오랫동안 알루미늄은 집적 회로의 주요 상호 연결 금속으로 사용되었습니다. 나중에 구리로 대체되었지만 알루미늄은 여전히 반도체 제조에 널리 사용됩니다. 알루미늄 에칭은 알루미늄 제조 공정에서 없어서는 안될 부분입니다. 그러나 많은 경우 알루미늄은 건식 에칭 후에 부식되기 쉽습니다. 부식 현상은 어떤 모습인가요? 원인은 무엇입니까? 해결 방법이 무엇입니까?
알루미늄 에칭은 어디에 사용해야 합니까?
알루미늄 금속이 필요한 곳이 너무 많습니다. DRAM, 플래시 등 메모리 제품에는 가격이 저렴하고 가공이 용이한 알루미늄 배선이 여전히 널리 사용되고 있다. 이러한 메모리 장치에는 일반적으로 고성능 논리 칩이 요구하는 엄격한 저항 및 전자 이동 요구 사항이 없습니다. 대부분의 칩 제품의 전극은 일반적으로 알루미늄으로 만들어져 포장, LED, 미세 유체 칩, 무선 주파수 칩 등에 널리 사용됩니다.
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알루미늄 금속의 에칭 메커니즘
일반적으로 사용되는 가스는 Cl2, BCl3, HBr, Ar, N2 등입니다.
Cl2: 에칭의 주요 가스인 Cl2는 알루미늄과 반응하여 휘발성 AlCl3을 생성하여 에칭을 수행합니다. 방정식은 다음과 같습니다.
3Cl2+2Al→2AlCl3
BCl3: 에칭 가스의 보조제로 알루미늄 표면의 자연 산화물 층을 제거하는 동시에 이온 충격을 제공하여 에칭의 이방성을 향상시킵니다.
Al2O3 + 3BCl3→ 2AlCl3 + 3BOCl
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HBR:
1. HBr을 첨가하면 에칭 공정의 이방성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.
2. 에칭된 알루미늄 측벽에 휘발성 알루미늄 브롬화물(AlBrx) 보호층이 형성될 수 있습니다. 이 패시베이션 층은 측벽을 보호하고 불필요한 측면 에칭을 줄이는 데 도움이 됩니다.
3. HBr은 Cl2 및 BCl3와 함께 사용하면 동일한 캐비티에 에칭된 포토레지스트에 대한 알루미늄의 선택성을 향상시킬 수 있습니다.
Ar: 비활성 가스인 Ar+ 이온은 물리적 충격을 제공하여 보다 깨끗한 에칭 프로파일을 달성하는 데 도움이 됩니다.
N2: 패시베이션층
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부식이 발생하는 이유
알루미늄을 에칭하여 생성된 휘발성 생성물인 AlCl3가 챔버 밖으로 배출됩니다. 그러나 AlCl3의 극히 일부만이 추출되고, 더 많은 AlCl3가 포토레지스트나 금속 Al 표면에 포획됩니다. 이후 웨이퍼가 클린룸 습기에 노출되면 AlCl₃가 염산을 형성하여 알루미늄 부식을 일으킬 수 있습니다. 이러한 종류의 부식이 항상 즉시 발생하는 것은 아닙니다. 일반적으로 부식 현상은 에칭 후 2~3일 후에 나타납니다. Al 부식 방정식은 다음과 같습니다.
2Al+6HCl→2AlCl3+3H2
부식 문제를 해결하기 위해 어떤 조치를 취할 수 있습니까?
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1. 알루미늄을 건식 식각한 후 즉시 O2+CHF3 가스를 통과시켜 포토레지스트를 완전히 제거합니다. CHF3는 플라즈마에서 불소 라디칼을 생성하며, 이러한 라디칼은 AlCl3와 반응하여 AlF3를 생성할 수 있습니다. AlF3는 상온에서 매우 안정적이고 쉽게 가수분해되지 않으므로 알루미늄 표면에 부식을 일으키지 않습니다.
2. 알루미늄을 건식 에칭한 후, 잔류 AlCl3가 모두 제거되도록 탈이온수 또는 적절한 용매를 사용하여 철저하게 세척합니다.
3. 에칭과 포토레지스트 제거 공정 사이에 웨이퍼가 습도가 높은 환경에 노출되는 것을 방지하기 위해 밀봉된 웨이퍼 상자를 사용하여 웨이퍼를 보관할 수 있습니다.