Etsa plasma mungkin merupakan proses paling kritikal dalam pembuatan semikonduktor, dan ia juga boleh menjadi salah satu operasi paling kompleks dalam semua proses fabrikasi wafer, kedua selepas litografi. Hampir separuh daripada langkah pembuatan wafer bergantung pada plasma, gas terion bertenaga tinggi, untuk melaksanakan tugas mereka.

Walaupun transistor dan unit storan semakin mengecut secara berterusan, jurutera masih berusaha menyediakan proses etsa yang boleh dipercayai.

Thomas Bondur, Naib Presiden Pemasaran untuk Kumpulan Produk Etch Lam Research, menyatakan, 'Untuk menghasilkan cip secara mampan dengan ketepatan tahap nanometer dan struktur yang betul, pengeluar peralatan untuk fabrik semikonduktor perlu menembusi sempadan fizik plasma, kejuruteraan bahan, dan sains data untuk menyediakan penyelesaian peralatan yang diperlukan.' Ini amat jelas dalam etsa plasma, yang berfungsi seiring dengan litografi untuk mencipta ciri yang tepat dan boleh berulang pada wafer.

Laporan ini mengkaji langkah-langkah etsa utama dalam NAND 3D, DRAM, nanosheet FET dan interconnects, dan juga melihat ke hadapan kepada peranti 2D dan pemprosesan bahagian belakang. Industri ini juga sedang mengejar kimia etsa yang lebih mampan untuk mengurangkan pelepasan karbon dioksida yang setara daripada fabrik wafer mereka.

Bagi kebanyakan pengeluar alat, pemodelan proses memainkan peranan penting dalam pembangunan proses etch. Matlamatnya adalah untuk memendekkan masa ke pasaran sambil mengurangkan kos wafer dan topeng.

Barrett Finch, Pengarah Kanan Pemasaran di Lam Research, berkata, 'Mengoptimumkan proses goresan untuk beberapa langkah yang paling mencabar boleh mengambil masa setahun atau lebih untuk diselesaikan. Kami baru-baru ini menyelesaikan beberapa simulasi proses dalam masa tiga minggu, yang dijangka mengambil masa tiga bulan menggunakan ujian dan pembangunan berasaskan silikon biasa.'

Dari segi kos topeng dan wafer sahaja, ini boleh mencecah ratusan ribu malah berjuta-juta dolar untuk pengeluar peralatan.

Asas Mengukir

Proses etsa dan teknik litografi berfungsi bersama dalam pembuatan semikonduktor. Goresan biasanya dilakukan sebelum pemendapan filem nipis (melalui epitaksi, pemendapan wap kimia atau fizikal, dsb.). Secara amnya, filem CVD disalut dengan photoresist, dan kemudian litografi optik (248nm atau 193nm UV, 13.5nm EUV) digunakan untuk mendedahkan corak melalui photomask. Rintangan kemudian dibangunkan untuk mendedahkan corak. Dalam kebuk etsa plasma wafer tunggal, bahan kimia goresan dan pengeboman ion biasanya digunakan untuk mengeluarkan filem CVD dengan topeng photoresist sebagai panduan (dalam rintangan nada positif). Selepas etsa, rintangan dikaburkan, diikuti dengan pembersihan kimia basah dan/atau goresan basah untuk penyingkiran sisa.

Proses etsa plasma boleh dikategorikan secara kasar kepada dielektrik, silikon, atau etsa konduktor. Dielektrik seperti silikon dioksida dan silikon nitrida paling baik terukir menggunakan gas berasaskan fluorin, manakala lapisan silikon dan logam bertindak balas terbaik dengan klorin. Pada asasnya terdapat tiga mod goresan kering - goresan ion reaktif, goresan plasma dan goresan sputter (pancaran ion). Proses etsa melibatkan interaksi kompleks antara spesies reaktif, plasma, dan bahan cip. Apabila pincang RF digunakan pada gas reaktif, elektron dan ion bercas positif secara fizikal mengeluarkan bahan (etch) melalui pengeboman, manakala spesies kimia dan radikal bertindak balas dengan bahan terdedah untuk membentuk produk sampingan yang tidak menentu. Goresan boleh bersifat isotropik (kadar tindak balas menegak dan sisi yang sama), anisotropik (menegak sahaja), atau sesuatu di antaranya.

Rajah 1: Peralihan daripada finFET kepada GAA mendorong keperluan kritikal untuk etsa terpilih isotropik. Sumber: Lam Research.

Metrik utama yang paling dibimbangkan oleh jurutera goresan ialah kadar goresan, kawalan profil, keseragaman (merentasi keseluruhan wafer), dan selektiviti goresan, kerana faktor ini memberi kesan kepada hasil dan produktiviti. Pemilihan etch merujuk kepada kadar penyingkiran bahan yang terukir berbanding lapisan asasnya, seperti SiO2 pada silikon. Ia juga berfaedah untuk tidak mengeluarkan photoresist yang berlebihan semasa proses etsa. Walau bagaimanapun, dalam kes sedemikian, ia biasanya dipindahkan ke topeng keras (silikon dioksida, silikon nitrida, SiOC, TiN) sebelum memindahkan corak ke filem asas.
spesifikasi terpilih berjulat dari 2:1 hingga 1000:1 (goresan sangat selektif). Dengan setiap nod baharu, spesifikasi ini menjadi lebih ketat. Philippe Bézard, seorang jurutera R&D kering etch di imec, berkata, "Dengan NA EUV yang tinggi menggantikan EUV konvensional dalam tempoh empat tahun akan datang, tumpuan akan menjadi lebih rendah, jadi anda tidak boleh lagi mendedahkan photoresists tebal -- apabila saya katakan tebal, maksud saya 30 nanometer." "Tetapi anda masih perlu membuat corak pada ketebalan filem yang sama di bawahnya. Jadi sekarang anda memerlukan selektiviti yang lebih tinggi kerana kita perlu mencapai 10:1 dan bukannya 2:1, iaitu peningkatan mendadak dalam selektiviti sebanyak 4 hingga 5 kali ganda.

Akan bersambung...