반도체 제조 공정에서는,에칭기술은 기판에서 원하지 않는 물질을 정밀하게 제거하여 복잡한 회로 패턴을 형성하는 데 사용되는 중요한 프로세스입니다. 이 기사에서는 두 가지 주류 에칭 기술인 용량 결합 플라즈마 에칭(CCP)과 유도 결합 플라즈마 에칭(CCP)을 자세히 소개합니다.ICP) 다양한 재료 에칭에 대한 응용을 탐구합니다.
용량 결합 플라즈마 에칭(CCP)
CCP(Capacitively Coupled Plasma Etching)는 정합기와 DC 차단 커패시터를 통해 두 개의 평행판 전극에 RF 전압을 적용함으로써 달성됩니다. 두 전극과 플라즈마는 함께 등가 커패시터를 형성합니다. 이 과정에서 RF 전압은 전극 근처에 용량성 외장을 형성하고, 전압의 급격한 진동에 따라 외장의 경계가 변경됩니다. 전자가 빠르게 변화하는 피복에 도달하면 반사되어 에너지를 얻습니다. 이는 다시 가스 분자의 해리 또는 이온화를 촉발하여 플라즈마를 형성합니다. CCP 에칭은 일반적으로 유전체와 같이 화학적 결합 에너지가 높은 재료에 적용되지만 에칭 속도가 낮기 때문에 미세한 제어가 필요한 응용 분야에 적합합니다.
유도 결합 플라즈마 에칭(ICP)
유도 결합 플라즈마에칭(ICP)는 교류 전류가 코일을 통과하여 유도 자기장을 생성하는 원리를 기반으로 합니다. 이 자기장의 작용으로 반응 챔버의 전자는 유도된 전기장에서 가속되고 계속 가속되어 결국 반응 가스 분자와 충돌하여 분자가 해리되거나 이온화되어 플라즈마를 형성합니다. 이 방법은 높은 이온화 속도를 생성할 수 있고 플라즈마 밀도와 충격 에너지를 독립적으로 조정할 수 있으므로ICP 에칭실리콘, 금속 등 화학 결합 에너지가 낮은 재료의 에칭에 매우 적합합니다. 또한 ICP 기술은 더 나은 균일성과 에칭 속도를 제공합니다.
1. 금속 에칭
금속 에칭은 주로 인터커넥트 및 다층 금속 배선 처리에 사용됩니다. 요구 사항에는 높은 에칭 속도, 높은 선택성(마스크 층의 경우 4:1 이상, 층간 유전체의 경우 20:1 이상), 높은 에칭 균일성, 우수한 임계 치수 제어, 플라즈마 손상 없음, 잔류 오염물 감소 등이 포함됩니다. 금속에 부식이 없습니다. 금속 에칭은 일반적으로 유도 결합 플라즈마 에칭 장비를 사용합니다.
•알루미늄 에칭: 알루미늄은 칩 제조의 중간 및 뒷단계에서 가장 중요한 와이어 재료로 저항이 낮고 증착이 용이하며 에칭이 용이하다는 장점이 있습니다. 알루미늄 에칭은 일반적으로 염화물 가스(예: Cl2)에 의해 생성된 플라즈마를 사용합니다. 알루미늄은 염소와 반응하여 휘발성 염화알루미늄(AlCl3)을 생성합니다. 또한 SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3 등과 같은 다른 할로겐화물을 추가하여 알루미늄 표면의 산화물 층을 제거하여 정상적인 에칭을 보장할 수 있습니다.
• 텅스텐 에칭: 다층 금속 와이어 배선 구조에서 텅스텐은 칩의 중간 부분 배선에 사용되는 주요 금속입니다. 불소계 또는 염소계 가스는 금속 텅스텐을 에칭하는 데 사용될 수 있지만, 불소계 가스는 산화규소에 대한 선택성이 떨어지는 반면 염소계 가스(예: CCl4)는 더 나은 선택성을 갖습니다. 일반적으로 높은 에칭 접착제 선택성을 얻기 위해 반응 가스에 질소를 첨가하고, 탄소 증착을 줄이기 위해 산소를 첨가합니다. 염소계 가스로 텅스텐을 에칭하면 이방성 에칭과 높은 선택성을 얻을 수 있습니다. 텅스텐의 건식 에칭에 사용되는 가스는 주로 SF6, Ar 및 O2이며, 그 중 SF6는 플라즈마에서 분해되어 불소 원자를 제공하고 텅스텐은 화학 반응을 통해 불화물을 생성할 수 있습니다.
