반응성 이온 에칭

반응성 이온 에칭(reactive-ion etching, RIE)은 미세가공에 사용되는 에칭 기술이다. RIE는 습식 식각과는 다른 특성을 가진 건식 식각의 일종이다. RIE는 화학적으로 반응하는 플라스마를 사용하여 웨이퍼에 증착된 재료를 제거한다. 플라스마는 낮은 압력(진공)에서 전자기장에 의해 생성된다. 플라스마에서 나오는 고에너지 이온은 웨이퍼 표면을 공격하고 반응한다.

 장비 
일반적인 (평행판) RIE 시스템은 원통형 진공 챔버로 구성되며, 챔버 하단에 웨이퍼 플래터가 위치한다. 웨이퍼 플래터는 챔버의 나머지 부분과 전기적으로 절연되어 있다. 가스는 챔버 상단의 작은 흡입구를 통해 유입되고 하단을 통해 진공펌프 시스템으로 배출된다. 사용되는 가스의 종류와 양은 에칭 공정에 따라 다르다. 예를 들어, 육플루오린화 황은 일반적으로 규소 에칭에 사용된다. 가스 압력은 일반적으로 가스 유량을 조절하거나 배기 오리피스를 조절하여 몇 밀리토르에서 몇 백 밀리토르 사이로 유지된다.

유도 결합 플라스마(ICP) RIE를 포함한 다른 유형의 RIE 시스템도 존재한다. 이 유형의 시스템에서는 무선주파수(RF) 전력 자기장으로 플라스마가 생성된다. 매우 높은 플라스마 밀도를 달성할 수 있지만, 에칭 프로파일은 더 등방성적인 경향이 있다.

평행판과 유도 결합 플라스마 RIE를 조합하는 것도 가능하다. 이 시스템에서 ICP는 에칭 속도를 높이는 고밀도 이온원으로 사용되는 반면, 기판(실리콘 웨이퍼)에는 별도의 RF 바이어스가 인가되어 기판 근처에 방향성 전기장을 생성하여 보다 비등방성 에칭 프로파일을 얻는다. 기판에 가해지는 RF 전력은 종종 '플래튼 전력'이라고 불리는 조절 가능한 매개변수이며, 표면을 폭격하는 이온의 에너지를 제어한다.

 작동 방식 
섬네일|광화학 에칭 (중앙)과 비교한 반응성 이온 에칭 (하단)
섬네일|일반적인 RIE 장치 다이어그램. RIE는 이온(2)을 시료 표면(5)으로 가속하는 전기장(3)을 생성하는 두 개의 전극(1 및 4)으로 구성된다.
플라스마는 웨이퍼 플래터에 강한 RF(무선주파수) 전자기장을 가하여 시스템에서 시작된다. 필드는 일반적으로 13.56 메가헤르츠 주파수로 설정되며, 수백 와트로 인가된다. 진동하는 전기장은 가스 분자의 전자를 벗겨내어 이온화하여 플라스마를 생성한다.

필드의 각 주기에서 전자들은 챔버 내에서 위아래로 전기적으로 가속되며, 때로는 챔버의 위쪽 벽과 웨이퍼 플래터 모두에 부딪힌다. 동시에 훨씬 더 무거운 이온들은 RF 전기장에 상대적으로 거의 움직이지 않는다. 전자들이 챔버 벽에 흡수되면 단순히 접지로 배출되며 시스템의 전자 상태를 변경하지 않는다. 그러나 웨이퍼 플래터에 증착된 전자들은 DC 절연으로 인해 플래터에 전하를 축적하게 한다. 이 전하 축적은 플래터에 일반적으로 수백 볼트 정도의 큰 음전압을 발생시킨다. 플라스마 자체는 자유 전자에 비해 양이온 농도가 높기 때문에 약간의 양전하를 띠게 된다.

큰 전압 차이로 인해 양이온은 웨이퍼 플래터 쪽으로 이동하는 경향이 있으며, 그곳에서 에칭될 시료와 충돌한다. 이온은 시료 표면의 재료와 화학적으로 반응하지만, 운동 에너지의 일부를 전달하여 일부 재료를 떼어낼 수도 있다(스퍼터링). 반응성 이온의 대부분 수직적인 전달로 인해 반응성 이온 에칭은 매우 비등방성적인 에칭 프로파일을 생성할 수 있으며, 이는 일반적으로 습식 화학 에칭의 등방성 프로파일과 대조된다.

RIE 시스템의 에칭 조건은 압력, 가스 흐름, RF 전력과 같은 여러 공정 매개변수에 크게 의존한다. RIE의 변형된 버전인 딥 반응성 이온 에칭은 깊은 특징을 파내는 데 사용된다.

 같이 보기 
 딥 반응성 이온 에칭 (보쉬 공정)
 플라스마 식각기

 각주 

 외부 링크 
 BYU 클린룸 – RIE 에칭
 보쉬 공정
 반응성 이온 에칭 시스템
 플라스마 RIE 기본 및 응용

분류:반도체 제조
분류:플라스마 공정