Proses etsa kering biasanya terdiri dari empat keadaan dasar: sebelum etsa, etsa sebagian, etsa saja, dan etsa berlebih. Karakteristik utamanya adalah laju etsa, selektivitas, dimensi kritis, keseragaman, dan deteksi titik akhir.
Gambar 1 Sebelum etsa
Gambar 2 Etsa sebagian
Gambar 3 Hanya etsa
Gambar 4 Over etsa
(1) Laju etsa: kedalaman atau ketebalan bahan yang tergores yang dihilangkan per satuan waktu.
Gambar 5 Diagram laju etsa
(2) Selektivitas: rasio laju etsa pada bahan etsa yang berbeda.
Gambar 6 Diagram selektivitas
(3) Dimensi kritis: ukuran pola pada area tertentu setelah pengetsaan selesai.
Gambar 7 Diagram dimensi kritis
(4) Keseragaman: untuk mengukur keseragaman dimensi etsa kritis (CD), umumnya ditandai dengan peta lengkap CD, rumusnya adalah: U=(Max-Min)/2*AVG.
Gambar 8 Diagram Skema Keseragaman
(5) Deteksi titik akhir: Selama proses etsa, perubahan intensitas cahaya terus terdeteksi. Ketika intensitas cahaya tertentu naik atau turun secara signifikan, pengetsaan dihentikan untuk menandai selesainya pengetsaan lapisan film tertentu.
Gambar 9 Diagram skema titik akhir
Dalam etsa kering, gas tereksitasi pada frekuensi tinggi (terutama 13,56 MHz atau 2,45 GHz). Pada tekanan 1 hingga 100 Pa, jalur bebas rata-ratanya adalah beberapa milimeter hingga beberapa sentimeter. Ada tiga jenis utama etsa kering:
•Etsa kering fisik: partikel yang dipercepat secara fisik memakai permukaan wafer
•Etsa kering kimia: gas bereaksi secara kimia dengan permukaan wafer
•Etsa kering fisik kimia: proses etsa fisik dengan sifat kimia
1. Etsa berkas ion
Etsa berkas ion (Ion Beam Etching) adalah proses pemrosesan kering fisik yang menggunakan berkas ion argon berenergi tinggi dengan energi sekitar 1 hingga 3 keV untuk menyinari permukaan material. Energi berkas ion menyebabkannya membentur dan menghilangkan material permukaan. Proses etsa bersifat anisotropik dalam kasus berkas ion yang datang secara vertikal atau miring. Namun, karena kurangnya selektivitas, tidak ada perbedaan yang jelas antara material pada tingkat yang berbeda. Gas yang dihasilkan dan bahan yang tergores dikeluarkan oleh pompa vakum, tetapi karena produk reaksinya bukan gas, partikel diendapkan pada wafer atau dinding ruang.
Untuk mencegah pembentukan partikel, gas kedua dapat dimasukkan ke dalam ruangan. Gas ini akan bereaksi dengan ion argon dan menyebabkan proses etsa secara fisik dan kimia. Sebagian gas akan bereaksi dengan material permukaan, namun juga akan bereaksi dengan partikel yang dipoles untuk membentuk produk samping berupa gas. Hampir semua jenis bahan dapat digores dengan metode ini. Akibat radiasi vertikal, keausan pada dinding vertikal sangat kecil (anisotropi tinggi). Namun, karena selektivitasnya yang rendah dan laju etsa yang lambat, proses ini jarang digunakan dalam manufaktur semikonduktor saat ini.
2. Etsa plasma
Etsa plasma adalah proses etsa kimia absolut, juga dikenal sebagai etsa kering kimia. Keunggulannya adalah tidak menyebabkan kerusakan ion pada permukaan wafer. Karena spesies aktif dalam gas etsa bebas bergerak dan proses etsa bersifat isotropik, metode ini cocok untuk menghilangkan seluruh lapisan film (misalnya, membersihkan sisi belakang setelah oksidasi termal).
Reaktor hilir adalah jenis reaktor yang biasa digunakan untuk etsa plasma. Dalam reaktor ini, plasma dihasilkan melalui ionisasi tumbukan dalam medan listrik frekuensi tinggi 2,45GHz dan dipisahkan dari wafer.
Di area pelepasan gas, berbagai partikel dihasilkan akibat benturan dan eksitasi, termasuk radikal bebas. Radikal bebas merupakan atom atau molekul netral dengan elektron tak jenuh, sehingga sangat reaktif. Dalam proses etsa plasma, beberapa gas netral, seperti tetrafluorometana (CF4), sering digunakan, yang dimasukkan ke dalam area pelepasan gas untuk menghasilkan spesies aktif melalui ionisasi atau dekomposisi.
Misalnya, dalam gas CF4, ia dimasukkan ke dalam area pelepasan gas dan didekomposisi menjadi radikal fluor (F) dan molekul karbon difluorida (CF2). Demikian pula, fluor (F) dapat diuraikan dari CF4 dengan menambahkan oksigen (O2).
2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2
Molekul fluor dapat terpecah menjadi dua atom fluor independen di bawah energi daerah pelepasan gas, yang masing-masing merupakan radikal bebas fluor. Karena setiap atom fluor memiliki tujuh elektron valensi dan cenderung mencapai konfigurasi elektronik gas inert, semuanya sangat reaktif. Selain radikal bebas fluor netral, akan terdapat partikel bermuatan seperti CF+4, CF+3, CF+2, dll di daerah pelepasan gas. Selanjutnya, semua partikel dan radikal bebas dimasukkan ke dalam ruang etsa melalui tabung keramik.
