Dry etch

• 1. Wet etch and dry etch

• 2. Wet etch and dry etch의 장.단점

• 3. Dry etch의 종류

• 4. Plasma etch의 특성

• 5. Dry etch에서 고려하여야 할 점

• 6. Film etch

• 6.1 Si etch

• 6.2 SiO2 etch

• 6.3 Si3N4 etch

• 6.4 Al etch

• 6.5 Silicide etch

• 7. Etch의 문제점

1. Wet etch and dry etch

• Wet etch; 등방성 식각Lateral etch = Vertical etch

• Dry etch; 비등방성 식각Lateral etch와 Vertical etch가 같지 않음

2. Wet etch and dry etch의 장.단점

Wet etch dry etch

장점 Chemical용액을 사용하여

Selectivity가 높다.

Uniformity가 높다

정밀도가 높다.

단점 Uniformity가 낮다

정밀도가 낮다.

다량의 공정처리가 어렵다.

공정장비가 비싸다.

3. Dry etch의 종류

1. RIE (reactive ion etch)

2. Sputter etch

3. RIBE (reactive ion beam etch)

4. HDP (high density plasma etch)

***일반적으로 Dry etch는 plasma assisted etch

4. Plasma etch의 특성

1. 미세 pattern가능

2. 오염방지

3. PR마스크 이용

4. Uniformity가 좋음

5. Etch 시간단축

• Plasma etching

-RF전원의 anode 결합 방식

-주로 라디컬과 시료의 화학 반응에 의해 etching이 수행된다

-일반적으로 F를 함유한 가스 플라즈마를 이용

Plasma etching 장치

평행판 전극, 가스 유입관 및배출관 등으로 구성되어 있고, 13.56 MHz의 RF 신호를 사용

• 반응성 이온 etching- RF전원을 capacitor를 달아서 시료를 위에 접속한 cathode 결합 방식

- 문제점; DC바이어스로 가속된 이온에 의해 기판이 손상 받기 쉬움

RIE 장치

플라즈마 발생관, 상.하위 전극, 가스유입및 배출관 등으로 구성되어 있다.

• 이온 빔 etching

-이온 빔 방식은 플라즈마 발생부와 처리실을 분리하여,

그 중간에 이온인출용 전극을 설치

- 이온 beam의 전류가 작기 때문에 etching 속도가 작고,

적용 범위가 한정되어 있음

5. Dry etch에서 고려하여야 할 점

1. Safety

2. Etch rate

3. Etch damage

4. Etch selectivity

5. Charge contamination

6.1 Si etch

A. Etch gas - Cl2, CCl4, CF2Cl2, CF3Cl - 위 개스들과 inert gas(Ar, He) 들과의 혼합- Cl-based 개스는 에칭속도가 느려 C2F6, SF6와 같은F-based 개스를 첨가한다.

B. Selectivity - SiO2; 10 - 50 - Si3N4; 5 – 10

C. Sidewall 형성- Cl기가 PR과 반응하여 polymer 형성- O기가 첨가되면 oxide 층의 sidewall 형성

6.2 SiO2 etch

A. Etch gas - F-deficient gas 사용- Cl-based gas는 사용되지 않음- 일반적으로 사용되고 있는 gas; CF4/H2, CHF3, C2F6

B. 박막 종류와 에칭속도- CVD oxide의 에칭속도가 thermal oxide보다 높다. - 옥사이드의 도핑농도에 따라 에칭속도가 다르다.

C. Si와의 selectivity - 보통 10 이상의 selectivity를 가짐

6.3 Si3N4 etch

• Etch gas; CF4 + O2 + CBrF3, CH2F2, CHF3, SF6

• F의 Si3N4 etching - Isotropic 에칭- N이 F와 반응하여 NF3를 형성하고, 이는 F의 농도를 낮춘다.

• FCl (interhalogen molecule)은 전혀 SiO2를 에칭하지 않고, Si3N4를선택적으로 에칭

• PECVD에 의해 형성된 nitride는 LPCVD에 의해 형성된 nitride에 비해 etch rate가 크다. 수소는 N, C와 반응하여 휘발성 물질인 HCN의 형성을 촉진하고, 이는 polymer 형성을 감소 시킨다.

