Pengetsaan basah awal mendorong berkembangnya proses pembersihan atau pengabuan. Saat ini, etsa kering menggunakan plasma telah menjadi hal yang umumproses etsa. Plasma terdiri dari elektron, kation dan radikal. Energi yang diterapkan pada plasma menyebabkan elektron terluar dari gas sumber dalam keadaan netral dilepaskan, sehingga mengubah elektron tersebut menjadi kation.
Selain itu, atom-atom yang tidak sempurna dalam molekul dapat dihilangkan dengan menerapkan energi untuk membentuk radikal yang netral secara listrik. Etsa kering menggunakan kation dan radikal yang menyusun plasma, dimana kation bersifat anisotropik (cocok untuk etsa ke arah tertentu) dan radikal bersifat isotropik (cocok untuk etsa ke segala arah). Jumlah radikal jauh lebih banyak dibandingkan jumlah kation. Dalam hal ini, etsa kering harus bersifat isotropik seperti etsa basah.
Namun, etsa anisotropik dari etsa keringlah yang memungkinkan terjadinya sirkuit ultra-miniatur. Apa alasannya? Selain itu, kecepatan etsa kation dan radikal sangat lambat. Jadi bagaimana kita dapat menerapkan metode etsa plasma pada produksi massal jika menghadapi kekurangan ini?
1. Rasio Aspek (A/R)
Gambar 1. Konsep aspek rasio dan dampak kemajuan teknologi terhadapnya
Rasio Aspek adalah rasio lebar horizontal terhadap tinggi vertikal (yaitu tinggi dibagi lebar). Semakin kecil dimensi kritis (CD) rangkaian, maka semakin besar nilai aspek rasionya. 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), diperlukan nilai rasio aspek yang sangat tinggi untuk memastikan bahwa kation dapat menembus lapisan bawah selama pengetsaan.
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. Sekalipun kondisi yang diperlukan untuk proses lain terpenuhi, produk yang diperlukan tidak dapat diproduksi jika:proses etsatidak memenuhi standar. Inilah sebabnya mengapa teknologi etsa menjadi semakin penting.
2. Tinjauan etsa plasma
Gambar 2. Penentuan gas sumber plasma menurut jenis film
Bila digunakan pipa berongga, semakin sempit diameter pipa maka semakin mudah cairan masuk, hal ini disebut dengan fenomena kapiler. Namun, jika lubang (ujung tertutup) dibor di area terbuka, pemasukan cairan menjadi cukup sulit. Oleh karena itu, karena ukuran kritis sirkuit adalah 3um hingga 5um pada pertengahan tahun 1970an, sirkuit keringetsasecara bertahap menggantikan etsa basah sebagai produk utama. Artinya, meskipun terionisasi, lebih mudah menembus lubang yang dalam karena volume molekul tunggal lebih kecil dibandingkan volume molekul larutan polimer organik.
Selama pengetsaan plasma, bagian dalam ruang pemrosesan yang digunakan untuk pengetsaan harus diatur ke kondisi vakum sebelum menyuntikkan gas sumber plasma yang sesuai untuk lapisan terkait. 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 insulasi silikon dioksida (SiO2) di bawahnya digores?
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 digores dalam dua langkah menggunakan gas sumber plasma berbasis karbon fluorida (silikon dioksida + karbon tetrafluorida) dengan selektivitas dan efektivitas pengetsaan yang lebih kuat.
3. Proses etsa ion reaktif (RIE atau etsa fisikokimia).
Gambar 3. Keuntungan etsa ion reaktif (anisotropi dan laju etsa tinggi)
Plasma mengandung radikal bebas isotropik dan kation anisotropik, jadi bagaimana cara melakukan etsa anisotropik?
Etsa kering plasma terutama dilakukan dengan etsa ion reaktif (RIE, Reactive Ion Etching) atau aplikasi berdasarkan metode ini. Inti dari metode RIE adalah melemahkan gaya pengikatan antar molekul target dalam film dengan cara menyerang area etsa dengan kation anisotropik. Area yang melemah diserap oleh radikal bebas, digabungkan dengan partikel penyusun lapisan, diubah menjadi gas (senyawa yang mudah menguap) dan dilepaskan.
Meskipun radikal bebas mempunyai sifat isotropik, molekul-molekul yang menyusun permukaan bawah (yang daya ikatnya dilemahkan oleh serangan kation) lebih mudah ditangkap oleh radikal bebas dan diubah menjadi senyawa baru dibandingkan dinding samping yang mempunyai daya ikat kuat. Oleh karena itu, etsa ke bawah menjadi arus utama. Partikel yang ditangkap menjadi gas dengan radikal bebas, yang diserap 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 pengetsaan fisik dan kimia, dan laju pengetsaan (Etch Rate, derajat pengetsaan dalam periode waktu tertentu) meningkat sebesar 10 kali lipat. dibandingkan dengan kasus etsa kationik atau etsa radikal bebas saja. Metode ini tidak hanya dapat meningkatkan laju etsa dari etsa ke bawah anisotropik, tetapi juga memecahkan masalah residu polimer setelah etsa. Metode ini disebut etsa ion reaktif (RIE). Kunci keberhasilan etsa RIE adalah menemukan sumber gas plasma yang cocok untuk mengetsa 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 Core Etch terkait dengan Etch Rate
Tingkat etsa mengacu pada kedalaman film yang diperkirakan akan dicapai dalam satu menit. Jadi apa artinya tingkat etsa bervariasi dari satu bagian ke bagian lain pada satu wafer?
