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사진 및 식각 공정

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Academic year: 2022

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(1)

사진 및 식각 공정

I. 감광제 이론

II. 스핀 코팅, 소프트 베이크, 현상, 하드 베이크 III. 노출공정

IV. 크기 조절 및 검사 V. 현상 검사와 문제점

VI. 정상파 문제와 빛의 반사 VII. 적외선 베이크

VIII. 습식 식각

IX. 건식 식각

(2)

1. 종류

1) 양성 감광막 2) 음성 감광막

2. 역사

1) 이집트 미라

2) PC보드를 위한 음성 감광막(Kodak) (1) KMER(Kodak Metal Etch Resist) (2) KTFR(Kodak Thin Film Resist) 3) AZ계열 양성 감광막(Shipley)

4) HR계열 음성 감광막(Hunt Chemical)

(3)

3. 양성감광제

1) 다중체 ( novolac resin )

이중결합이 없으며 빛에 의한 변화도 없음.

점성의 변화에 관계하여 막의 특성에 관계.

2) 감응제 ( diazonaphthaquinone)

UV에 반응하여 물에 녹는 감광제로 변환.

3) 다중체와 감응제의 비: 2 ∼ 4

4) 용제: n-buthyl acetate + xylene + cellosolve acetate 5) 다중체 분자량

크면 scum을 남기고 적으면 두께가 얇아진다.

(4)
(5)

4. 음성감광제 구성

1) 구성요소 : 용제, 다중체, 감응제

(1) 용제 : 적절한 점도를 얻기 위한 용제

(2) 다중체 : 반복구조를 가진 분자들의 집합체 (3) 감응제 :

UV에너지를 받으면 다중체 분자배열의 변화를 도와 줌.

소량(1-2%)으로 노출시간 감소시킴

균일한 노출

(6)

2) 이중결합의 분해에 의한 고리형성 (1) 단고리 (monocyclic) 형성

10개의 탄소원자가 1개의 이중결합 (2) 쌍고리 (bicyclic) 형성

3개의 이중 결합 중 2개가 깨어져 다시 결합

15개의 탄소원자에 1개의 이중결합 (3) 물성의 변화 : 산과 알칼리에 저항력이 커짐 (4) 다중체 분자량 : 불포화 정도와 PR의 두께

(7)

<폴리 아이소프렌의 다중화를 위한 감응제, 아자이드>

(8)

5. 양성 및 음성 감광제의 비교

음성 양성

1) 산화막과의 접착도 좋음 나쁨

2) 분해능 >2µm <1µm

3) 막의 두께 얇아야 함 두꺼움

4) 핀홀 많음 적음

5) 산소와의 반응 반응 없음

6) scum의 형성 형성 없음

7) 노출관용도(시간) 좋음 나쁨

8) 현상관용도(시간과 온도) 좋음 나쁨

(9)

II. 스핀 코팅, 소프트 베이크, 현상, 하드 베이크

1. 웨이퍼 준비

Hexamethyldisilane (HMDS): NH3 생성

담그는 법 : 불순 물 오염 가능

스핀온 코팅법 : 자일레인 + 2%

HMDS

증기코팅법 : 높은 온도에서

시간이 소요 (70∼80℃,

5∼15분)

(10)

2. Wafer의 표면 형태

1) type I

세척 건조 후(H2O) 2) type II

100℃이상에서 건조 후

HMDS로 silanol 그룹 제거 가능

3) type III

600℃이상에서 가열하여 clean surface를 만들면

PR접착에 적합 <SiO2의 세 가지 표면 형태>

(11)

1) 필요한 두께와 두께 균일성 확보

점성계수, 다중체 함량, 스핀 가속도, 최종스핀 속도 2) 점성계수 : 16∼60 cps

3) 다중체 함량 : 균일성을 얻는데 점성계수보다 유리 4) 스핀가속도 : 균일도와 분포

5) 최종속도 : 균일도와 웨이퍼 가장자리 쌓임 6) 시간 : 10초 이상 스핀 필요

3. 스핀 코팅

wafer wafer

(12)

sequence spin speed (RPM) time(sec) 1.

xylene

2.

spin dry

3.

