Pengetsaan basah awal mendorong perkembangan proses pembersihan atau pengabuan. Saat ini, pengetsaan kering menggunakan plasma telah menjadi arus utama.proses etsaPlasma terdiri dari elektron, kation, dan radikal. Energi yang diberikan pada plasma menyebabkan elektron terluar dari gas sumber dalam keadaan netral terlepas, sehingga mengubah elektron ini menjadi kation.
Selain itu, atom-atom yang tidak sempurna dalam molekul dapat dilepaskan dengan menerapkan energi untuk membentuk radikal netral secara elektrik. Pengetsaan kering menggunakan kation dan radikal yang membentuk plasma, di mana kation bersifat anisotropik (cocok untuk pengetsaan dalam arah tertentu) dan radikal bersifat isotropik (cocok untuk pengetsaan dalam segala arah). Jumlah radikal jauh lebih banyak daripada jumlah kation. Dalam hal ini, pengetsaan kering harus isotropik seperti pengetsaan basah.
Namun, etsa anisotropik dari etsa keringlah yang memungkinkan sirkuit ultra-miniatur. Apa alasannya? Selain itu, kecepatan etsa kation dan radikal sangat lambat. Jadi, bagaimana kita dapat menerapkan metode etsa plasma untuk produksi massal dalam menghadapi kekurangan ini?
1. Rasio Aspek (A/R)
Gambar 1. Konsep rasio aspek dan dampak kemajuan teknologi terhadapnya
Rasio Aspek adalah rasio lebar horizontal terhadap tinggi vertikal (yaitu, tinggi dibagi lebar). Semakin kecil dimensi kritis (CD) sirkuit, semakin besar nilai rasio aspek. Artinya, dengan asumsi nilai rasio aspek 10 dan lebar 10nm, tinggi lubang yang dibor selama proses etsa harus 100nm. Oleh karena itu, untuk produk generasi berikutnya yang memerlukan ultra-miniaturisasi (2D) atau kepadatan tinggi (3D), nilai rasio aspek yang sangat tinggi diperlukan untuk memastikan bahwa kation dapat menembus lapisan bawah selama etsa.
Untuk mencapai teknologi ultra-miniaturisasi dengan dimensi kritis kurang dari 10nm dalam produk 2D, nilai rasio aspek kapasitor memori akses acak dinamis (DRAM) harus dipertahankan di atas 100. Demikian pula, memori flash NAND 3D juga memerlukan nilai rasio aspek yang lebih tinggi untuk menumpuk 256 lapisan atau lebih lapisan penumpukan sel. Bahkan jika kondisi yang diperlukan untuk proses lain terpenuhi, produk yang diperlukan tidak dapat diproduksi jikaproses etsatidak memenuhi standar. Inilah sebabnya mengapa teknologi etsa menjadi semakin penting.
2. Tinjauan umum plasma etching
Gambar 2. Penentuan gas sumber plasma berdasarkan jenis film
Bila pipa berongga digunakan, makin sempit diameter pipa, makin mudah cairan masuk, yang disebut fenomena kapiler. Akan tetapi, bila lubang (ujung tertutup) akan dibor di area yang terbuka, masukan cairan menjadi cukup sulit. Oleh karena itu, karena ukuran kritis sirkuit adalah 3um hingga 5um pada pertengahan tahun 1970-an, keringetsaSecara bertahap telah menggantikan etsa basah sebagai arus utama. Artinya, meskipun terionisasi, etsa basah lebih mudah menembus lubang yang dalam karena volume molekul tunggal lebih kecil daripada molekul larutan polimer organik.
Selama plasma etching, bagian dalam ruang pemrosesan yang digunakan untuk etching harus disesuaikan ke keadaan vakum sebelum menyuntikkan gas sumber plasma yang sesuai untuk lapisan yang relevan. Saat mengetsa film oksida padat, gas sumber berbasis karbon fluorida yang lebih kuat harus digunakan. Untuk film silikon atau logam yang relatif lemah, gas sumber plasma berbasis klorin harus digunakan.
