Pada awalnya, etsa basah mendorong pengembangan proses pembersihan atau pengabuan. Saat ini, etsa kering menggunakan plasma telah menjadi metode 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-elektron ini menjadi kation.
Selain itu, atom-atom yang tidak sempurna dalam molekul dapat dihilangkan dengan menerapkan energi untuk membentuk radikal yang netral secara listrik. Etching kering menggunakan kation dan radikal yang membentuk plasma, di mana kation bersifat anisotropik (cocok untuk etching dalam arah tertentu) dan radikal bersifat isotropik (cocok untuk etching ke segala arah). Jumlah radikal jauh lebih besar daripada jumlah kation. Dalam hal ini, etching kering seharusnya bersifat isotropik seperti etching basah.
Namun, etsa anisotropik pada etsa keringlah yang memungkinkan terciptanya 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 dengan keterbatasan ini?
1. Rasio Aspek (A/R)
Gambar 1. Konsep rasio aspek dan dampak kemajuan teknologi terhadapnya
Rasio aspek adalah perbandingan antara lebar horizontal dan tinggi vertikal (yaitu, tinggi dibagi lebar). Semakin kecil dimensi kritis (CD) dari sirkuit, semakin besar nilai rasio aspeknya. Artinya, dengan asumsi nilai rasio aspek 10 dan lebar 10nm, tinggi lubang yang dibor selama proses etsa seharusnya 100nm. Oleh karena itu, untuk produk generasi berikutnya yang membutuhkan ultra-miniaturisasi (2D) atau kepadatan tinggi (3D), nilai rasio aspek yang sangat tinggi diperlukan untuk memastikan bahwa kation dapat menembus lapisan bawah selama proses etsa.
Untuk mencapai teknologi ultra-miniaturisasi dengan dimensi kritis kurang dari 10nm pada produk 2D, nilai rasio aspek kapasitor memori akses acak dinamis (DRAM) harus dipertahankan di atas 100. Demikian pula, memori flash NAND 3D juga membutuhkan nilai rasio aspek yang lebih tinggi untuk menumpuk 256 lapisan atau lebih dari lapisan penumpukan sel. Bahkan jika kondisi yang dibutuhkan untuk proses lain terpenuhi, produk yang dibutuhkan tidak dapat diproduksi jikaproses etsatidak memenuhi standar. Inilah mengapa teknologi etsa menjadi semakin penting.
2. Gambaran umum etsa plasma
Gambar 2. Menentukan gas sumber plasma berdasarkan jenis film
Ketika pipa berongga digunakan, semakin sempit diameter pipa, semakin mudah cairan masuk, yang disebut fenomena kapiler. Namun, jika lubang (ujung tertutup) dibor di area yang terbuka, masuknya cairan menjadi cukup sulit. Oleh karena itu, karena ukuran kritis sirkuit adalah 3µm hingga 5µm pada pertengahan tahun 1970-an, maka pipa kering digunakan.etsaSecara bertahap telah menggantikan etsa basah sebagai metode utama. Artinya, meskipun terionisasi, ia lebih mudah menembus lubang yang dalam karena volume molekul tunggal lebih kecil daripada volume molekul larutan polimer organik.
Selama proses etsa plasma, bagian dalam ruang pemrosesan yang digunakan untuk etsa harus disesuaikan ke kondisi vakum sebelum menyuntikkan gas sumber plasma yang sesuai untuk lapisan yang bersangkutan. 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 seharusnya lapisan gerbang dan lapisan isolasi silikon dioksida (SiO2) di bawahnya 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. Keunggulan etsa ion reaktif (anisotropi dan laju etsa tinggi)
Plasma mengandung radikal bebas isotropik dan kation anisotropik, jadi bagaimana cara kerjanya dalam melakukan etsa anisotropik?
Etching kering plasma terutama dilakukan dengan etching ion reaktif (RIE, Reactive Ion Etching) atau aplikasi yang berbasis pada metode ini. Inti dari metode RIE adalah melemahkan gaya ikat antara molekul target dalam film dengan menyerang area etsa dengan kation anisotropik. Area yang melemah tersebut diserap oleh radikal bebas, bergabung dengan partikel-partikel yang membentuk lapisan, diubah menjadi gas (senyawa volatil) dan dilepaskan.
Meskipun radikal bebas memiliki karakteristik isotropik, molekul yang membentuk permukaan bawah (yang gaya ikatnya melemah akibat serangan kation) lebih mudah ditangkap oleh radikal bebas dan diubah menjadi senyawa baru dibandingkan dinding samping dengan gaya ikat yang kuat. Oleh karena itu, etsa ke bawah menjadi metode utama. Partikel yang ditangkap berubah menjadi gas dengan radikal bebas, yang kemudian didesorpsi dan dilepaskan dari permukaan di bawah pengaruh vakum.