2% HMDS

4.

spin dry

5.

resist

6.

slow spin

7.

final spin

1,000 4,000

0 4,000

0 100 4~7,000

3sec 8 5 8 5 4 15 48 sec

<점성계수 28cps Waycoat HR로 8,000Å 두께의 감광막을 만드는 순서>

(13)

4. 소프트 베이크 (남은 용제10~20%제거)

1) 낮은 온도 : 과소노출에 의한 오렌지 껍질현상 (음성)

마스크와 웨이퍼의 접착(음성, 양성)

PR이 찢어짐(양성) 2) 높은 온도 :

스컴의 형성(음성)

감응제 분해→현상액에 PR용해(양성) 3) 장비 :

대류식 오븐

적외선 오븐

5. 현상

1) swelling, PR제거, wafer건조

(14)

3) 음성 PR 현상액 : 자일렌, Stoddard's용액 세척액 : n-butyl acetate

4) 방법 : 담그는 법(양성)

스프레이법(음성) : 500∼1000 RPM

5) 현상속도는 남아있는 막 두께에 관계(양성)

6. 하드 베이크 (현상 중에 흡수된 용제의 제거)

1) 높은 온도(150℃) : cross-linking증가와 접착도 증가 2) 2시간이상 지체하고 식각하지 말 것

3) 질소 및 산소분위기 모두 허용

4) 과도한 고온 및 너무 긴 시간 : puddling, flow, 감광막제거 곤란

5) 적정온도 : puddling 온도보다 5∼10℃ 낮게

(15)

1.

노출 방법

1)

접촉식

초기방법

마스크에 결함생성

2)

근접식

접촉식에 비해서 마스크 열화가 억제됨

마스크와 웨이퍼 사이가 멀어질수록 상이 왜곡됨

3)

투사식

최근에 가장 널리 이용되는 방법

복잡한 렌즈 시스템이 요구됨

Step-and-repeat 방법을 이용한 stepper가 대표적임

마스크의 수명이 반영구적이나 장비가 고가임

III. 노출공정

(16)
(17)

2. 광학 이론

1)

해상도

사진공정에서 가장 중요함

임계치수 (critical dimension: CD): 최소의 선폭

k1: 공정 의존 상수

λ: 광원의 파장

NA: 개구수

CD k

1

NA

= λ

(18)

2) 개구수

n: 렌즈와 웨이퍼 사이 물질의 굴절율

θ: 렌즈 입사각의 반각

sin

NA = n θ

(19)

3) 초점 깊이 (DoF)

k2: 공정 의존 상수

λ: 광원의 파장

NA: 개구수

( )

2 2

DoF k

NA

= λ

(20)

4)

정렬 오차

각각의 레이어들이 서로 지정된 위치에 배치되어야만 높은 집적도의 구현이 가능함

5)

크기 제어

정의된 패턴들은 균일하고 재현성 있게 마스크 패턴을 복제해야 함

6)

공정 속도

대량 생산에서 중요한 문제임

(21)

3. 해상도 향상을 위한 방법

1)

개구수의 증가

θ 증가 -> 대구경의 렌즈가 필요함

n 증가 -> 침수사진공정이 필요함 (nwater = 1.43)

해상도의 증가를 위해 개구수를 증가시키게 되면 초점 깊이는 그보다 더욱 빠르게 감소하므로 미세한 패턴을

CD k

1

NA

= λ

sin

NA = n θ

(22)

2) 공정상수 k1의 감소

공정에 의해 k1이 결정되므로 감소가 어려움

최근에 off-axis illumination, phase shift mask등을 이 용하여 감소시킴

(23)

3) λ 감소

새로운 사진 마스크, 감광막, 노출장비가 필요하므로 기술적, 경제적 부담이 높음

g-line(436nm), h-line(405nm), i-line(365nm), KrF

excimer laser (248nm), ArF excimer laser (193nm),EUV (13nm) 순서로 개발이 진행됨

(24)

4) 새로운 방법의 도입

E-beam lithography

딥펜 (dip-pen)

자기 조립 (self-assembly)

나노임프린트 (nanoimprint)

<From Prof. Kwon, EE, SNU>

(25)

1)