Jadi, bagaimana lapisan gerbang dan lapisan isolasi silikon dioksida (SiO2) yang mendasarinya harus diukir?
Pertama, untuk lapisan gerbang, silikon harus dihilangkan menggunakan plasma berbasis klorin (silikon + klorin) dengan selektivitas etsa polisilikon. Untuk lapisan isolasi bawah, film silikon dioksida harus dietsa dalam dua langkah menggunakan gas sumber plasma berbasis karbon fluorida (silikon dioksida + karbon tetrafluorida) dengan selektivitas dan efektivitas etsa yang lebih kuat.
3. Proses etsa ion reaktif (RIE atau etsa fisikokimia)
Gambar 3. Keuntungan dari etsa ion reaktif (anisotropi dan laju etsa tinggi)
Plasma mengandung radikal bebas isotropik dan kation anisotropik, jadi bagaimana cara melakukan etsa anisotropik?
Plasma dry etching terutama dilakukan dengan reactive ion etching (RIE, Reactive Ion Etching) atau aplikasi berdasarkan metode ini. Inti dari metode RIE adalah melemahkan gaya pengikatan antara molekul target dalam film dengan menyerang area etching dengan kation anisotropik. Area yang melemah diserap oleh radikal bebas, dikombinasikan dengan partikel yang membentuk lapisan, diubah menjadi gas (senyawa volatil) dan dilepaskan.
Meskipun radikal bebas memiliki karakteristik isotropik, molekul yang membentuk permukaan bawah (yang daya ikatnya melemah karena serangan kation) lebih mudah ditangkap oleh radikal bebas dan diubah menjadi senyawa baru daripada dinding samping dengan daya ikat yang kuat. Oleh karena itu, pengetsaan ke bawah menjadi arus utama. Partikel yang ditangkap menjadi gas dengan radikal bebas, yang diserap dan dilepaskan dari permukaan di bawah aksi vakum.
Pada saat ini, kation yang diperoleh dengan tindakan fisik dan radikal bebas yang diperoleh dengan tindakan kimia digabungkan untuk pengetsaan fisik dan kimia, dan laju pengetsaan (Laju Pengetsaan, derajat pengetsaan dalam periode waktu tertentu) ditingkatkan 10 kali lipat dibandingkan dengan kasus pengetsaan kationik atau pengetsaan radikal bebas saja. Metode ini tidak hanya dapat meningkatkan laju pengetsaan dari pengetsaan ke bawah anisotropik, tetapi juga memecahkan masalah residu polimer setelah pengetsaan. Metode ini disebut pengetsaan ion reaktif (RIE). Kunci keberhasilan pengetsaan RIE adalah menemukan gas sumber plasma yang cocok untuk pengetsaan film. Catatan: Pengetsaan plasma adalah pengetsaan RIE, dan keduanya dapat dianggap sebagai konsep yang sama.
4. Tingkat Etch dan Indeks Kinerja Inti
Gambar 4. Indeks Kinerja Inti Etch terkait dengan Laju Etch
Laju pengetsaan mengacu pada kedalaman film yang diharapkan tercapai dalam satu menit. Jadi, apa artinya laju pengetsaan bervariasi dari satu bagian ke bagian lain pada satu wafer?
Artinya kedalaman pengetsaan bervariasi dari bagian ke bagian pada wafer. Oleh karena itu, sangat penting untuk menetapkan titik akhir (EOP) tempat pengetsaan harus dihentikan dengan mempertimbangkan laju pengetsaan rata-rata dan kedalaman pengetsaan. Sekalipun EOP ditetapkan, masih ada beberapa area yang kedalaman pengetsaannya lebih dalam (over-etched) atau lebih dangkal (under-etched) daripada yang direncanakan semula. Akan tetapi, under-etching menyebabkan kerusakan lebih besar daripada over-etching selama pengetsaan. Sebab, dalam kasus under-etching, bagian yang under-etched akan menghambat proses selanjutnya seperti implantasi ion.
