저손실 고주파 유전소재의 식각 공정 최적화에 관한 연구

Abstract

고주파 영역대의 통신 칩(Radio Frequency System In Package)의 수요가 급격하게 증가하고 있다. 이에 따라 주파수간의 잡음(noise)을 줄이기 위한 저손실 고주파 유전소재의 중요성이 커지고 있다. 특히, 소재의 변화된 특성에 따른 반도체 기판 제조 과정상의 문제점을 파악하는 것이 중요한 이슈로 등장하고 있다. 이에 본 연구에서는 반도체 기판의 가장 큰 신뢰성 항목 중 하나인 비 관통 구멍(via hole) 바닥 부위의 수지(resin) 남음 불량이 왜 발생하는지에 대한 메커니즘(mechanism)을 연구하고 그 결과에 따른 제거 방안을 도출하여 신뢰성 불량을 원천적으로 제거할 수 있는 방법을 연구하는 것을 목적으로 한다. 본 연구는 기존 소재와 저손실 고주파 유전 소재(low Dk&Df)의 소재 특성이 건속(dry) 및 습식(wet) 식각(etching)공정 에 미치는 영향을 연구하고자 한다. 이를 위해 먼저 소재의 분자 구조상의 차이를 분석하였고 건식/습식 식각 공정시의 소재의 반응성에 대한 이론적 연구를 수행하였다. 식각 공정으로는 플라즈마와 과망간산을 이용한 건식/습식 식각 공정을 대상으로 하였다. 식각 공정의 정량화를 위해 식각 공정 전/후의 비 관통홀이 형성된 시편의 홀속 깊이를 측정하여 수지 잔량을 평가하였다. 실험 결과 유전소재를 구성하는 수지에 따라 약품(chemical)과 플라즈마(plasma)에 대한 방응성이 다르다는 것을 알 수 있었다.또한, 소재와 식각 공정 변수를 인자/수준별화하여 식각 공정 결과를 정량화하여 이론의 타당성을 검증하였다.마지막으로 수지 잔량과 비 관통홀 크기를 종속변수, 건식/습식 식각량을 독립변수로 설정하여 표면반응 실험을 수행하여 최적의 식각 공정을 설계하였다.

Demand for Radio Frequency System In Package (Radio Frequency) in high frequency area is rapidly increasing. As a result, the importance of low-loss, high-frequency genetic material to reduce noise between frequencies is increasing. In particular, identifying problems in the process of manufacturing semiconductor substrates due to the changing characteristics of materials has emerged as an important issue. Therefore, the purpose of this study is to study the mechanism of why resin residue defects occur in the bottom area of the non-penetrating hole, one of the biggest reliability items of the semiconductor substrate, and to draw up measures to eliminate the reliability deficiencies at source. This study aims to study the effects of existing materials and material properties of low-loss high-frequency dielectric materials (low Dk&Df) on dry and wet etching processes. To this end, the differences in the molecular structure of the material were first analyzed and theoretical studies were conducted on the reactivity of the material during the dry/wet etching process. The etching process was targeted for dry and wet etching processes using plasma and Permanganate. To quantify the etching process, the depth of the hole in the specimen before and after the etching process was measured to assess the residual amount of the resin.Experiments have shown that the chemical and plasma reactivity varies depending on the resin that constitutes the genetic material. In addition, the material and etching process variables were identified to quantify the etching process results to verify the validity of the theory. Finally, an optimal etching process was designed by conducting a surface response experiment by setting the residual and non-penetrating hole sizes as dependent variables and dry/wet etching quantities as independent variables.