약품으로 깎는 습식 식각은 산화막·질화막 같은 막을 아래로만 녹이지 않고 옆으로도 똑같이 녹입니다. 회로 선을 깎을 땐 약점이던 이 성질이, 3D 낸드에서는 수백 층 속 질화막만 옆으로 빼내는 무기가 됐습니다.
영상에서 보는 것
식각액은 아래로만 녹이지 않습니다. 옆으로도 똑같이 녹입니다
회로를 깎을 땐 약점이던 이 성질이, 지금은 무기가 됐습니다
웨이퍼 여러 장을 한꺼번에 약품 통에 담급니다
불산은 유리 성분인 산화막을 골라 녹입니다
그런데 약은 사방으로 번져, 틀 밑까지 둥글게 깎아 냅니다
선이 나노미터로 좁아지며, 회로 깎기는 플라즈마로 옮겨 갔습니다
그런데 3D 낸드는 질화막과 산화막을 수백 층 번갈아 쌓습니다
세로로 판 틈에 160°C 인산을 채우면, 질화막만 옆으로 녹아 빠집니다
산화막은 거의 안 녹아, 빈 틈을 사이에 둔 선반으로 남습니다
그 틈을 금속으로 채우면, 저장 칸을 켜는 전극 층이 됩니다
여러분 폰 저장 칩도, 이렇게 녹여 낸 자리에 전극이 있습니다
핵심 요약
습식 식각은 약품에 담가 막을 녹이는 깎기이고, 막을 모든 방향으로 같은 빠르기로 녹이는 등방성 때문에 미세한 회로 선은 곧게 파는 플라즈마(건식) 식각이 맡는 쪽으로 옮겨 갔습니다.
대신 약품은 녹일 막만 골라 녹이는 힘이 커서, 3D 낸드에서는 세로로 판 슬릿으로 뜨거운 인산을 넣어 층층이 쌓인 질화막만 옆으로 녹여 냅니다.
질화막이 빠진 틈은 금속으로 채워져 저장 칸을 켜는 전극(워드라인)이 됩니다.
용어 정리
습식 식각
웨이퍼를 약품에 담그거나 약품을 뿌려 드러난 막을 녹여 없애는 공정입니다. 여러 장을 통에 함께 담그는 배치식과 한 장씩 처리하는 매엽식이 있습니다. 건식보다 빠르지만 모든 방향으로 녹입니다.
등방성·언더컷
등방성은 모든 방향으로 같은 빠르기로 깎이는 성질입니다. 그래서 약품은 감광액 틀이 덮은 아래쪽까지 옆으로 파고드는데, 이를 언더컷이라고 부릅니다.
불산(HF)
산화막(이산화규소, 유리의 주성분)을 녹이는 약품입니다. 실리콘은 거의 녹이지 않아 산화막만 골라 없앨 때 씁니다.
질화막·산화막
질화막은 실리콘과 질소로, 산화막은 실리콘과 산소로 된 얇은 막입니다. 3D 낸드는 이 둘을 한 쌍으로 수백 층 쌓은 뒤 질화막 자리를 전극으로 바꿉니다.
인산 식각
진한 인산을 보통 158~165°C로 데워 쓰면 질화막은 녹이고 산화막은 거의 남깁니다. 3D 낸드에서는 세로로 판 긴 홈(슬릿)이 인산이 들어가는 통로입니다.
워드라인
같은 층의 저장 셀들을 한 줄로 이어 켜고 읽고 쓰게 하는 전극 층입니다. 질화막이 빠진 틈에 텅스텐 같은 금속을 채워 만듭니다.
※ '옆으로도 똑같이'는 산화막·질화막처럼 결정 방향이 없는 막을 녹이는 일반적인 경우입니다. 실리콘 결정을 KOH 같은 알칼리 약품으로 녹이면 결정 방향마다 녹는 빠르기가 크게 달라(이방성 습식 식각) 옆으로 똑같이 녹지 않습니다.
※ 158~165°C는 진한 인산으로 질화막을 녹이는 일반적인 온도 범위이고, 실제 온도·농도는 공정마다 다릅니다. 플라즈마로 옮겨 간 것은 미세 회로 선 깎기의 흐름이며, 세정·막 제거 같은 습식 공정은 지금도 많이 씁니다.
※ 영상 속 통·카세트·로봇 모양, 웨이퍼 장수, 3D 낸드의 층 수·두께·슬릿·채널 기둥 비율, 약품 색(인산은 원래 무색)은 원리를 보여 주는 그림입니다.
영상에서 못 다 한 얘기
인산이 질화막만 녹이는 건 온도와 물의 양을 맞춰서입니다. 진한 인산을 끓는점 근처인 158~165°C로 데워 씁니다.
그 온도에서 질화막은 1분에 수십 nm씩 녹고, 산화막은 거의 그대로 남습니다.
그래서 층이 수백 개라도, 틈 하나로 들어간 약품이 층마다 옆으로 같이 파고들 수 있습니다.
플라즈마는 위에서 곧게 내리꽂는 방식이라, 이렇게 막 하나만 골라 옆으로 빼내는 일에는 약품을 씁니다.
출처
SK하이닉스 뉴스룸 「반도체 탐구 영역: 식각」(2021)·「321단 낸드 양산」(2024), 삼성전자 반도체 뉴스룸 「반도체 8대 공정 5탄 식각」, 삼성전자 반도체 UFS 4.0 제품 페이지, SCREEN 반도체 공정 설명, ECS Journal of Solid State Science and Technology 10(2) 2021 「Understanding the Role of Concentrated Phosphoric Acid Solutions as High-Temperature Silicon Nitride Etchants」, MT Systems 「Phosphoric Acid Nitride Removal」, Williams·Muller J. MEMS(1996) 식각 속도표, 미국 특허 US9634097·US20150056803A1, Britannica 「glass」. 기준일 2026년 10월 17일. 궁금해질 다음 질문: 이렇게 뜨거운 약품은 공장 안에서 어떻게 통까지 옮겨 올까요? 반도체 공장 속 물건을 3D 단면으로 하나씩 열어 봅니다. 다음 물건이 궁금하면 구독해 두세요.