TUGAS

TEKNOLOGI MIKROELEKTRONIKA

Oleh:

Kelompok 3

Ferdy Hendrawan 0810633051

Yudhistira Nugrahadi W. 0810633090

Hari Kurniadi 125060309111006

UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

MARET 2013

1. PENDAHULUANDalam bab ini kita membahas penggunaan plasma dalam mikroelektronika industri. Pada dasarnya ada dua alasan mengapa plasma yang digunakan: (1) untuk mencapai kimia heterogen anisotropik, dan (2) untuk menumbuhkan bahan atau etch bahan dalam kondisi jauh dari kesetimbangan termodinamika. Anisotropi diperlukan karena lebar fitur telah menjadi sebanding dengan fitur kedalaman. Non-ekuilibrium kondisi yang menguntungkan dalam dua cara: pertama, bahan baru atau fase dapat tumbuh yang tidak akan termodinamis disukai dalam proses keseimbangan, dan kedua, efek merusak dari suhu tinggi pada perangkat dapat dihindari. Bab ini dibagi menjadi tiga subbagian utama: dasar aspek, etsa, dan deposisi. Asal usul anisotropi dan nonkeseimbangan sifat plasma akan dibahas dalam bagian pertama dan keuntungan yang dihasilkan untuk pengolahan perangkat akan dijelaskan dalam menyusul dua bagian. Karena sudah ada beberapa review baru-baru artikel, 116 terutama pada etsa plasma, kami belum membuat lengkap. Upaya untuk memasukkan segala sesuatu yang telah diterbitkan dalam beberapa tahun terakhir ini subjek. Pada bagian pertama pada aspek-aspek fundamental materi awalnya tutorial tapi cepat berkembang menjadi diskusi tentang hasil terbaru eksperimen diagnostik yang menggambarkan bagaimana kekuasaan didisipasikan dalam cahaya rf discharge dan bagaimana bentuk disipasi daya mempengaruhi kimia permukaan. Plasma-kimia permukaan kemudian dibahas pertama dalam hal kimia uap transportasi dan kemudian dalam hal interaksi molekul antara reaktif adsorbates, permukaan, dan produk. Bagian kedua berurusan dengan etsa plasma berorientasi pada proses desain. Langkah-langkah yang terlibat dalam fabrikasi planar MOS silikon transistor diuraikan dalam rangka untuk menggambarkan berbagai cara di mana plasma etsa digunakan dalam transfer pola mikroskopis. Trade-off antara reaktor yang berbeda, dan kendala desain lawan, dibahas bersama dengan proses untuk mengetsa material khusus. Kesepakatan bagian akhir dengan deposisi plasma bahan untuk mikroelektronik aplikasi. The plasma ditingkatkan deposisi uap kimia (PECVD) nitrida silikon dan silikon oksida dibahas secara rinci, dengan penekanan pada kemajuan terbaru dalam teknik dan korelasi properti. Amorf dan deposisi mikrokristalin silikon dibahas dari sudut pandang yang paralel dan kontras dengan deposisi silikon nitrida. Cakupan yang komprehensif dari bidang ini dipelajari secara luas hasnot telah dicoba, tapi referensi yang memadai dibuat untuk jumlah besar ulasan yang ada. Muncul PECVD aplikasi, pertumbuhan semikonduktor eoitaxial (Si, Ge, GaAs, GaSb), logam deposisi, deposisi silicide, dan pengendapan non-berbasis silikon oksida dan nitrida juga dibahas. Tekanan seluruh bagian pada pengaruh parameter plasma pada berbagai sifat film diakses, dan khususnya dalam mengindikasikan orang relevansi dalam berbagai aplikasi semikonduktor. Plasma Film pertumbuhan, seperti oksidasi dan nitridation, tidak dibahas.

