등방성 식각과 이방성 식각의 차이: 단면 형상·언더컷·방향성의 원리·선택비 비교
등방성 식각은 세로로도 가로로도 같은 속도로 깎이므로 마스크 아래까지 파고들어(언더컷) 단면이 둥글어집니다. 이방성 식각은 특정 방향으로만 빨리 깎이는 것으로, 방향성을 만드는 원리는 두 가지가 있습니다. 하나는 플라즈마 속에서 수직으로 가속된 이온이 바닥면의 반응을 돕고 측벽을 보호막이 지키는 건식 식각으로, 거의 수직인 측벽을 만들 수 있습니다. 다른 하나는 KOH나 TMAH 같은 알칼리 용액으로 단결정 실리콘을 깎으면 (111)면만 매우 느리게 깎이는 습식 식각으로, 형상은 결정면으로 정해집니다. 습식이라서 등방성, 건식이라서 이방성인 것은 아니며, 라디칼만 쓰는 건식 식각은 등방적으로 깎입니다. 방향성과 선택비나 손상은 트레이드오프 관계에 있으므로, 목적에 맞춰 구분해 씁니다.
| 비교 항목 | 등방성 식각 | 이방성 식각(이온을 쓰는 건식) | 결정면에 의존하는 이방성 식각(습식) |
|---|---|---|---|
| 방향성을 만드는 원리 | 없음. 화학 반응이 어느 방향으로나 똑같이 진행된다 | 전계로 수직으로 가속된 이온이 바닥면의 반응을 촉진하고, 측벽은 보호막으로 지켜진다 | 결정면에 따라 식각 속도가 크게 다르며, 실리콘의 (111)면이 매우 느리게 깎인다 |
| 단면 형상 | 마스크 개구부를 중심으로 한 둥근 형상 | 거의 수직인 측벽(테이퍼 각은 조건으로 조정한다) | (100)면 웨이퍼에서는 약 54.7°의 경사면, (110)면 웨이퍼에서는 수직인 벽 |
| 언더컷 | 크다. 깊이와 거의 같은 만큼 옆으로도 깎이며, 오버 식각으로 더 넓어진다 | 작다 | <110> 방향으로 맞춘 마스크 변에서는 (111)면에서 멈춘다. 볼록한 모서리나 방향이 어긋난 변 아래는 깎인다 |
| 대표적인 방법 | 불산에 의한 산화막 식각 등의 습식 식각, XeF2 가스, 라디칼만 쓰는 다운스트림형 플라즈마 | RIE, ICP를 쓰는 식각, 보쉬 공정 | KOH나 TMAH 등의 알칼리 수용액 |
| 선택비 | 높이기 쉽다. 물리적으로 깎는 작용이 거의 없다 | 이온의 충격으로 마스크나 하지도 깎이기 쉬우며, 방향성을 강하게 할수록 낮아지기 쉽다 | 높다. 실리콘 질화막이나 산화막(특히 TMAH) 마스크는 거의 깎이지 않는다 |
| 손상 | 적다 | 이온의 충격이나 대전에 의한 손상이 일어날 수 있다 | 플라즈마에 의한 손상은 없다 |
| 형상의 제약 | 막 두께보다 가는 패턴에는 적합하지 않다 | 마스크의 형상을 거의 그대로 전사할 수 있다. 깊은 구멍에서는 종횡비에 따른 속도 저하 등이 일어난다 | 단결정 실리콘에만 쓸 수 있고, 형상은 결정면으로 정해진다. 마스크를 결정 방위에 맞춰 배치할 필요가 있다 |
| 주요 용도 | 막의 전면 제거, 세정, MEMS의 희생층 식각, GAA 나노시트 사이의 SiGe 제거 | 트랜지스터의 게이트, 콘택트, 트렌치, 비아 등의 미세 패턴, MEMS의 깊은 수직 구멍 | MEMS의 다이어프램, V홈, 피라미드형 구멍 등의 벌크 가공 |
수치는 대략적인 자릿수 기준이며, 공정 세대와 제품에 따라 달라져요.