Teknologi proses etsa semikonduktor

Etsa, atau etsa, adalah langkah penting dalam pembuatan semikonduktor, pembuatan IC mikroelektronika, dan proses pembuatan mikro/nano. Ini adalah proses pola utama yang terkait dengan fotolitografi. Dalam arti sempit, etsa pada dasarnya adalah etsa fotolitografi, dimana photoresist pertama kali diekspos menggunakan fotolitografi, dan kemudian metode lain digunakan untuk mengetsa bahan yang tidak diinginkan. Etsa adalah proses selektif menghilangkan bahan yang tidak diinginkan dari permukaan wafer silikon menggunakan metode kimia atau fisik. Tujuan dasarnya adalah meniru pola masker secara akurat pada wafer silikon yang dilapisi. Dengan berkembangnya proses mikrofabrikasi, etsa secara luas menjadi istilah umum untuk pengupasan dan penghilangan material menggunakan larutan, ion reaktif, atau metode mekanis lainnya, menjadi istilah umum dalam mikrofabrikasi.

Etsa secara garis besar dapat dikategorikan menjadi dua jenis: etsa basah dan etsa kering. Dalam etsa kering, gas tereksitasi pada frekuensi tinggi (terutama 13,56 MHz atau 2,45 GHz). Di bawah tekanan 1 hingga 100 Pa, jalur bebas rata-ratanya berkisar dari beberapa milimeter hingga beberapa sentimeter. Ada tiga jenis utama etsa kering:

• Pengetsaan kering fisik: Mempercepat keausan fisik partikel pada permukaan wafer;

• Etsa kering kimia: Gas bereaksi secara kimia dengan permukaan wafer;

• Etsa kering kimia-fisik: Suatu proses etsa fisik dengan sifat kimia;

1. Etsa berkas ion

Etsa berkas ion adalah proses etsa kering fisik. Ion argon dipancarkan ke permukaan dalam berkas ion dengan kekuatan kira-kira 1 hingga 3 keV. Karena energi ion, mereka membombardir material permukaan. Wafer dimasukkan secara vertikal atau miring ke dalam berkas ion, dan proses etsa benar-benar anisotropik. Selektivitasnya rendah karena tidak membedakan antar lapisan. Gas dan material yang dipoles dikeluarkan oleh pompa vakum; namun, karena produk reaksinya tidak berbentuk gas, partikel dapat mengendap di wafer atau dinding ruang.

Untuk menghindari partikel-partikel ini, gas kedua dimasukkan ke dalam ruangan. Gas ini bereaksi dengan ion argon, menginduksi proses etsa fisikokimia. Sebagian gas bereaksi dengan permukaan, namun sebagian lagi bereaksi dengan partikel yang dipoles untuk membentuk produk samping berupa gas. Hampir semua bahan dapat digores menggunakan metode ini. Karena radiasi vertikal, keausan pada dinding vertikal sangat rendah (anisotropi tinggi). Namun, karena selektivitas yang rendah dan laju etsa yang rendah, proses ini jarang digunakan dalam manufaktur semikonduktor modern.

2. Pengetsaan Plasma

Etsa plasma merupakan proses etsa yang benar-benar kimia (chemical dry etsa). Keuntungannya adalah permukaan wafer tidak rusak oleh ion-ion yang dipercepat. Karena partikel gas etsa yang dapat bergerak, profil etsa bersifat isotropik, sehingga metode ini cocok untuk menghilangkan seluruh lapisan film (misalnya, pembersihan sisi belakang setelah oksidasi termal).

Salah satu jenis reaktor yang digunakan untuk etsa plasma adalah reaktor hilir. Plasma dinyalakan pada frekuensi tinggi 2,45 GHz melalui ionisasi tumbukan, dan lokasi ionisasi tumbukan terpisah dari wafer.

Di wilayah pelepasan gas, terdapat berbagai partikel, termasuk radikal bebas, akibat dampaknya. Radikal bebas adalah atom atau molekul netral dengan elektron tak jenuh sehingga sangat reaktif. Sebagai gas netral, tetrafluorometana (CF4) dimasukkan ke daerah pelepasan gas dan dipisahkan menjadi molekul CF2 dan fluor (F2). Demikian pula, fluor dapat dipisahkan dari CF4 dengan menambahkan oksigen (O2):

2 CF4 + O2 ---> 2 COF2 + 2 F2

Molekul fluor dapat dipecah menjadi dua atom fluor yang terpisah berdasarkan energi di daerah pelepasan gas: setiap atom fluor adalah radikal bebas fluor, karena setiap atom memiliki tujuh elektron valensi dan bertujuan untuk mencapai konfigurasi gas inert. Selain radikal bebas netral, ada beberapa partikel bermuatan parsial (CF+4, CF+3, CF+2, ...). Semua partikel, radikal bebas, dll, kemudian masuk ke ruang etsa melalui tabung keramik. Partikel bermuatan dapat diblokir dari ruang etsa dengan kisi ekstraksi atau digabungkan kembali selama pembentukan molekul netral. Radikal fluor juga sebagian bergabung kembali, tetapi cukup untuk mencapai ruang etsa, bereaksi pada permukaan wafer, dan menyebabkan abrasi kimia. Partikel netral lainnya bukan bagian dari proses etsa dan habis bersama produk reaksi.

