실리콘과 실리콘 카바이드 웨이퍼의 에칭 차이점 이해

건식 에칭 공정, 특히 반응성 이온 에칭(RIE)에서 에칭되는 재료의 특성은 에칭 속도와 에칭된 구조의 최종 형태를 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 이는 에칭 동작을 비교할 때 특히 중요합니다.실리콘 웨이퍼그리고실리콘 카바이드(SiC) 웨이퍼. 둘 다 반도체 제조에 흔히 사용되는 재료이지만 물리적, 화학적 특성이 크게 다르기 때문에 식각 결과가 대조적입니다.

재료 특성 비교:규소대실리콘 카바이드

표에서 보면 SiC는 모스 경도가 9.5로 다이아몬드(모스 경도 10)에 가까워 실리콘보다 훨씬 단단하다는 것이 분명합니다. 또한 SiC는 훨씬 더 큰 화학적 불활성을 나타내므로 화학 반응을 수행하려면 매우 특정한 조건이 필요합니다.

에칭 공정:규소대실리콘 카바이드

RIE 에칭에는 물리적 충격과 화학적 반응이 모두 포함됩니다. 덜 단단하고 화학적 반응성이 더 높은 실리콘과 같은 재료의 경우 공정이 효율적으로 진행됩니다. 실리콘의 화학적 반응성은 불소나 염소와 같은 반응성 가스에 노출되었을 때 에칭이 더 쉽게 가능하며, 이온에 의한 물리적 충격은 실리콘 격자의 약한 결합을 쉽게 파괴할 수 있습니다.

이와 대조적으로 SiC는 에칭 공정의 물리적, 화학적 측면 모두에서 중요한 과제를 제시합니다. SiC의 물리적 충격은 경도가 높기 때문에 충격이 적고, Si-C 공유 결합은 결합 에너지가 훨씬 높기 때문에 파괴하기가 훨씬 어렵습니다. SiC의 높은 화학적 불활성은 일반적인 에칭 가스와 쉽게 반응하지 않기 때문에 문제를 더욱 복잡하게 만듭니다. 결과적으로, SiC 웨이퍼는 더 얇음에도 불구하고 실리콘 웨이퍼에 비해 더 느리고 불균일하게 식각되는 경향이 있습니다.

실리콘이 SiC보다 식각 속도가 빠른 이유는 무엇입니까?

실리콘 웨이퍼를 에칭할 때 재료의 경도가 낮고 반응성이 높기 때문에 675μm 실리콘과 같은 두꺼운 웨이퍼의 경우에도 더 부드럽고 빠른 공정이 가능합니다. 그러나 더 얇은 SiC 웨이퍼(350μm)를 에칭하는 경우 재료의 경도와 Si-C 결합을 끊기 어렵기 때문에 에칭 공정이 더욱 어려워집니다.

또한 SiC의 에칭 속도가 느려질수록 열전도율이 높아질 수 있습니다. SiC는 열을 빠르게 발산하여 에칭 반응을 촉진하는 데 도움이 되는 국부적인 에너지를 줄입니다. 이는 화학 결합을 끊는 데 도움을 주기 위해 열 효과에 의존하는 공정에서 특히 문제가 됩니다.

SiC의 에칭율

SiC의 에칭 속도는 실리콘에 비해 상당히 느립니다. 최적의 조건에서 SiC 에칭 속도는 분당 약 700nm에 도달할 수 있지만 재료의 경도와 화학적 안정성으로 인해 이 속도를 높이는 것은 어렵습니다. 에칭 속도를 향상시키려는 모든 노력은 에칭 균일성이나 표면 품질을 손상시키지 않으면서 물리적 충격 강도와 반응성 가스 구성 사이의 균형을 신중하게 유지해야 합니다.

SiC 에칭을 위한 마스크 층으로 SiO2 사용

SiC 에칭으로 인한 문제에 대한 효과적인 솔루션 중 하나는 더 두꺼운 SiO2 층과 같은 견고한 마스크 층을 사용하는 것입니다. SiO2는 반응성 이온 에칭 환경에 대한 저항력이 더 강하여 원치 않는 에칭으로부터 기본 SiC를 보호하고 에칭된 구조에 대한 더 나은 제어를 보장합니다.

더 두꺼운 SiO2 마스크 층을 선택하면 SiC의 물리적 충격과 제한된 화학적 반응성 모두에 대해 충분한 보호 기능을 제공하여 보다 일관되고 정밀한 에칭 결과를 얻을 수 있습니다.

결론적으로, SiC 웨이퍼 에칭에는 재료의 극도의 경도, 높은 결합 에너지 및 화학적 불활성을 고려하여 실리콘에 비해 보다 전문적인 접근 방식이 필요합니다. SiO2와 같은 적절한 마스크 레이어를 사용하고 RIE 프로세스를 최적화하면 에칭 프로세스에서 이러한 어려움 중 일부를 극복하는 데 도움이 될 수 있습니다.

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