6.4 Al etch

• Etch gas -Cl-based 개스 사용; Cl2, CCl4, BCl3 -Etching product; Al2Cl6(저온), AlCl3(고온) -F-based gas는 dry etch에서는 사용되지 않음

• Etching시의 유의점

가. Al chloride

- 산소 및 습기와 잘 반응

- PR를 열화 시킴

나. Gas contamination에 의한 에칭 속도 변화

- Al 및 Al chloride는 Cl-based gas는 산소 및 습기와

잘 반응하여 chamber 내의 산소 및 습기의 농도에 따라

에칭속도가 변함

다. PR degradtion

- Al chloride가 PR을 열화 시킨다

- 해결책; gas flow rate 증가

라. Corrosion

- 에칭후 남아있는 chlorine 개스는 수소와 반응

HCl을 형성하여 Al 부식시킴

- 해결책; Al표면에 Al2O3또는 AlF3 막을 기른다

마. Al alloy Etching

- Al-Cu에칭후, Cu residue가 남음

- CuClx는 sputtering에 의한 제거가 필요

• Al 식각의 문제점

- 경사면에서의 반사----> 과소 노출

- PR의 일어남; hard bake 온도, 대류식 오븐 사용

- Snow ball 형성; spray etch

• PSG 식각의 문제점

-식각후 세척 과정에서 Al pad 식각

-서로 독립된 세척용기 사용

-전기화학적 gate형성- pad 식각

6.5 Silicide etch

• Etching gas- WSi2; CCl2F2 - TiSi2; CCl4 + O2

- MoSi2; CCl4 + O2 - TaSi2; Cl2 = CF4

Etching 요구 조건- Good vertical etch profile

- Good selectivity over oxide ( > 10 )

- Etch rate of silicide 는 polysilicon의 etch rate 과 거의 비슷

• Etching할 필름 구조- polycide; gate oxide – poly – silicide

- Interconnection; IMD-silicide

• F-based 개스 사용의 문제점- F-sufficient 개스; n-poly나 silicide에 undercut 발생

- F-deficient 개스; oxide에 대한 selectivity가 낮음

• Silicide/ polysilcon etching

• 현재의 MOSFET 소자의 경우, gate 물질은 저항을 감소하기 위해서 silicide (TiSi2 or CoSi2 or NiSi2)를 많이 이용함.

• Gate 전극 etching의 요구사항은 gate oxide와의 good selectivity 및anisotropic etching 임.

• (gate oxide etching시 선택비 ~ 150 이상)

• 해결책: Multi-stage etching recipe,

Low-pressure and power etching.

7. Etch의 문제점

• 1. 얼룩 식각

- 가장자리가 색갈이 변하고, 계속 식각하면 undercut 발생

- 원인 ; 잔존 resist, 기포형성

- Resist제거 불충분 원인; * 현상시 세척 불충분

* 높은 soft bake 온도

• 2. PR이 일어남

- 원인; 부족한 HMDS, 과소 노출

- 해결책; PSG위에 undoped SiO2

EPD (End point detection)

• Discharge Impedance- 가장 쉬운 방법이나, etch product가 impedance에 영향을 줌

- 시간에 따라 전압변화의 시작점 및 끝점이 선명하게 나타남

• Laser Interferometry- Transparent-opaque interface

- Opaque-opaque interface; wafer의한정된 영역만 모니터

2nd cosΘ = mλ

• Emission Spectroscopy- Etch product emission monitoring

- Etch gas emission monitoring

* 시간에 따라 product나 gas변화의 시작점 및 끝점이

선명하게 나타남

• 일반적으로 dry etching은 chemical etching에 비해서 under layer film과의 선택비가 적음.

• Etching 장비는 공정이 종료되어야 하는 시점에 대한 결정을 할 수 있도록 장치가 설치되어야 함.

- Wafer 표면에 위에 언급된 장치를 이용하여 공정 monitor 및 EPD를 결정함.

- Laser interferometry는 공정 동안에 wafer의 thin film에서 반사.

반사되는 laser light는 film의 transparent/opaque 경계층에서 위상 간섭에 의해서oscillation 함.

(oscillation이 일어나기 위해서는 thin film은 광학적으로 투명하거나 반투명상태 이어야 함)

질문

1. Wet etch는 ( ) 식각이 이루어지고, Dry etch는 ( ) 식각이 이루어진다.

2. Al의 dry etch gas는 ( ) based 개스를 사용한다

• 답안

1. 등방성, 비등방성

2. Cl