식각(Etching)은 반도체 제조 공정에서 회로를 형성하는 핵심 단계입니다.
정확한 제어와 고해상도의 패터닝이 요구됩니다.
따라서 이번 글에서는 현재 산업에서 가장 널리 사용되고 있는 5가지 반도체 식각 공정을 알아보겠습니다.
식각 공정이란?
식각은 포토리소그래피 공정을 거친 웨이퍼의 특정 부분을 제거한 후, 원하는 회로 패턴을 형성하는 공정입니다.
이 과정은 주로 금속, 산화막, 질화막, 폴리실리콘, 실리콘 등의 재료에 적용됩니다.
이때 제거 방식에 따라 건식(Dry Etching)과 습식(Wet Etching)으로 나뉩니다.
2025년 현대 반도체 제조에서는 정밀도와 균일성이 뛰어난 건식 식각이 대부분 사용되고 있습니다.
그러한 건식 식각 안에서도 다양한 방식이 사용되고 있습니다.
반응성 이온 식각 (Reactive Ion Etching, RIE)
RIE는 현재 가장 널리 사용되는 건식 식각의 방식 중 하나입니다.
플라즈마를 이용해 가스를 이온화한 후, 전기장을 통해 이온을 웨이퍼 표면에 수직으로 충돌시켜 식각하는 방식입니다.
반응성 이온 식각의 특징인 이방성이 뛰어나 수직 구조 구현에 적합하다는 점입니다.
이러한 점 덕분에 다양한 재료에 식각을 할 수 있게 되었습니다.
또한 미세 공정 기술에 최적화되었다는 점 또한 큰 장점입니다.
대표적으로 미세 회로 패턴을 형성하거나 고집적 반도체 소자를 제작하는 곳에 사용됩니다,
ICP 식각 (Inductively Coupled Plasma Etching)
두 번째 방식은 ICP 식각입니다.
ICP는 고밀도 플라즈마를 생성하여 이온 농도를 높이는 식각 방식입니다.
RIE보다 더욱 높은 식각 속도와 균일성을 제공한다는 차이점이 있습니다.
ICP 식각의 특징으로는 고밀도 이온 플럭스로 빠른 식각이 가능하다는 점입니다.
또한 낮은 손상률과 우수한 이방성을 자랑하며 독립적인 전력 제어로 정밀한 공정 조절이 가능합니다.
대표적으로 DRAM, NAND, Logic 등 고집적 소자에 사용되거나, 깊은 트렌치나 좁은 패턴을 구현하는 곳에 사용됩니다.
원자층 식각 (Atomic Layer Etching, ALE)
원자층 식각이라 불리는 ALE는 원자 단위로 식각을 제어하는 차세대 정밀 식각 기술입니다.
주기적인 반응성 가스 처리와 플라즈마 적용을 통해 원자층 수준의 제거를 실현합니다.
초 고정밀 식각 제어가 가능하며 손상을 최소화할 수 있다는 특징이 있습니다.
새로운 3D 구조 공정에 필수적으로 활용됩니다.
대표적으로 최근 큰 인기를 끌고 있는 GAA 트랜지스터 등 차세대 소자에 사용되며, 3D NAND 및 FinFET 식각에도 활용되고 있습니다.
습식 식각 (Wet Etching)
습식 식각은 화학 용액을 이용해 재료를 제거하는 방식입니다.
공정 비용이 낮고 대량 생산에 적합하다는 장점이 있으나 이방성 제어가 어렵다는 단점이 있습니다.
공정이 단순하고 비용이 저렴하며 빠른 식각 속도를 갖는다는 특징이 있습니다.
주로 동시 다수의 웨이퍼 처리에 적합합니다.
이러한 특징들 덕분에 산화막을 제거하거나 초기 세정 공정과 대면적 식각을 하는 곳에 사용됩니다.
크라이오겐식 식각 (Cryogenic Etching)
크라이오겐식 식각은 웨이퍼를 극저온 상태에서 식각하는 방식입니다.
산소와 SF₆ 가스를 사용하여 높은 이방성과 정밀도를 확보하는 방식입니다.
매우 정밀한 수직 프로파일 형성이 가능하며, 표면의 거칠기를 최소화하여 고해상도 3D 구조를 구현할 수 있습니다.
MEMS 구조체를 식각하거나 고정밀 센서의 공정에 사용됩니다.
결론
2025년 현재, 반도체 기술이 점차 미세화되고 3D 구조로 전환되고 있습니다.
그에 따라 식각 공정 또한 고도화되고 있습니다.
RIE와 ICP 같은 전통적인 식각 방식은 여전히 널리 사용되고 있습니다.
나아가 ALE와 크라이오겐 식각처럼 초정밀 공정도 중요해지고 있습니다.
각각의 식각 방식은 공정 목적, 재료, 구조에 따라 적절히 선택되어야 합니다.
앞으로의 기술 발전에 따라 이들 방식도 진화를 요구받게 될 것입니다.
이때 정확하고 균일한 식각은 반도체의 성능과 수율을 좌우하는 핵심 요소일 것입니다.
차세대 반도체 경쟁력을 결정하기 위해서는 이에 대한 깊은 이해와 적절한 공정 선택이 필수적으로 요구될 것입니다.
이러한 반도체의 식각 공정 기술이 더욱 발전하면서 우리의 삶을 보다 윤택하게 만들어 주길 바랍니다.
오늘 글은 여기까지입니다.
긴 글 읽어주셔서 감사합니다.