• 질화티타늄 에칭: 질화티타늄은 하드 마스크 재료로서 이중 다마신 공정에서 기존의 질화규소 또는 산화물 마스크를 대체합니다. 하드마스크 오프닝 공정에서는 질화티타늄 에칭이 주로 사용되며, 주요 반응생성물은 TiCl4이다. 기존 마스크와 low-k 유전체층 사이의 선택성은 높지 않아 low-k 유전체층 상단에 호 모양 프로파일이 나타나고 에칭 후 홈 폭이 확장됩니다. 증착된 금속 라인 사이의 간격이 너무 작아서 브리지 누출이나 직접적인 파손이 발생하기 쉽습니다.
2. 절연체 에칭
절연체 에칭의 대상은 일반적으로 이산화규소나 질화규소와 같은 유전체 재료로, 서로 다른 회로층을 연결하는 콘택홀과 채널홀을 형성하는 데 널리 사용됩니다. 유전체 식각은 일반적으로 용량 결합 플라즈마 식각 원리에 기초한 식각 장치를 사용합니다.
• 이산화규소 필름의 플라즈마 에칭: 이산화규소 필름은 일반적으로 CF4, CHF3, C2F6, SF6 및 C3F8과 같은 불소를 함유한 에칭 가스를 사용하여 에칭됩니다. 식각 가스에 포함된 탄소는 산화물층의 산소와 반응하여 부산물인 CO, CO2를 생성하여 산화물층의 산소를 제거할 수 있습니다. CF4는 가장 일반적으로 사용되는 에칭 가스입니다. CF4가 고에너지 전자와 충돌하면 다양한 이온, 라디칼, 원자 및 자유 라디칼이 생성됩니다. 불소 자유 라디칼은 SiO2 및 Si와 화학적으로 반응하여 휘발성 사불화규소(SiF4)를 생성할 수 있습니다.
• 실리콘 질화막의 플라즈마 에칭: CF4 또는 CF4 혼합 가스(O2, SF6 및 NF3 포함)를 사용한 플라즈마 에칭을 사용하여 실리콘 질화막을 에칭할 수 있습니다. Si3N4 필름의 경우 CF4-O2 플라즈마 또는 F 원자를 포함하는 기타 가스 플라즈마를 에칭에 사용하면 질화규소의 에칭 속도는 1200Å/min에 도달할 수 있고 에칭 선택비는 20:1까지 높아질 수 있습니다. 주요 제품은 추출이 쉬운 휘발성 사불화규소(SiF4)입니다.
4. 단결정 실리콘 에칭
단결정 실리콘 에칭은 주로 STI(Shallow Trench Isolation)를 형성하는 데 사용됩니다. 이 공정에는 일반적으로 획기적인 공정과 주요 에칭 공정이 포함됩니다. 획기적인 공정은 SiF4 및 NF 가스를 사용하여 강력한 이온 충격과 불소 원소의 화학적 작용을 통해 단결정 실리콘 표면의 산화물 층을 제거합니다. 메인 에칭에서는 브롬화수소(HBr)를 메인 에칭액으로 사용합니다. 플라즈마 환경에서 HBr에 의해 분해된 브롬 라디칼은 실리콘과 반응하여 휘발성의 사브롬화규소(SiBr4)를 형성하여 실리콘을 제거합니다. 단결정 실리콘 에칭은 일반적으로 유도 결합 플라즈마 에칭 기계를 사용합니다.
5. 폴리실리콘 에칭
폴리실리콘 에칭은 트랜지스터의 게이트 크기를 결정하는 핵심 공정 중 하나이며, 게이트 크기는 집적회로의 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 폴리실리콘 에칭에는 좋은 선택비가 필요합니다. 염소(Cl2)와 같은 할로겐 가스는 일반적으로 이방성 에칭을 달성하는 데 사용되며 좋은 선택비(최대 10:1)를 갖습니다. 브롬화수소(HBr)와 같은 브롬 기반 가스는 더 높은 선택비(최대 100:1)를 얻을 수 있습니다. HBr과 염소 및 산소의 혼합물은 에칭 속도를 증가시킬 수 있습니다. 할로겐 가스와 실리콘의 반응 생성물이 측벽에 증착되어 보호 역할을 합니다. 폴리실리콘 에칭은 일반적으로 유도 결합 플라즈마 에칭 기계를 사용합니다.
용량 결합 플라즈마 에칭이든 유도 결합 플라즈마 에칭이든 각각 고유한 장점과 기술적 특성을 가지고 있습니다. 적합한 에칭 기술을 선택하면 생산 효율성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 최종 제품의 수율도 보장할 수 있습니다.
게시 시간: 2024년 11월 12일