에멀젼 마스크

• 2.5 m두께의 젤라틴을 유리판에 코팅

• 빛에 노출된 염화은이 부풀고 흑색으로 변함

• 한계 패턴치수 : 2.5 m

• 비용이 싸다 : 4″× 4″가격이 $4

• 10번 이상 쓸 수 없다

2)

경질 마스크

• Cr, Fe2O3, Si 박막을 유리에 형성

• 두께 : 1,500Å이하

• 크롬 : 불투명(자외선 및 가시광선), 반사계수가 큼

• 산화철, 실리콘 : 자외선 차단, 가시광선 통과, 크롬보다 내구 성이 큼, 산화철을 세척시 두께가 얇아짐

• 1 um 이하의 최소패턴이 가능함

• 200 번 이상 노출이 가능함.

(26)
(27)

제 4장. 크기 조절 및 검사

1. 임계치수 (critical dimension)

bipolar 소자 : 크기조절이 문제 안됨

metal gate MOSFET : 1st mask에서 S/D간격 조절

(5 μm 간격에 ±0.5 μm 조절)

3)

silicon gate MOSFET :

active mask와 poly gate mask

( ± 0.5 μm ~ ± 0.75 μm 크기조절 )

(28)

2. 노출에너지 곡선

마스크상의 패턴크기, 감광막두께, 기판의 종류가 동일할 때

PR치수– 마스크 치수에 대한 노출 에너지 관계

질화막, 산화막, 폴리 실리콘막에 따라 적용

알루미늄이나 청색에 가까운 산화막에의 적용 곤란.

(29)

Exposure Energy(2)

(30)

1)

마스크 평균 치수별 분류

2)

필요한 Spec. : PR치수 ± 치수오차

3)

마스크 치수 검사 : 마스크 치수 ± 0.5 μm

4)

마스크 크기별로 grouping → 노출 에너지 결정

3. 크기조절

(31)

Dimension Control(2)

(32)

1)

현상검사 : 모든 웨이퍼 검사

2)

식각검사 : 피식각막의 두께가 일정하면 sampling 검사

3)

최종검사 : PLY(photo limited yield)를 위한 data base 마련

PLY ( photo limited yield )

20 wafers

→ 5 wafer

→ 10 patterns / wafer

8 defects로 분류.

4)

마스크검사 : MLY(mask limited yield)를 위한 data base 마련.

마스크의 계속 사용여부의 판정.

☞ MLY ( mask limited yield )

20 chips / mask

4. 검사의 중요성

(33)

V. 현상검사와 문제점

1. 불균일한 감광제 도포

1) 현상 : 불규칙한 적, 녹색 색띠 2) 원인

(1) 감광제 부족 : 바깥쪽 둥근 색띠

(2) 진공에 의한 웨이퍼 굴곡 : 중앙 색띠

(3) 감광제내의 기포 : 웨이퍼 중심에서 방사선 색띠

☞ 감광제를 떨어뜨린 후 3~5초 기다림

3) 영향 :

두께의 ±10% 초과시 상의 크기가 달라짐 2. 스피드 보트

1) 현상 : 한 점에서 바깥쪽으로 보트 항적 2) 원인 : 불순물, 실리콘 chip, epi spike 등

(34)

3. 오렌지 껍질

1) 현상 : 오렌지 껍질 같은 반점 2) 원인 : 노출부족

노출에너지 부족

두꺼운 감광막

soft bake 부족

정상파 현상 3) 영향 :

PR두께가 얇아지고 핀홀이 생김

빛의 흡수에 의한 정렬이 곤란 4. 스컴

1) 현상 : PR이 없어져야할 부분에 찌꺼기가 남음

2) 원인 : 오존이나 산화 질소와의 반응, 과도한 soft bake

(35)

5. 접촉불량

1) 현상 : 가장자리 정의가 불분명, 모서리는 톱니모양 2) 원인 : 마스크와 웨이퍼의 접촉불량

전체적이면 aligner고장

부분적(중심)이면 과도압력에 의한 마스크 과도 휨

몇몇 웨이퍼이면 웨이퍼의 뒤틀림

같은 위치이면 오물에 의한 영향

3) 영향 : 패턴의 크기를 늘림. 임계치수 얻기가 불가능 6. 산화

1) 현상 : 과소 노출에 의한 색띠, PR이 얇아지거나 없어짐 2) 원인 : 노출시 불충분한 질소세척. 산소 농도의 불균일에 의한 감광막 두께 변화

