Dalam proses pembuatan semikonduktor,etsateknologi adalah proses penting yang digunakan untuk secara tepat menghilangkan material yang tidak diinginkan pada substrat untuk membentuk pola sirkuit yang kompleks. Artikel ini akan memperkenalkan dua teknologi etsa utama secara mendetail – etsa plasma berpasangan kapasitif (CCP) dan etsa plasma berpasangan induktif (ICP), dan jelajahi penerapannya dalam mengetsa berbagai bahan.
Etsa plasma berpasangan kapasitif (CCP)
Etsa plasma berpasangan kapasitif (CCP) dicapai dengan menerapkan tegangan RF ke dua elektroda pelat paralel melalui matcher dan kapasitor pemblokiran DC. Kedua elektroda dan plasma bersama-sama membentuk kapasitor setara. Dalam proses ini, tegangan RF membentuk selubung kapasitif di dekat elektroda, dan batas selubung berubah seiring dengan fluktuasi tegangan yang cepat. Ketika elektron mencapai selubung yang berubah dengan cepat ini, elektron tersebut dipantulkan dan memperoleh energi, yang pada gilirannya memicu disosiasi atau ionisasi molekul gas untuk membentuk plasma. Pengetsaan CCP biasanya diterapkan pada bahan dengan energi ikatan kimia yang lebih tinggi, seperti dielektrik, namun karena laju pengetsaan yang lebih rendah, maka cocok untuk aplikasi yang memerlukan kontrol yang baik.
Etsa plasma berpasangan induktif (ICP)
Plasma yang digabungkan secara induktifetsa(ICP) didasarkan pada prinsip bahwa arus bolak-balik melewati kumparan untuk menghasilkan medan magnet induksi. Di bawah aksi medan magnet ini, elektron dalam ruang reaksi dipercepat dan terus dipercepat dalam medan listrik yang diinduksi, akhirnya bertabrakan dengan molekul gas reaksi, menyebabkan molekul terdisosiasi atau terionisasi dan membentuk plasma. Metode ini dapat menghasilkan laju ionisasi yang tinggi dan memungkinkan kepadatan plasma dan energi bombardir disesuaikan secara independen, sehingga menghasilkanPengetsaan ICPsangat cocok untuk mengetsa bahan dengan energi ikatan kimia rendah, seperti silikon dan logam. Selain itu, teknologi ICP juga memberikan keseragaman dan tingkat etsa yang lebih baik.
1. Pengetsaan logam
Etsa logam terutama digunakan untuk pemrosesan interkoneksi dan kabel logam multi-lapis. Persyaratannya meliputi: tingkat etsa yang tinggi, selektivitas yang tinggi (lebih besar dari 4:1 untuk lapisan masker dan lebih besar dari 20:1 untuk dielektrik antarlapis), keseragaman etsa yang tinggi, kontrol dimensi kritis yang baik, tidak ada kerusakan plasma, lebih sedikit kontaminan sisa, dan tidak ada korosi pada logam. Pengetsaan logam biasanya menggunakan peralatan pengetsaan plasma yang digabungkan secara induktif.
•Pengetsaan aluminium: Aluminium adalah bahan kawat terpenting pada tahap tengah dan belakang pembuatan chip, dengan keunggulan resistansi rendah, pengendapan dan pengetsaan yang mudah. Etsa aluminium biasanya menggunakan plasma yang dihasilkan oleh gas klorida (seperti Cl2). Aluminium bereaksi dengan klorin menghasilkan aluminium klorida yang mudah menguap (AlCl3). Selain itu, halida lain seperti SiCl4, BCl3, BBr3, CCl4, CHF3, dll. dapat ditambahkan untuk menghilangkan lapisan oksida pada permukaan aluminium untuk memastikan etsa normal.
• Pengetsaan tungsten: Dalam struktur interkoneksi kawat logam multi-lapis, tungsten adalah logam utama yang digunakan untuk interkoneksi bagian tengah chip. Gas berbahan dasar fluor atau berbahan dasar klor dapat digunakan untuk mengetsa logam tungsten, tetapi gas berbahan dasar fluor memiliki selektivitas yang buruk terhadap silikon oksida, sedangkan gas berbahan dasar klor (seperti CCl4) memiliki selektivitas yang lebih baik. Nitrogen biasanya ditambahkan ke gas reaksi untuk mendapatkan selektivitas lem etsa yang tinggi, dan oksigen ditambahkan untuk mengurangi pengendapan karbon. Mengetsa tungsten dengan gas berbasis klorin dapat menghasilkan etsa anisotropik dan selektivitas tinggi. Gas yang digunakan dalam etsa kering tungsten terutama adalah SF6, Ar dan O2, di antaranya SF6 dapat terurai dalam plasma untuk menghasilkan atom fluor dan tungsten untuk reaksi kimia menghasilkan fluorida.