Sementara itu, selektivitas (diukur dengan laju etsa) merupakan indikator kinerja utama dari proses etsa. Standar pengukuran didasarkan pada perbandingan laju etsa lapisan masker (film fotoresist, film oksida, film silikon nitrida, dll.) dan lapisan target. Ini berarti bahwa semakin tinggi selektivitas, semakin cepat lapisan target teretsa. Semakin tinggi tingkat miniaturisasi, semakin tinggi pula persyaratan selektivitas untuk memastikan bahwa pola-pola halus dapat disajikan dengan sempurna. Karena arah etsa lurus, selektivitas etsa kationik rendah, sedangkan selektivitas etsa radikal tinggi, yang meningkatkan selektivitas RIE.
5. Proses etsa
Gambar 5. Proses etsa
Pertama, wafer ditempatkan dalam tungku oksidasi dengan suhu yang dijaga antara 800 dan 1000℃, kemudian lapisan silikon dioksida (SiO2) dengan sifat insulasi tinggi dibentuk pada permukaan wafer dengan metode kering. Selanjutnya, proses pengendapan dilakukan untuk membentuk lapisan silikon atau lapisan konduktif pada lapisan oksida dengan pengendapan uap kimia (CVD)/pengendapan uap fisik (PVD). Jika lapisan silikon terbentuk, proses difusi pengotor dapat dilakukan untuk meningkatkan konduktivitas jika perlu. Selama proses difusi pengotor, beberapa pengotor sering ditambahkan berulang kali.
Pada saat ini, lapisan isolasi dan lapisan polisilikon harus digabungkan untuk pengetsaan. Pertama, photoresist digunakan. Selanjutnya, masker ditempatkan pada film photoresist dan paparan basah dilakukan dengan perendaman untuk mencetak pola yang diinginkan (tidak terlihat oleh mata telanjang) pada film photoresist. Ketika garis besar pola terungkap melalui pengembangan, photoresist di area fotosensitif dihilangkan. Kemudian, wafer yang diproses oleh proses fotolitografi dipindahkan ke proses pengetsaan untuk pengetsaan kering.
Pengetsaan kering terutama dilakukan dengan pengetsaan ion reaktif (RIE), di mana pengetsaan diulang terutama dengan mengganti gas sumber yang cocok untuk setiap film. Baik pengetsaan kering maupun pengetsaan basah bertujuan untuk meningkatkan rasio aspek (nilai A/R) pengetsaan. Selain itu, pembersihan rutin diperlukan untuk menghilangkan polimer yang terkumpul di dasar lubang (celah yang terbentuk oleh pengetsaan). Hal yang penting adalah bahwa semua variabel (seperti bahan, gas sumber, waktu, bentuk, dan urutan) harus disesuaikan secara organik untuk memastikan bahwa larutan pembersih atau gas sumber plasma dapat mengalir ke dasar parit. Perubahan kecil pada suatu variabel memerlukan perhitungan ulang variabel lain, dan proses perhitungan ulang ini diulang hingga memenuhi tujuan setiap tahap. Baru-baru ini, lapisan monoatomik seperti lapisan pengendapan lapisan atom (ALD) telah menjadi lebih tipis dan lebih keras. Oleh karena itu, teknologi pengetsaan bergerak menuju penggunaan suhu dan tekanan rendah. Proses pengetsaan bertujuan untuk mengendalikan dimensi kritis (CD) untuk menghasilkan pola yang halus dan memastikan bahwa masalah yang disebabkan oleh proses pengetsaan dihindari, terutama pengetsaan yang kurang dan masalah yang terkait dengan penghilangan residu. Dua artikel tentang etsa di atas bertujuan untuk memberikan pemahaman kepada pembaca tentang tujuan proses etsa, hambatan dalam mencapai tujuan di atas, dan indikator kinerja yang digunakan untuk mengatasi hambatan tersebut.
Waktu posting: 10-Sep-2024