(36)

7. 현상 불량

1) 현상 : 패턴의 가장자리가

(1) clear field mask 사용 시

청색 halo (2) dark field mask 사용 시

잔류 감광막

2) 원인 : 불량 현상액, 세척부족. 감광제가 포함된 현상액이 퍼져 생기는 현상

3) 영향 : 원하지 않는 잔류 감광막

식각 방해 8. 마스크 run

1) 현상 : 첫 번째 패턴과 두 번째 패턴이 양쪽으로 run 2) 원인 : 웨이퍼의 뒤틀림, 마스크상의 run, 오염물 3) 영향 : 심하면 버리고 rework하는 경우 오차를 양분하도록 조절한다

(37)

VI. 정상파와 빛의 반사

1. 정상파 현상

1) 입사파와 반사파의 현상 : 상쇄, 보강 2) 굴절율 : PR(1.55), 산화막(1.47)

3) 반사계수

4) Si/SiO2 경계면에서 정상파 peak까지 거리 : d

Ref. : D. F. Ilter and K. V. Patel, " Standing wave effects on photoresist

3 . n 0

n

n R n

2

1 2

1

2  ≈

 

+

= −

n 608 2

2) m 1

d (

1

λ =

= + Å for λ=3650Å

(38)

<Si/SiO2 경계면에서 100%를 가정하였을 때

SiO 와 감광막에서 일어나는 간섭현상> <감광막에서의 빛의 세기>

(39)

2. 정상파에 의한 현상

과소노출에 의해서 1) 오렌지 껍질 현상 2) PR이 일어남.

3) 여러 색의 할로 또는 색 띠

3. 정상파 현상을 피하는 법

1) 정상파를 일으키는 산화막 두께 2) 노출 에너지

3) PR두께

(40)

4. 알루미늄 반사

1) 반사조건

<알루미늄 경사면 에서의 빛의 반사>

2) 해결 방법

(1) 마스크 가장자리에 경사면이 오지 않게 설계 (2) 과소노출

(3) 과소 soft bake

(4) 낮은 알루미늄 반사계수

(41)

VII. 적외선 베이크

1. 적외선 베이크

1) 필요성 : in-line용, 높은 throughput 2) 방법 : 전도형, 대류형, 방사형(IR오븐) 3) 적외선 파장 : 0.75∼300 µm

4) 공정 변수

(1) 히터전력

(2) l amp와 wafer의 거리 (3) 콘베이어 속도

[표 8-1] 열원과 방사선 에너지

source temperature (℃)

radiant energy(%)

white source absorption(%) 0~1 µm 2~6 µm >6 µm

IR lamp 2200 60 35 5 30

(42)

2. IR 베이크의 영향

1) 확산, 산화, 금속 박막웨이퍼에 따라 2) IR 흡수계수가 다름

3) 온도 profile이 가장 중요한 data

4) 다른 종류의 wafer에 다른 IR oven 사용

(43)

3. IR 공정조건

1) 처리량과 콘베이어 속도 조정 2) gas flow 조정

3) wafer에 열전대를 부착하고 온도 profile 실험

수시로 check 해야함

4) puddling보다 10℃ 낮게 온도설정(hard bake) 5) baking전후의 패턴크기 측정(hard bake)

6) 위 과정을 wafer종류 및 PR두께에 따라 반복

(44)

1. 완충 용액 (buffered solution)

1)

HF

H+ +F-

2)

NH4F

NH4++F-

1) 에서 낮아진 PH를 2) 에서 보충 2. 종말점 (endpoint)

1) oxide : 물이 웨이퍼에서 sheet-off

hydrophilic(친수성)과 hydrophobic(척수성) 2) polysilicon : 색의 변화

3) aluminum : 기판색 3. 열산화막 식각

1) 22~30℃에서 800~1000Å/min

2) scribe line의 water sheet-off 1 : 10

~ 1 : 6 HF

: F

NH4 =

O H 2 SiF

HF 4

SiO2 + ⇔ 4 + 2

(45)

4.

