건식식각과 습식식각 차이｜Etching 비교

건식식각과 습식식각 차이는 플라즈마와 화학용액을 이용하는 제거 방식에 있습니다. 건식식각과 습식식각의 원리부터 이방성·선택비·미세패턴 형성 능력과 반도체 공정별 활용 기준까지 비교합니다.

건식식각과 습식식각 차이는 무엇일까?

반도체 식각(Etching)은 웨이퍼 표면의 산화막, 절연막, 금속막이나 반도체층 가운데 불필요한 부분을 선택적으로 제거하는 공정이며 크게 건식식각(Dry Etching)과 습식식각(Wet Etching)으로 나눌 수 있습니다. 가장 기본적인 차이는 재료를 제거하는 방식입니다. 습식식각은 액체 상태의 화학용액과 웨이퍼 표면의 화학반응을 이용하는 반면, 건식식각은 진공 챔버에서 플라즈마를 형성해 이온과 라디칼 등을 이용합니다. 습식식각은 비교적 간단한 장비로 높은 식각속도와 우수한 선택비를 얻을 수 있는 경우가 있지만, 재료에 따라 식각이 여러 방향으로 진행될 수 있습니다. 건식식각은 공정장비가 복잡하지만 이온의 방향성을 이용하여 미세하고 수직에 가까운 패턴을 구현하는 데 유리합니다. 따라서 어느 방식이 항상 우수하다고 판단하기보다 가공하려는 재료와 패턴 크기, 형상, 선택비와 생산성을 고려하여 적합한 방식을 선택해야 합니다.

습식식각은 왜 빠르고 선택비가 높은 경우가 많을까?

습식식각은 웨이퍼를 특정 화학용액에 노출시켜 제거하려는 물질과 화학반응을 일으키는 방식입니다. 대표적으로 실리콘 산화막이나 금속, 실리콘 등 다양한 재료에 적합한 식각액을 선택해 사용할 수 있습니다. 특정 재료와 강하게 반응하면서 다른 재료에는 상대적으로 반응이 작은 화학조합을 사용하면 높은 선택비(Selectivity)를 얻을 수 있다는 장점이 있습니다. 또한 액체가 표면 전체에 접근할 수 있어 비교적 높은 처리속도를 얻는 공정도 가능합니다. 그러나 많은 습식식각은 수직 방향뿐 아니라 측면 방향으로도 반응이 진행되는 등방성(Isotropic) 특성을 보일 수 있습니다. 이 경우 포토레지스트나 마스크 아래쪽까지 재료가 제거되는 언더컷(Undercut)이 발생해 매우 작은 선폭이나 수직 구조를 정확하게 형성하기 어려울 수 있습니다. 다만 모든 습식식각이 등방성인 것은 아닙니다. 예를 들어 특정 결정면에 따라 식각속도가 달라지는 실리콘의 결정방향 의존성 습식식각처럼 이방성을 나타내는 공정도 있으므로 사용되는 재료와 식각액의 특성을 함께 고려해야 합니다.

건식식각은 왜 초미세 반도체 공정에 유리할까?

건식식각은 진공 챔버 내부에 공정가스를 공급한 뒤 플라즈마(Plasma)를 생성하여 웨이퍼의 특정 재료를 제거합니다. 플라즈마에서 만들어진 라디칼은 표면과 화학적으로 반응하고, 전기장에 의해 가속된 이온은 웨이퍼 방향으로 충돌하면서 식각의 방향성을 높일 수 있습니다. 대표적인 RIE(Reactive Ion Etching)는 이러한 화학적 반응과 물리적인 이온 충돌을 함께 활용합니다. 이온의 방향을 제어하면 측면 식각을 억제하고 수직 방향의 이방성(Anisotropic) 식각을 구현하기 쉬워 미세한 트렌치, 콘택트 홀과 비아 구조를 만드는 데 유리합니다. 특히 반도체 선폭이 작아지고 구조의 종횡비(Aspect Ratio)가 커질수록 옆면의 Profile과 식각 깊이를 정밀하게 제어하는 능력이 중요해집니다. 반면 플라즈마와 이온의 에너지가 지나치게 높으면 웨이퍼 표면에 손상을 줄 수 있고 공정조건도 복잡해집니다. 따라서 가스 조성, 압력, RF Power, Bias와 온도 등을 정밀하게 조절해야 원하는 식각 결과를 얻을 수 있습니다.

건식식각과 습식식각은 어떤 기준으로 선택할까?

실제 반도체 공정에서는 패턴 크기와 형상, 대상 재료, 필요한 선택비와 손상 허용 수준 등을 기준으로 식각 방식을 결정합니다. 초미세 패턴과 수직에 가까운 측벽이 필요한 경우에는 방향성을 정밀하게 제어할 수 있는 건식식각이 유리한 경우가 많습니다. 반면 특정 막을 넓은 영역에서 제거하거나 높은 선택비가 필요하고 측면 식각이 큰 문제가 되지 않는 공정에서는 습식식각이 효과적일 수 있습니다. 두 방식의 대표적인 특징을 정리하면 다음과 같습니다.

구분	건식식각	습식식각
주요 매체	플라즈마·가스	화학용액
식각 특성	이방성 구현에 유리	등방성인 경우가 많음
미세 패턴	유리	상대적으로 제약
선택비	공정 최적화 필요	높은 경우가 많음
표면 손상	플라즈마 손상 가능	상대적으로 낮은 경우가 많음
장비	복잡한 진공장비	비교적 단순
주요 활용	미세 트렌치·홀·패턴	박막 제거·세정 연계 공정

결국 첨단 반도체 제조에서는 건식과 습식 가운데 하나만 사용하는 것이 아니라 각각의 장점을 공정 목적에 맞게 조합하여 사용합니다.