 선택비(Selectivity, Target 물질의 Etching두께/ 기타물질의 Etching두께), 균일도(Uniformity) , 방향성 (Anisotropy, 1-Ve/Vc) 이 있습니다.
크게 Etching은 Wet과 Dry 방법이 있습니다. Wet의 경우 Chemical 방식이며 비용이 적게 들며 속도가 빠르고 선택비가 높다는 장점이 있지만 isotropy 하고 표면장력에 의해서 작은 미세 패턴의 에칭이 불가능하고 오염이 될 가능성이 있다는 단점이 있습니다. Dry의 경우 Chemical방식 , Physical 방식, 두가지를 합친 방식이 있으며 Anisotropy( 원하는 방향으로만 에칭 가능) 하고 미세 페턴 에칭이 가능하다는 장점이 있지만 비용이 많이들고 속도가 느리고 선택비가 낮다는 단점이 있습니다.
Wet 에칭은 Etchant와 Target 물질의 화학 반응을 통한 에칭으로 isotropic(등방성)한 성질 때문에 원하지 않는 부분까지 다 에칭하게 됩니다. Dry 에칭은 Ion의 가속/충돌을 이용한 물리적 방식, 반응성 기체를 이용한 화학적 방식, 이 둘을 합친 방식이있습니다. 물리적인 방식인 Sputtering은 에너지를 가진 이온으로 타겟의 표면을 파괴시키는 방식입니다. 장점은 어떤 물질도 에칭이 가능하지만 동시에 단점으로 다 에칭하기 때문에 선택비가 매우 낮습니다. 화학적인 방식은 Plasma Etching으로 반응성을 가진 Etchant를 Plasma화하여 반응성을 향상시킵니다. Wet에칭과 비슷한 화학적 방식으로 장점은 높은 선택비이고 단점으로는 isotropic 한 에칭을 하게됩니다. 물리적 화학적 방식을 합친 RIE는 이온의 충돌을 통한 물리적 에칭과 반응성을 가진 Etchant를 Plasma 한 화학적 방식을 합쳐 물리적 에칭과 Radical의 반응을 촉진시킵니다. 이의 경우 Anisotropic한 에칭이 가능하게 되고 공정 미세화가 가능하고 속도가 빠르며 높은 선택비를 가집니다.
Plasma의 경우 기체에서 에너지를 받아서 각각의 부분은 극성을 띄고 있지만 전체적으로는 중성인 제4의 물질입니다.열에너지가 아닌 전압을 가해서 플라즈마를 발생시킵니다. 이때 전극 사이에서 발생하는 충돌로는 이온화 충돌, Excitation, 탄성충돌, 전하전이가 있습니다. 파셴곡선의 경우 Plasma 발생 전압과 전극의 간격, 기체 압력사이의 관계를 설명한 그래프로 나이키 모양의 그래프입니다. 압력이 낮을경우 전극 사이의 거리가 멀어져 많은 전압을 걸리게 되고 압력이 커질수록 적은 전압을 요구하다가 압력이 일정이상으로 커지게 되면 전극 사이의 거리가 너무 촘촘해져서 이온화 충돌이 일어나지 않기 때문에 많은 전압을 가해야 충돌이 발생하게 됩니다.
DC 방식의 경우 두 전극 사이에 기체를 주입한 후 낮은 압력에서 직류 전압을 사용합니다. AC 방식은 전극에 교류 전압을 인가하면 반주기 전압이 방전개시 전압보다 커지게 되면서 플라즈마가 발생하게 됩니다.
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