PSG

1) P의 양에 따라 식각률이 다름

2) 1 µm 식각에 1~2 µm 수평 식각 (under-cut) 3) 절연층 식각:

4) 보호막 식각:

5) 종말점:

절연층에서는 아래가 Si 또는 poly-silicon

sheet off

보호막 아래가 Al

종말점 없음, 과도 식각 허용

5. 질화 실리콘

1) 155℃ 인산

산화막을 마스크로 사용 2) charge contamination과 세척의 어려움 3) 인산의 반응 형태

1 : 7 HF : F

NH4 =

1 : 5 : 6 F NH : COOH CH

: O

H2 3 4 =

3 1

4 2

4

3

PO H PO H , K 7.5 10

H

+ + = ×

8 2

2 4 4

2PO HPO H ,K 6.2 10

H + + = ×

(46)

4) 오염방지 : teflon, quartz 용기

5) H2O의 감소

질화막은 느리게 산화막은 빠르게 식각 비등점이 올라간다

6) 사용예 : 2000 ml 인산에 200 ml/day 물 첨가

155℃에서 40Å/min

7) 종말점이 없으므로 overetch 필요

1600Å 질화막 60분 etch.

6. 다결정 실리콘

1) 500∼1000Å의 열산화막 마스크 2) 산화막 식각 후 PR제거

3) 발열반응

웨이퍼를 흔들어 주든가 용액을 stirring 4) doped poly-silicon : under-cut 주의

1 : 80 : 20

~ 1 : 20 : 20 HF

: O H HC :

NHO

3 2 3 2

=

(47)

7. 알루미늄

1) 용액 :

2) NHO3가 Al2O3형성하고 H3PO4가 Al2O3식각

3) 40∼50℃에서 1 µm Al etch에 수분이 걸리며 15초 overetch 4) H2 gas에 의한 bubble snow ball

웨이퍼를 공기 중으로 반복해서 빼내거나 표면장력을 줄 이는 용액을 사용

5) 종말점이 뚜렷하며 Al 두께 균일성도 알 수 있음 6) 과도 etch할 때 undercut 주의

10 : 5 : 5 : 80 O

H : O H HC : NHO :

PO

H3 4 3 2 3 2 2 =

(48)

1. 건식 식각

1) 습식 식각의 한계극복

(1) 2 µm 이하의 pattern (2) etch 시간 단축

(3) 오염 방지

2) 플라즈마 식각: dry etch

(1) 플라즈마 가스의 화학반응 이용

(2) 식각율 : RF 전력, 가스 압력, 기판 온도 (3) 이방성 식각이 가능

(49)

3) 반응식

O H CO

F O

OF Si

SiOF SiF ]

F / O [ N Si

CO F

O OF

Si SiOF SiF ]

F / O [ Si

O H CO

F O

OF Si

SiOF SiF ]

F / O [ SiO

2 2

2 2

6 2

2 4 4

3

2 2

2 6

2 2 4

2 2

2 2

6 2

2 4 2

+ +

+





→ +

+ +

+





→ +

+ +

+ +





→ +

silicon compound silicon weight (%) relative etch rate

thermal oxide 47% 1.0

4) 실리콘 화합물에 대한 식각률

(50)

<RF 전력에 대한 기판의 온도> <RF 전력에 대한 산화막 식각률>

(51)
(52)

5) 플라즈마 식각의 특성 (1) etch 시간단축 (2) 오염방지

(3) PR 마스크 사용

(4) 종말점 - 빛의 간섭 이용 (5) etch uniformity

(6) PR hardening 6) dry etching 방법

(1) plasma etch - 13.56 MHz, narrow plasma sheath (2) reactive ion etch(RIE) - wide plasma sheath

(3) ion beam milling - reactive ion beam (4) microwave plasma etch

dense plasma, low sheath potential, minimum damage (5) ECR : magnetic confinement.