2. DASAR ASPEKIde di balik bagian ini adalah untuk menyajikan sifat plasma dan plasma reaktor yang umum untuk semua jenis proses, baik itu etsa atau deposisi. Penekanannya adalah pada konsep pemersatu. Dimana tepat kita telah ditarik atas literatur untuk contoh spesifik untuk menggambarkan konsep, lebih sering daripada tidak contoh datang dari etsa sastra sebab proses etsa umumnya lebih baik dipahami. Dalam beberapa kasus, subyek belum tercakup sepenuhnya dan beberapa referensi mungkin telah diabaikan demi meliputi lebar berbagai konsep pemersatu bukan meliputi satu atau dua daerah mendalam. Untuk rekan-rekan kami yang bekerja kita tidak disertakan, kami mohon maaf. Dalam bagian 2.1, kita membahas beberapa aspek fundamental otthe plasma dan selubung, dimulai dengan definisi sifat mereka karena mereka terkait dengan pengolahan plasma. Banyak digunakan rangkaian model setara rf plasma dibahas dalam terang hasil diagnostik baru-baru ini. Hubungan antara parameter rangkaian ekivalen dan variabel proses akan ditekankan. Selanjutnya, kita membahas interaksi plasma permukaan. Sebuah berguna dan umum frameworkfor pemahaman baik etsa dan deposisi, uap kimia transportasi (CVT) teori, ditinjau secara kritis dalam bagian. 2.1. Itu Fitur yang menonjol dari teori ini dapat diringkas dalam hal yang setara sirkuit untuk kimia heterogen. Saat berpikir dan baru-baru ini percobaan pada mekanisme mikroskopis bermain di kedua spontan dan ion-ditingkatkan reaksi etsa juga dikaji dalam bagian ini. Di bagian 2.3, kita meninjau upaya yang sangat singkat baru-baru ini untuk model berbagai aspekplasma kimia.

2.1 plasma dan selubungPlasma arti yang berbeda bagi setiap orang.17 yang berbeda Pada dasarnya, mereka terdiri dari "sup"

ion, elektron, radikal, dan netral yang stabil, tetapi, jumlah relatif dari spesies tergantung pada kondisi operasi. Nomor khusus dan karakteristik debit rf digunakan dalam mikroelektronik pengolahan diberikan pada Tabel 1. Alasan utama untuk menggunakan radio frekuensi adalah untuk menghindari efek pengisian ketika berhadapan dengan isolasi substrat material (misalnya Si02): discharge dc tidak dapat dipertahankan dengan isolasi elektroda karena tidak ada jalur konduksi arus searah. Selain itu, kita akan melihat bahwa rf bersinar memiliki sifat fisik yang tergantung pada frekuensi operasi dan yang dapat digunakan untuk keuntungan dalam heterogen pengolahan kimia. Tekanan yang digunakan adalah sedemikian rupa sehingga tabrakan antara spesies netral dan bermuatan penting. Kekuasaan kepadatan bekerja sedemikian rupa sehingga kepadatan muatan yang relatif rendah, biasanya 108-1011 cm-3, yang berarti bahwa tabrakan antara dibebankan partikel atau antara partikel bermuatan dan radikal kepadatan rendah dapat biasanya diabaikan. Dua zona yang berbeda yang umum untuk semua plasma: plasma dan tubuh selubung (Gambar 1). Tubuh didefinisikan sebagai daerah medan rendah dimana Jumlah kepadatan spesies positif dan negatif adalah sekitar sama. Dalam pembuangan kebanyakan, elektron-adalah muatan negatif yang dominan operator, dan, karena elektron terikat, tubuh isagood plasma konduktor. Selubung sesuai dengan budidayanya elektron kekurangan, miskin daerah yang ada wherevertheplasmaencounters antarmuka (elektroda, dinding, dll). Pembentukan selubung terjadi karena perbedaan dalam mobilitas antara elektron dan ion, yang berasal pada gilirannya dari ekuilibrium non-sifat cahaya pembuangan sebagian terionisasi (lihat Tabel 1): Elektron mudah memperoleh energi dari lapangan dan memanas karena mereka tidak bertukar energi secara efisien dengan netral lebih besar dengan yang mereka bertabrakan; yang netral dan ion, di sisi lain, melakukan pertukaran energi secara efisien sehingga bahwa energi yang diperoleh dari lapangan dengan cepat hilang dan ion dan suhu netral tetap dekat dengan dinding temperatures.18 Penurunan tegangan antara plasma dan melakukan elektroda terjadi di sarungnya, sehingga medan listrik selubung besar. Ini besar lapangan pada gilirannya dapat menyebabkan togradients konsentrasi, temperatur fluks, dan ion dan radikal dari dan ke permukaan elektroda atau perangkat. Pada akhirnya, gradien ini bertanggung jawab untuk keseimbangan non-, atau suhu rendah, dan pengolahan heterogen anisotropik yang diinginkan.