Contoh film tipis yang dapat tergores pada etsa plasma: • Silikon: Si + 4F ---> SiF4 • Silikon dioksida: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • Silikon nitrida: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. Karakteristik etsa ion reaktif (RIE): Selektivitas, profil etsa, laju etsa, keseragaman, dan keterulangan semuanya dapat dikontrol dengan sangat tepat dalam etsa ion reaktif. Profil etsa isotropik dan juga profil anisotropik dimungkinkan. Oleh karena itu, RIE adalah proses etsa fisik kimia dan merupakan proses terpenting dalam pembuatan semikonduktor untuk membuat berbagai macam film tipis. Di ruang proses, wafer ditempatkan pada elektroda frekuensi tinggi (elektroda HF). Plasma dihasilkan oleh dampak ionisasi, di mana elektron bebas dan ion bermuatan positif muncul. Jika elektroda HF berada pada tegangan positif, elektron bebas terakumulasi di dalamnya dan tidak dapat meninggalkan elektroda lagi karena afinitas elektronnya. Oleh karena itu, elektroda diisi hingga -1000 V (tegangan bias). Ion lambat yang tidak dapat mengikuti medan bolak-balik cepat bergerak menuju elektroda bermuatan negatif.

Jika jalur bebas rata-rata ion tinggi, partikel akan membombardir permukaan wafer dengan sudut hampir tegak lurus. Dengan demikian, material dikeluarkan dari permukaan melalui ion yang dipercepat (etsa fisik), dan beberapa partikel juga bereaksi secara kimia dengan permukaan. Dinding samping lateral tidak terpengaruh, sehingga tidak ada keausan dan profil etsa tetap anisotropik. Selektivitasnya tidak terlalu kecil, namun tidak terlalu besar karena proses etsa fisik. Selain itu, permukaan wafer dirusak oleh ion yang dipercepat dan harus disembuhkan dengan anil termal. Bagian kimia dari proses etsa dilakukan melalui reaksi radikal bebas dengan permukaan dan bahan yang digiling secara fisik, sehingga tidak disimpan kembali ke wafer atau dinding ruang seperti pada etsa berkas ion. Dengan meningkatkan tekanan dalam ruang etsa, jalur bebas rata-rata partikel berkurang. Oleh karena itu, terjadi lebih banyak tumbukan, dan partikel bergerak ke arah yang berbeda. Hal ini menghasilkan pengetsaan yang kurang terarah, dan proses pengetsaan memperoleh lebih banyak sifat kimia. Peningkatan selektivitas menghasilkan profil etsa yang lebih isotropik. Profil etsa anisotropik dicapai melalui pasivasi dinding samping selama etsa silikon. Oksigen dalam ruang etsa bereaksi dengan silikon yang digiling untuk membentuk silikon dioksida, yang disimpan pada dinding samping vertikal. Lapisan oksida pada daerah horizontal dihilangkan karena bombardir ion, sehingga proses etsa lateral dapat dilanjutkan.

Laju etsa bergantung pada tekanan, daya generator frekuensi tinggi, gas proses, laju aliran gas aktual, dan suhu wafer. Anisotropi meningkat dengan meningkatnya daya frekuensi tinggi, penurunan tekanan, dan penurunan suhu. Keseragaman proses etsa tergantung pada gas, jarak antara dua elektroda, dan bahan elektroda. Jika jaraknya terlalu kecil, plasma tidak dapat terdispersi secara merata sehingga mengakibatkan ketidakhomogenan. Meningkatkan jarak elektroda mengurangi laju etsa karena plasma didistribusikan pada volume yang diperluas. Untuk elektroda, karbon telah terbukti menjadi bahan pilihan. Karena fluor dan klor juga menyerang karbon, elektroda menghasilkan plasma tegang yang seragam, sehingga tepi wafer terpengaruh dengan cara yang sama seperti pusat wafer.

Selektivitas dan laju etsa sangat bergantung pada gas proses. Untuk senyawa silikon dan silikon, fluor dan klor terutama digunakan.

Proses etsa tidak terbatas pada satu gas, campuran gas, atau parameter proses tetap. Misalnya, oksida asli pada polisilikon dapat dihilangkan terlebih dahulu dengan laju pengetsaan yang tinggi dan selektivitas yang rendah, diikuti dengan pengetsaan polisilikon dengan selektivitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan lapisan di bawahnya.

Semicorex menawarkan beragamkomponen SiCdalam proses etsa. Jika Anda memiliki pertanyaan atau memerlukan detail tambahan, jangan ragu untuk menghubungi kami.

Hubungi telepon #+86-13567891907

Email: penjualan@semicorex.com