(53)

7) Issues for dry etch:

(1) etch rate

(2) isotropic etch (3) etch selectivity

(4) charge contamination (5) etch damage

(6) safety

(54)

<다결정 실리콘의 건식 식각(STH)>

Gas Reactor

Type

Pressure (torr)

Etch Rate

(µm/min) Etch Selectivity Comments

CCl4/Argon Planar .4 .02(Undoped) Poly Si : SiO2 15:1 -

SiF4(50%)/

Argon(50%) Planar .2 .4(Undoped) Poly Si : SiO2 25:1 -

CF4/O2 Barrel .2 .05 ~ .1(Undoped) Poly Si : Si3N4 : SiO2

25 : 2.5: 1 -

CF4/O2(4%) Planar .4 .057(Phos doped) Poly Si : SiO2 10:1 -

C2ClF3 Planar .225 .05(Phos doped) Poly Si : SiO2 3.5 :1 -

CF4(92%)/O2(8%) Planar .35 .115(Phos doped) .105(Phos doped)

Poly Si : SiO2 10:1

Poly Si : SiO2 9:1 Isotropic C2F4(50%)/

CF3Cl(50%) Planar .4 .159(Phos doped)

.098(Undoped)

Poly Si : SiO2 8:1

Poly Si : SiO2 5:1 Isotropic C2F4(81%)/

CF3Cl(19%) Planar .4 .082(Phos doped)

.070(Undoped)

Poly Si : SiO2 5:1

Poly Si : SiO2 4:1 Anisotropic C2F4(92%)/

Cl2(8%) Planar .35 .057(Phos doped)

.050(Undoped)

Poly Si : SiO2 6:1

Poly Si : SiO2 5:1 Anisotropic

CF Cl Planar .35 .08(Phos doped) Poly Si : SiO2 13:1 Intermediate between

(55)

<Si3N4, SiO2 및 Al의 건식 식각(STH)>

Material Gas Reactor

Type

Pressure (torr)

Etch Rate

(µm/min) Etch Selectivity Comments

Si3N4

SiF4/O2 Barrel .3 .1 Si3N4 : Si :Poly Si :SiO2 25:5:2.5:1 Anisotropic SiF4/O2(2%) Barrel .75 .08 ~ 1 Si3N4 : Poly Si 7.5:1 -

CF4/O2 Barrel 1.1 .02 Si3N4 :SiO2 5:1 Isotropic

SiO2

C2F4 Planar .4 .043 SiO2 : Si 15:1 Anisotropic CF4(70%)/H2(30%) Planar .03 .004 SiO2 : Si 5:1 -

CHF3(90%)/

CO2(10%)

Vertical

Barrel .06~.08

.05 .075

.10 .14

Thermal SiO2 :Si 17:1 4 wt% Phos. doped CVD SiO2 :Si 25:1 8 wt% Phos. doped CVD SiO2 : Si 33:1

(densified)

8 wt% Phos. doped CVD SiO2 : Si 47:1

Reactive Ion Etch

Anisotropic

C2F4(12%)/

CHF3(12%)/

He(76%)

Planar 4.0

.5 .7 1.1

.6

Thermal SiO2 :Si 15:1 CVD SiO2 : Si 19:1 8 wt% Phos. doped CVD SiO2 : Si 30:1 Plasma SiO2 :Si 16:1

Single Wafer Chamber Anisotropic

Aluminum

CCl4/H2 Planar .3 .18 Al : SiO2 : Poly Si : Si 100:1:1:1 -

CCl4 Planar .1 .06~.36 Al : Si 100:1

Sensitivity to any H2O present.

Etches alloys containing Si, but must be

(56)

<각종 건식 식각의 비교(STH)>

Plasma Etching Reactive Etching Physical Etching

Barrel Reactor Planar Reactor Ion Ion Beam Sputtering Ion Beam Milling

Substrate Location Surrounded by plasma

On grounded electrode in

Plasma

On powered electrode in

plasma

In beam, remote from plasma

On powered electrode in

plasma

In beam, remote from plasma

Pressure (torr) 10-1 ~ 1 10-1 ~ 1 10-2 ~ 10-1 10-4 ~ 10-3 10-5 ~ 10-3 10-4

Ion energy(eV) 0 1 ~ 100 100 ~ 1000 100 ~ 1000 100 ~ 1000 100 ~ 1000

Active Species Atoms.

