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KMnO<sub>4</sub> - HF - H<sub>2</sub>O 혼합용액에서 Si 의 식각반응에 관한 연구
서영훈 ( Young Hun Seo ),남기석 ( Kee Suk Nahm ) 한국공업화학회 1991 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.1991 No.0
반도체 식각공정은 반도체박막에 요하는 회로를 복제하는 단계로 정밀전자소자의 제조기술에 매우 중요한 공정으로서 습식식각과 건식식각으로 나눌 수 가 있다. 특히 습식식각은 식각속도와 선택도가 뛰어나고, 조작이 용이하며, 공정비가 낮기 때문에 경제적인 식각공정이라 하겠다. 또한 습식 식각공정에 사용되는 식각제는 wafer나 박막의 표면에 손상이 없는 깨끗한 표면(damge-free flat)을 얻는 polishing 공정에서도 매우 중요하게 이용 된다. 그러나 습식식각은 식각용액의 종류와 화학조성. 그리고 박막의 물리적 특성에 따라서 식각이 크게 달라지는 것을 보이고 있는데, 본 연구에서는 KMnO<sub>4</sub>-HF-H<sub>2</sub>O 혼합 용액에서 Silicon을 식각시켜 그 반응특성을 해석 하였다. 식각용액이 Silicon의 식각반응에 영향을 미치는 것으로 알려진 용액의 교반속도, 식각반응시간, 때의 농도, KMnO<sub>4</sub>의 농도, 용액의 온도를 변화 시키면서 Si의 식각반응의 속도와 식각된 Si 의 표면상태를 SEM으로 측정하여 식각반응을 고찰하였다. 그 결과는 아래와 같다. 1). 식각속도는 교반속도가 증가함에 따라 증가하다가 일정히 유지되었다. 2). 식각속도는 KMnO<sub>4</sub>의 농도가 증가함에 따라 증가하다가 일정 능도 이상부터는 감소하였다. 3). 저 농도의 HF범위에서는 식각속도가 때의 농도에 거의 무관하였으나 고 농도의 HF범위에서는 때의 농도에 따라서 크게 변하였다. 4). 식각속도는 식각온도가 상승함에 따라 증가 하였다.
HF- 산화제 - H2O 수용액에서 Si 식각반응의 속도론적 연구
오재완,김기주,남기석,서영훈,김선중,김광철,이형재 한국화학공학회 1997 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.35 No.3
Si의 식각반응을 HF-산화제-H₂O 혼합용액에서 HF 농도, 산화제 농도, 교반속도 및 식각온도 등 여러 가지 실험변수를 변화시키면서 연구하였다. 산화제의 농도에 따른 식각반응속도를 조사한 결과 KIO₃, K₂Cr₂O_7의 경우는 농도가 증가함에 따라서 식각속도가 증가하였으나, KBrO₃의 경우는 농도가 증가함에 따라서 식각속도가 증가하다가 어느 농도 이상부터는 식각된 표면에 K₂SiF_6가 성장하여 식각속도가 감소함을 알 수 있었다. 낮은 HF 농도에서는 식각속도가 낮게 일정히 유지되고, 높은 HF농도에서는 식각속도가 갑자기 증가하는 것을 알 수가 있었다. 이로부터 HF가 식각반응동안 형성된 K₂SiF_6의 제거뿐만 아니라 Si표면에 정공(hole)의 생성속도 증가에도 영향을 미침을 확인할 수 있었다. Si식각반응의 율속단계는 Si표면에 생성되는 정공의 생성속도였으며, 식각반응속도식은 E₁- E_(abs), 산화제와 HF의 농도 및 반응온도의 함수로 표시할 수 있었으며, 각 식각용액에 대해 실험적으로 결정할 수 있었다. The reaction kinetics of silicon etching in HF-oxidizing agent-H₂O solutions has been investigated experimentally. The etch rates were examined varying HF and oxidizing agent concentrations, agitation speed, and etching temperature. The etch rates increased with increasing the concentration of oxidizing agent. In a KBrO₃-12 M HF-H₂O solution, however, the rates increased to a maximum at 0.05 M KBrO₃ and then decreased as the KBrO₃ concentration increased. A K₂SiF_6 layer was found to be deposited on the silicon surface at high KBrO₃ concentrations. HF played an important role for accelerating the formation rate of holes at the silicon surface and for the removal rate of K₂SiF_6 formed on the wafer surface during the reaction. At low HF concentrations, the etch rate increased slightly since the formation rate of holes was very slow. Under the condition of sufficiently high HF concentrations, the higher was the energy difference between the valence band of Si and the solution potential of etchant, the lower was the activation energy and thus faster was the etch rate of Si. The rate limiting step of the silicon etching reaction was proved to be the formation of holes at the surface. The rate law of the silicon etching reaction was determined experimentally.