Ini berarti kedalaman etsa bervariasi dari satu bagian ke bagian lain pada wafer. Oleh karena itu, sangat penting untuk menetapkan titik akhir (EOP) di mana pengetsaan harus dihentikan dengan mempertimbangkan laju penggoresan rata-rata dan kedalaman penggoresan. Sekalipun EOP telah ditetapkan, masih ada beberapa area yang kedalaman penggoresannya lebih dalam (over-etching) atau lebih dangkal (under-etching) dari rencana semula. Namun, pengetsaan yang kurang menyebabkan lebih banyak kerusakan dibandingkan pengetsaan yang berlebihan selama pengetsaan. Karena pada kasus under-etching, bagian yang under-etching 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. Artinya semakin tinggi selektivitasnya, semakin cepat lapisan target tergores. Semakin tinggi tingkat miniaturisasi, semakin tinggi pula persyaratan selektivitas untuk memastikan bahwa pola halus dapat ditampilkan dengan sempurna. Karena arah etsa lurus, selektivitas etsa kationik rendah, sedangkan selektivitas etsa radikal tinggi, sehingga meningkatkan selektivitas RIE.
5. Proses etsa
Gambar 5. Proses etsa
Pertama, wafer ditempatkan dalam tungku oksidasi dengan suhu dipertahankan antara 800 dan 1000℃, dan kemudian film silikon dioksida (SiO2) dengan sifat insulasi tinggi dibentuk pada permukaan wafer dengan metode kering. Selanjutnya proses pengendapan dimasukkan untuk membentuk lapisan silikon atau lapisan konduktif pada film oksida dengan cara deposisi uap kimia (CVD)/deposisi uap fisik (PVD). Jika lapisan silikon terbentuk, proses difusi pengotor dapat dilakukan untuk meningkatkan konduktivitas jika diperlukan. Selama proses difusi pengotor, banyak pengotor sering kali ditambahkan berulang kali.
Pada saat ini, lapisan insulasi dan lapisan polisilikon harus digabungkan untuk pengetsaan. Pertama, photoresist digunakan. Selanjutnya masker dipasang pada film photoresist dan pemaparan basah dilakukan dengan cara perendaman untuk mencetak pola yang diinginkan (tidak terlihat dengan mata telanjang) pada film photoresist. Ketika garis besar pola terungkap melalui pengembangan, photoresist di area fotosensitif dihilangkan. Kemudian wafer yang telah diproses dengan proses fotolitografi dipindahkan ke proses etsa untuk etsa kering.
Etsa kering terutama dilakukan dengan etsa ion reaktif (RIE), di mana etsa diulangi terutama dengan mengganti sumber gas yang sesuai untuk setiap film. Baik etsa kering maupun etsa basah bertujuan untuk meningkatkan rasio aspek (nilai A/R) dari etsa. Selain itu, pembersihan rutin diperlukan untuk menghilangkan polimer yang terakumulasi di dasar lubang (celah yang terbentuk akibat etsa). Poin pentingnya adalah semua variabel (seperti bahan, sumber gas, waktu, bentuk dan urutan) harus disesuaikan secara organik untuk memastikan bahwa larutan pembersih atau gas sumber plasma dapat mengalir ke dasar parit. Sedikit perubahan pada suatu variabel memerlukan perhitungan ulang variabel lainnya, dan proses perhitungan ulang ini diulangi hingga memenuhi tujuan setiap tahap. Belakangan ini, lapisan monoatomik seperti lapisan deposisi lapisan atom (ALD) menjadi lebih tipis dan keras. Oleh karena itu, teknologi etsa bergerak ke arah penggunaan suhu dan tekanan rendah. Proses etsa bertujuan untuk mengontrol dimensi kritis (CD) agar menghasilkan pola yang halus dan memastikan terhindarnya permasalahan yang timbul pada proses etsa, terutama under-etching dan permasalahan terkait penghilangan residu. Dua artikel tentang etsa di atas bertujuan untuk memberikan pemahaman kepada pembaca mengenai tujuan proses etsa, hambatan dalam mencapai tujuan di atas, dan indikator kinerja yang digunakan untuk mengatasi hambatan tersebut.
Waktu posting: 10 Sep-2024