Radicals

Atoms, radicals, reactive ions

Radicals,

reactive ions Reactive ions Ar+ ions Ar+ ions

Products Volatile Volatile Volatile Volatile Nonvolatile Nonvolatile

Mechanism Chemical Chemical/

Chemical-Physical

Chemical/

Physical

Chemical/

Physical Physical Physical

Etch Profile Isotropic Isotropic/

Anisotropic

Isotropic/

Anisotropic Anisotropic Anisotropic Anisotropic Selectivity 30 : 1 – 10 : 1 10 : 1 – 5 : 1 30 : 1 – 5 : 1 10 : 1 – 3 : 1 1 : 1 1 : 1

Resist Compatibility Excellent Excellent Good Good Poor Poor

Device Damage Little Little Some possible Some possible Very possible Very possible Etch Rate

(micrometer/min) 0.1 ~ 0.5 0.1 ~ 0.5 0.05 ~ 0.1 0.05 ~ 0.1 0.02 ~ 0.05 0.02 ~ 0.05

(57)

2. 전해 식각

1) 전기분해에 의한 식각 2) 전해액은 인산

3) 종말점 : 초기전류의 15∼30%  고립영역에 의한 전류감소 4) 마무리 식각 : 습식 식각

5) 단점 : 실리콘기판에 연결되지 않는 Al의 식각은 불가능

3. Spray etch

1) 식각 온도와 벨트속도가 식각률 결정

2) 표면에 새로운 용액을 계속 뿌려서 형성된 기포제거 3) undercut 방지 (20∼25%)

4) Al etch에 적합

4. Al-Si alloy etch

1) Al-2% Si 1 µm etch

1000∼2000Å의 반짝이는 Si 막 형성 2) silicon etch 용액에서 10∼30초 etch

(58)

5. 2단계 식각 (two step etch)

1) 1단계 식각 : 30∼50%

2) 2단계 식각 : 세척, 건조, hard bake, 식각

3) 응용 : 두께가 다른 산화막 식각, doped oxide 식각 4) 두 번째 hard bake는 20∼30℃높게

6. 감광막의 흐름을 이용한 under-cut의 줄임

(59)

7. 경사면 식각

1) etch profile : buffering ratio에 의하여 조절 2) NH4F : HF = X : 1

X>10 : 확산에 의존

X<10 : 활성화 에너지에 의존 3) 일반적인 식각과 경사면 식각

4) 활성화 조절 식각

(60)

5) 확산 조절 식각

6) 완충비와 경사각

etch solution

thin film

NH4:H2O:HF NH4F:HF NH4F:HF

5:4:1 20:1 30:1

thermal oxide 71° 48° 40°

CVD oxide 48° 39° 31°

(61)

X. 식각의 문제점

1. 얼룩 식각 (mottled etch)

1) 가장자리가 색깔을 띰

2) 계속 식각하면 언더컷이 심하게 생김 3) 원인 : 기포 생성, 남아 있는 감광막 4) FC-93(3M) : 표면장력 낮춤

56 dynes/cm

19 dynes/cm 5) 감광막제거 불충분 :

높은 soft bake 온도

현상 시 불충분한 세척

6) 조치 : 심하면 버리고 undercut이 허용되면 재식각

재 식각 전에 hard bake

2. 언더컷과 과도 에치

1) 가장자리 검은 띠의 두께

언더컷 정도 짐작

(62)

<언더컷과 과도 에치>

3. 감광막의 일어남

1) 산화막 패턴의 색 띠가 많음 (검은 띠가 아님) 2) 원인 :

부족한 HMDS

과소노출 (음성 감광막)

정상파 현상

(63)

4. Al 식각의 문제점

1) 경사면의 반사

자주 과소노출을 해야 함.

2) snow ball형성

spray etch, 흔들어 줌 3) 감광막의 일어남 :

Al에 의한 적외선 반사로 hard bake 온도 저하  대류식 오븐 사용

5. PSG식각의 문제점

1) 식각후 세척 과정에서 Al pad 식각

물 + acetic acid + 불화 암모늄 2) 두 개의 세척용기 사용

3) 전기 화학적 전지 형성

pad 식각

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