앞서 소개드린 여러가지 반도체 공정이 모두 어려운 기술들이지만 그 중에서도 단연 가장 어려운 공정으로 뽑히는 것이 식각공정입니다.
식각이라는 용어 자체가 업계를 경험하지 않은 분들께는 매우 생소할 수 있는데요, 영어로는 etch라고 하며 깎아내는 것을 의미합니다.
보통은 포토 공정을 통해 밑그림을 그린 상태에서 이 식각 공정을 통해 원하는 형대로 웨이퍼를 깎아 내리는데요, 밑그림의 형태 뿐만아니라 깎여나가는 깊이 또한 매우 중요하기 때문에 이 식각 공정의 난이도가 매우 높아집니다.
습식식각
식각은 반도체 뿐만 아니라 디스플레이에서도 매우 중요한 공정 단계인데요, 현대의 미세패턴이 필요한 반도체와 달리 조금은 패턴 및 원장의 크기가 큰 디스플레이의 경우 건식뿐만 아니라 습식식각이 매우 중요합니다.
습식식각은 식각용액과 식각의 대상이 되는 물질간의 화학반응을 통해 원하는 패턴대로 녹여낸다고 이해할 수 있습니다.
에를 들어 바탕 스케치가 된 어떤 막질을 염산에 담그게 된 상황을 가정하면, 그 막질이 염산과 반응해 씻겨 나간다는 가정 하에 밑그림의 형태가 그대로 막질로 전사될 것입니다.
이때는 담그는 시간과 염산의 농도 등에 따라 얼마만큼의 깊이로 식각이 될지 결정되게 될 것입니다.
또한 포토공정을 통해 PR로 그린 바탕그림이 있다고 해도 염산이 아래에서 깊이방향 뿐만아니라 좌우로 확산되면 원하는 그림의 선폭이 줄어드는 영향도 있을 것입니다.
건식식각
위에서 다룬 습식식각과 달리 최근의 반도체 공정에서 식각이라 하면 99.9% 건식식각을 지칭하는 것으로 이해할 수 있습니다.
습식과 달리 건식식각은 플라즈마를 이용해 입자를 표면으로 보내 화학적, 물릭적으로 깎아내는 방식입니다.
때문에 습식과 달리 진공챔버 안에 특정 가스를 주입한 후 고압의 전압을 걸어주어 플라즈마를 형성하고, 이렇게 형성된 플라즈마의 이온이 표면쪽으로 직진하도록 하여 식각이 일어나는 방식입니다.
습식의 경우 바탕그림 아래쪽에서 좌우로도 용액이 확산되어 선폭이 가늘어지는 것과 달리, 건식의 경우 식각의 직진성이 매우 높아 바탕그림 그대로 더 깊이 파고 내려갈 수 있다는 장점이 있습니다.
반도체 업계에서는 이렇게 깊이를 파고 내려갈 때 면적대비 깊이 즉, 종횡비(aspect ratio)를 크게 키운 공정들이 자주 등장하게 되는데, 이를 위해서도 습식보다는 건식이 더 적합하다는 것을 알 수 있습니다.
다만 종횡비가 계속적으로 높아질면 건식식각이라 하더라도 깊이에 갇힌 플라즈마 이온들이 빠져나오지 못하면서, 어느 선에서 식각한계에 도달하게 됩니다.
또한 재차 말씀드리는 것처럼 밑바탕이 되는 포토 공정이 고도화되면서 패턴의 폭이 점차 줄어들면서 세대가 거듭할수록 패턴 면적자체도 줄어들게 되어 갈수록 이 식각 공정이 어려워지는 것입니다.
이번 글에서는 식각 공정에 대해 정성적으로 알아보았습니다. 해당 공정을 반도체 측면에서 자세히 기술하기 위해서는 건식식가에 대해 따로 시리즈 글을 연재해야할 만큼 내용이 많아 일단 이번 글에서는 정성적인 측면만 다뤘습니다.
건식식각의 구체적인 내용에 대해서는 추후 플라즈마 및 진공 등 기초적인 개념부터 다시 다룰 수 있도록 하겠습니다.
