[stack#038] 할라이드 식각 가스 · 깎기 — 칩 속 막을 기체로 깎으면 깎인 부스러기는 어디로 갈까요?

칩 속 막을 기체로 깎으면, 깎인 부스러기는 어디로 갈까요?

플라즈마 건식식각은 플라즈마 속에서 반응성 기체가 박막을 골라 제거하는 일입니다.

드라이아이스는 녹아 물이 되지 않고, 곧바로 기체가 되어 흔적 없이 사라지죠.

기체로 깎을 때는 막의 원자를 염소에 붙여, 날아가는 기체로 바꿔 빼냅니다.

플라즈마 안에서 염소와 브롬 같은 할로겐 입자(라디칼과 이온)가 만들어져 막을 깎습니다.

염소는 금속이나 폴리실리콘을 깎는 데 쓰는 기체입니다.

그런데 금속에 산소가 붙은 막은 염소와 만나도, 잘 날아가지 않는 찌꺼기로 남습니다.

high-k 막은 SiO2 대신 게이트나 DRAM 커패시터의 절연막으로 쓰는, 유전율이 높은 막입니다.

그럼 이온으로 더 세게 때려 떼어 내면?

그 아래 실리콘까지 함께 깎여 나갑니다.

그래서 붕소가 든 기체를 섞어, 붕소가 산소를 붙잡아 함께 날아가게 합니다.

이런 염소 · 브롬 기체가 할라이드 식각 가스입니다.

삼염화붕소(BCl3)는 산화막이나 high-k 막에서 잘 날아가지 않는 생성물을 없애는 기체입니다.

HfO2 표면에서는 붕소가 식각에 직접 참여해 산소와 반응하고, BOCl이라는 날아가기 쉬운 물질이 됩니다.

할라이드 식각 가스에는 HBr, Cl2, BCl3 같은 기체가 들어 있습니다.

금속에 산소가 붙은 막은 염소만으론 안 날아가니, 산소를 붙잡는 붕소를 섞어 날려 보냅니다.

결국, 금속에 산소가 붙은 막은 염소만으론 안 날아가니 산소를 붙잡는 붕소를 섞어 날려 보낸다.

이미지 AI 생성 · 개념도

출처

· Etching mechanisms of HfO2, SiO2, and poly-Si substrates in BCl3 plasmas. J. Vacuum Science & Technology B (2007).

https://doi.org/10.1116/1.2781550

· Profile evolution during polysilicon gate etching with low-pressure high-density Cl2/HBr/O2 plasma chemistries. J. Vacuum Science & Technology A (2001).

https://doi.org/10.1116/1.1365135

· Atomic Layer Etching: Rethinking the Art of Etch. J. Physical Chemistry Letters (ACS) (2018).

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.8b00997

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