• Pengetsaan titanium nitrida: Titanium nitrida, sebagai bahan masker keras, menggantikan masker silikon nitrida atau oksida tradisional dalam proses damaskus ganda. Etsa titanium nitrida terutama digunakan dalam proses pembukaan masker keras, dan produk reaksi utamanya adalah TiCl4. Selektivitas antara topeng tradisional dan lapisan dielektrik k rendah tidak tinggi, yang akan menyebabkan munculnya profil berbentuk busur di bagian atas lapisan dielektrik k rendah dan perluasan lebar alur setelah pengetsaan. Jarak antara garis logam yang diendapkan terlalu kecil, sehingga rentan terhadap kebocoran jembatan atau kerusakan langsung.
2. Etsa isolator
Objek etsa isolator biasanya berupa bahan dielektrik seperti silikon dioksida atau silikon nitrida, yang banyak digunakan untuk membentuk lubang kontak dan lubang saluran untuk menghubungkan lapisan sirkuit yang berbeda. Etsa dielektrik biasanya menggunakan etsa berdasarkan prinsip etsa plasma yang digabungkan secara kapasitif.
• Pengetsaan plasma pada film silikon dioksida: Film silikon dioksida biasanya digores menggunakan gas pengetsaan yang mengandung fluor, seperti CF4, CHF3, C2F6, SF6 dan C3F8. Karbon yang terkandung dalam gas etsa dapat bereaksi dengan oksigen di lapisan oksida menghasilkan produk sampingan CO dan CO2, sehingga menghilangkan oksigen di lapisan oksida. CF4 adalah gas etsa yang paling umum digunakan. Ketika CF4 bertabrakan dengan elektron berenergi tinggi, berbagai ion, radikal, atom, dan radikal bebas dihasilkan. Radikal bebas fluor dapat bereaksi secara kimia dengan SiO2 dan Si menghasilkan silikon tetrafluorida (SiF4) yang mudah menguap.
• Pengetsaan plasma pada film silikon nitrida: Film silikon nitrida dapat digores menggunakan pengetsaan plasma dengan gas campuran CF4 atau CF4 (dengan O2, SF6 dan NF3). Untuk film Si3N4, ketika plasma CF4-O2 atau plasma gas lain yang mengandung atom F digunakan untuk etsa, laju etsa silikon nitrida dapat mencapai 1200Å/menit, dan selektivitas etsa dapat mencapai 20:1. Produk utamanya adalah silikon tetrafluorida (SiF4) yang mudah menguap dan mudah diekstraksi.
4. Etsa silikon kristal tunggal
Etsa silikon kristal tunggal terutama digunakan untuk membentuk isolasi parit dangkal (STI). Proses ini biasanya mencakup proses terobosan dan proses etsa utama. Proses terobosan ini menggunakan gas SiF4 dan NF untuk menghilangkan lapisan oksida pada permukaan silikon kristal tunggal melalui bombardir ion yang kuat dan aksi kimia unsur fluor; etsa utama menggunakan hidrogen bromida (HBr) sebagai etsa utama. Radikal bromin yang diuraikan oleh HBr dalam lingkungan plasma bereaksi dengan silikon membentuk silikon tetrabromida (SiBr4) yang mudah menguap, sehingga menghilangkan silikon. Etsa silikon kristal tunggal biasanya menggunakan mesin etsa plasma yang digabungkan secara induktif.
5. Etsa Polisilikon
Etsa polisilikon adalah salah satu proses utama yang menentukan ukuran gerbang transistor, dan ukuran gerbang secara langsung mempengaruhi kinerja sirkuit terpadu. Etsa polisilikon memerlukan rasio selektivitas yang baik. Gas halogen seperti klorin (Cl2) biasanya digunakan untuk menghasilkan etsa anisotropik, dan memiliki rasio selektivitas yang baik (hingga 10:1). Gas berbasis brom seperti hidrogen bromida (HBr) dapat memperoleh rasio selektivitas yang lebih tinggi (hingga 100:1). Campuran HBr dengan klorin dan oksigen dapat meningkatkan laju etsa. Produk reaksi gas halogen dan silikon disimpan di dinding samping untuk memainkan peran protektif. Etsa polisilikon biasanya menggunakan mesin etsa plasma yang digabungkan secara induktif.
Baik itu etsa plasma yang digabungkan secara kapasitif atau etsa plasma yang digabungkan secara induktif, masing-masing memiliki keunggulan dan karakteristik teknis yang unik. Memilih teknologi etsa yang sesuai tidak hanya dapat meningkatkan efisiensi produksi, tetapi juga menjamin hasil produk akhir.
Waktu posting: 12 November 2024