Partikel bermuatan dapat diblokir dengan kisi ekstraksi atau digabungkan kembali dalam proses pembentukan molekul netral untuk mengontrol perilakunya di ruang etsa. Radikal bebas fluor juga akan mengalami rekombinasi parsial, namun masih cukup aktif untuk memasuki ruang etsa, bereaksi secara kimia pada permukaan wafer dan menyebabkan pengupasan material. Partikel netral lainnya tidak berpartisipasi dalam proses etsa dan dikonsumsi bersama dengan produk reaksi.
Contoh film tipis yang dapat digores dalam etsa plasma:
• Silikon: Si + 4F—> SiF4
• Silikon dioksida: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2
• Silikon nitrida: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2
3. Etsa ion reaktif (RIE)
Etsa ion reaktif adalah proses etsa kimia-fisik yang dapat mengontrol selektivitas, profil etsa, laju etsa, keseragaman, dan kemampuan pengulangan dengan sangat akurat. Hal ini dapat mencapai profil etsa isotropik dan anisotropik dan oleh karena itu merupakan salah satu proses terpenting untuk membangun berbagai film tipis dalam manufaktur semikonduktor.
Selama RIE, wafer ditempatkan pada elektroda frekuensi tinggi (elektroda HF). Melalui ionisasi tumbukan, plasma dihasilkan di mana terdapat elektron bebas dan ion bermuatan positif. Jika tegangan positif diterapkan pada elektroda HF, elektron bebas terakumulasi pada permukaan elektroda dan tidak dapat meninggalkan elektroda lagi karena afinitas elektronnya. Oleh karena itu, elektroda diisi hingga -1000V (tegangan bias) sehingga ion lambat tidak dapat mengikuti perubahan medan listrik yang cepat ke elektroda bermuatan negatif.
Selama etsa ion (RIE), jika jalur bebas rata-rata ion tinggi, ion-ion tersebut menumbuk permukaan wafer dalam arah yang hampir tegak lurus. Dengan cara ini, ion-ion yang dipercepat melumpuhkan material dan membentuk reaksi kimia melalui pengetsaan fisik. Karena dinding samping lateral tidak terpengaruh, profil etsa tetap anisotropik dan keausan permukaannya kecil. Namun selektivitasnya tidak terlalu tinggi karena juga terjadi proses etsa fisik. Selain itu, percepatan ion menyebabkan kerusakan pada permukaan wafer, sehingga memerlukan anil termal untuk memperbaikinya.
Bagian kimia dari proses etsa diselesaikan oleh radikal bebas yang bereaksi dengan permukaan dan ion-ion secara fisik mengenai material sehingga tidak mengendap kembali pada wafer atau dinding ruang, menghindari fenomena redeposisi seperti etsa berkas ion. Ketika tekanan gas dalam ruang etsa meningkat, jalur bebas rata-rata ion berkurang, yang meningkatkan jumlah tumbukan antara ion dan molekul gas, dan ion-ion tersebar ke arah yang lebih berbeda. Hal ini menghasilkan pengetsaan yang kurang terarah, sehingga proses pengetsaan menjadi lebih kimiawi.
Profil etsa anisotropik dicapai dengan mempasifkan dinding samping selama etsa silikon. Oksigen dimasukkan ke dalam ruang etsa, di mana ia bereaksi dengan silikon yang tergores untuk membentuk silikon dioksida, yang disimpan pada dinding samping vertikal. Karena pemboman ion, lapisan oksida pada area horizontal dihilangkan, sehingga proses etsa lateral dapat dilanjutkan. Cara ini dapat mengontrol bentuk profil etsa dan kecuraman dinding samping.
Laju etsa dipengaruhi oleh faktor-faktor seperti tekanan, daya generator HF, gas proses, laju aliran gas aktual, dan suhu wafer, dan rentang variasinya dijaga di bawah 15%. Anisotropi meningkat dengan meningkatnya daya HF, penurunan tekanan dan penurunan suhu. Keseragaman proses etsa ditentukan oleh gas, jarak elektroda dan bahan elektroda. Jika jarak elektroda terlalu kecil, plasma tidak dapat tersebar secara merata sehingga mengakibatkan ketidakseragaman. Meningkatkan jarak elektroda mengurangi laju etsa karena plasma didistribusikan dalam volume yang lebih besar. Karbon merupakan bahan elektroda yang disukai karena menghasilkan plasma tegang yang seragam sehingga tepi wafer terpengaruh dengan cara yang sama seperti bagian tengah wafer.
Gas proses memainkan peran penting dalam selektivitas dan laju etsa. Untuk senyawa silikon dan silikon, fluor dan klorin terutama digunakan untuk menghasilkan etsa. Memilih gas yang sesuai, menyesuaikan aliran dan tekanan gas, dan mengontrol parameter lain seperti suhu dan daya dalam proses dapat mencapai laju etsa, selektivitas, dan keseragaman yang diinginkan. Optimalisasi parameter ini biasanya disesuaikan untuk aplikasi dan material yang berbeda.
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, sedangkan polisilikon dapat digores kemudian dengan selektivitas yang lebih tinggi dibandingkan dengan lapisan di bawahnya.
------------------------------------------------------------------------------------------------ ------------------------------------------------
Semicera dapat menyediakanbagian grafit, terasa lembut/kaku, bagian silikon karbida,Bagian silikon karbida CVD,DanBagian yang dilapisi SiC/TaC dengan dalam 30 hari.
Jika Anda tertarik dengan produk semikonduktor di atas,jangan ragu untuk menghubungi kami pada saat pertama.
Telp: +86-13373889683
WhatsApp:+86-15957878134
Email: sales01@semi-cera.com
Waktu posting: 12 Sep-2024