Pada saat ini, kation yang diperoleh melalui aksi fisik dan radikal bebas yang diperoleh melalui aksi kimia digabungkan untuk etsa fisik dan kimia, dan laju etsa (Etch Rate, tingkat etsa dalam periode waktu tertentu) meningkat 10 kali lipat dibandingkan dengan kasus etsa kationik atau etsa radikal bebas saja. Metode ini tidak hanya dapat meningkatkan laju etsa etsa anisotropik ke bawah, tetapi juga memecahkan masalah residu polimer setelah etsa. Metode ini disebut etsa ion reaktif (RIE). Kunci keberhasilan etsa RIE adalah menemukan gas sumber plasma yang sesuai untuk mengetsa film. Catatan: Etsa plasma adalah etsa RIE, dan keduanya dapat dianggap sebagai konsep yang sama.
4. Tingkat Etching dan Indeks Kinerja Inti
Gambar 4. Indeks Kinerja Etching Inti yang Berkaitan dengan Laju Etching
Laju etsa mengacu pada kedalaman lapisan film yang diharapkan tercapai dalam satu menit. Jadi, apa artinya laju etsa bervariasi dari satu bagian ke bagian lain pada satu wafer?
Ini berarti kedalaman etsa bervariasi dari satu bagian ke bagian lain pada wafer. Karena alasan ini, sangat penting untuk menetapkan titik akhir (EOP) di mana etsa harus berhenti dengan mempertimbangkan laju etsa rata-rata dan kedalaman etsa. Bahkan jika EOP telah ditetapkan, masih ada beberapa area di mana kedalaman etsa lebih dalam (terlalu dalam) atau lebih dangkal (terlalu dalam) daripada yang direncanakan semula. Namun, etsa yang terlalu dalam menyebabkan kerusakan yang lebih besar daripada etsa yang terlalu dalam selama proses etsa. Karena dalam kasus etsa yang terlalu dalam, bagian yang teretsa terlalu dalam akan menghambat proses selanjutnya seperti implantasi ion.
Sementara itu, selektivitas (diukur dengan laju etsa) adalah indikator kinerja utama dari proses etsa. Standar pengukuran didasarkan pada perbandingan laju etsa lapisan masker (film photoresist, film oksida, film silikon nitrida, dll.) dan lapisan target. Ini berarti bahwa semakin tinggi selektivitas, semakin cepat lapisan target dietsa. Semakin tinggi tingkat miniaturisasi, semakin tinggi persyaratan selektivitas untuk memastikan bahwa pola halus dapat ditampilkan 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 isolasi tinggi dibentuk pada permukaan wafer dengan metode kering. Selanjutnya, proses deposisi dilakukan untuk membentuk lapisan silikon atau lapisan konduktif pada lapisan oksida dengan deposisi uap kimia (CVD)/deposisi uap fisik (PVD). Jika lapisan silikon telah terbentuk, proses difusi pengotor dapat dilakukan untuk meningkatkan konduktivitas jika diperlukan. Selama proses difusi pengotor, beberapa pengotor sering ditambahkan berulang kali.
Pada tahap ini, lapisan isolasi dan lapisan polisilikon harus digabungkan untuk proses etsa. Pertama, digunakan photoresist. Selanjutnya, masker ditempatkan pada film photoresist dan dilakukan paparan basah dengan cara perendaman untuk mencetak pola yang diinginkan (tidak terlihat oleh mata telanjang) pada film photoresist. Ketika garis luar pola terlihat setelah pengembangan, photoresist di area fotosensitif dihilangkan. Kemudian, wafer yang telah diproses dengan proses fotolitografi dipindahkan ke proses etsa untuk etsa kering.
Etching kering terutama dilakukan dengan reactive ion etching (RIE), di mana etching diulang terutama dengan mengganti gas sumber yang sesuai untuk setiap film. Baik etching kering maupun etching basah bertujuan untuk meningkatkan rasio aspek (nilai A/R) etching. Selain itu, pembersihan rutin diperlukan untuk menghilangkan polimer yang terakumulasi di dasar lubang (celah yang terbentuk akibat etching). Poin pentingnya adalah semua variabel (seperti material, 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 sampai memenuhi tujuan setiap tahap. Baru-baru ini, lapisan monoatomik seperti lapisan atomic layer deposition (ALD) menjadi lebih tipis dan lebih keras. Oleh karena itu, teknologi etching bergerak menuju penggunaan suhu dan tekanan rendah. Proses etching bertujuan untuk mengontrol dimensi kritis (CD) untuk menghasilkan pola halus dan memastikan bahwa masalah yang disebabkan oleh proses etching dihindari, terutama under-etching dan masalah yang terkait dengan penghilangan residu. Kedua artikel di atas tentang etsa bertujuan untuk memberikan pemahaman kepada pembaca tentang tujuan proses etsa, hambatan untuk mencapai tujuan tersebut, dan indikator kinerja yang digunakan untuk mengatasi hambatan tersebut.
Waktu posting: 10 September 2024