2.1.1 Respon Waktu dan Jarak Penyaringan. Bagaimanaperbedaan mobilitas antara elektron dan ion hasil dalam pembentukan selubung?Pertimbangkan situasi ketika beda potensial diterapkan di sebuah

Plasma Pengolahan 195plasma. Elektron cepat hanyut ke arah elektroda positif meninggalkanbalik gaya pemulih bersih positif, yang melarang lebih elektrondeplesi. Sebuah keadaan tunak dicapai ketika potensi plasma cukuppositif bahwa elektron dan ion tingkat kerugian menjadi sama. Waktu yang dibutuhkanelektron plasma frekuensi, 1.719kita = (ne7e0me) *, (1)dimana n adalah densitas muatan total, e adalah muatan listrik, e0 adalahpermitivitas vakum, dan saya adalah massa elektron. Frekuensi inilangsung berhubungan dengan gaya pemulih elektron rasanya ketika diekstraksidari plasma (maka ketergantungan pada densitas muatan, n). DariTabel 1 kita melihat bahwa kita jauh lebih besar daripada frekuensi operasi khas untukdebit yang digunakan dalam pengolahan plasma. Dengan demikian, potensi plasmapenyesuaian dan pembentukan selubung akan hampir seketika sejauh kitabersangkutan.Jarak maksimum di mana ketidakseimbangan muatan dapatdipertahankan, karena tidak adanya kekuatan eksternal diterapkan, adalah panjang Debye, 1.719XD = (e0kTe/ne2) * = ce / kami, (2)di mana k adalah konstanta Boltzmann, Te adalah temperatur elektron, ^ andc adalahkecepatan rata-rata elektron. Panjang skrining berbanding terbalik dengan<Oe seperti perpindahan musim semi adalah berbanding terbalik denganmemulihkan gaya konstan. Panjang Debye juga sebanding denganrandom energi, atau kecepatan, karena energi ini harus diatasi untuk mencapaiefektif perisai. Meskipun keduanya terkait, Debye screeningpanjang tidak menjadi bingung dengan ketebalan selubung, yang umumnya

urutan besarnya lebih besar. Hubungan ini tidak salah satu yang jelas dantergantung pada parameterssuch beroperasi sebagai tekanan, frekuensi daya, dandensity.2022

2.1.2 Setara Sirkuit. Sebuah rangkaian ekuivalen sederhana yangcocok untuk kedua dc dan rf plasma ditampilkan di Figu kembali 2a.1923-29 Kedua daerahplasma yang diwakili oleh resistor secara paralel dengan kapasitor; diodadigunakan dalam selubung untuk mewakili perbedaan ion dan elektronmobilitas yang mengakibatkan pembetulan tegangan yang diberikan (lihat di bawah).Banyak dari karakteristik operasi pembuangan yang digunakan dalam mikroelektronikpengolahan dapat dipahami dalam hal impedansi relatif masing-masingkomponen ini (Gambar 3). Pertimbangkan dc atau pembuangan frekuensi rendah,dimana impedansi reaktif adalah begitu besar sehingga hanya komponen resistifperlu dipertimbangkan. Seperti disebutkan di atas, impedansi plasma tubuhakan diatur terutama oleh konduktivitas elektron,ae = ne2/meve (3a)RP J-, (3b)mana ve adalah transfer momentum frekuensi tabrakan elektron, p A adalahplasma wilayah cross sectional, lp adalah panjang plasma, dan R p adalah plasmadaya tahan tubuh. Selubung impedancewillbegivenbythe ion konduktivitas,didefinisikan sebagai dalam Persamaan (3) kecuali menggunakan massa ion dan frekuensi tabrakan(lihat Gambar 3). Terutama karena perbedaan massa, konduktivitas ionkira-kira urutan besarnya lebih kecil dari konduktivitas elektron;sehingga sarungnya resistivitas akan selalu greaterthan resistivitas plasma.Pada frekuensi yang lebih tinggi, sarungnya dan kapasitif plasma impedansiharus dipertimbangkan. Kapasitansi dari selubung dan plasma dapathanya diperkirakan dari daerah elektroda dan selubung dan plasmaketebalan, masing-masing (Gambar 3),Dari Gambar 3, kita melihat untuk frekuensi di bawah 100 MHz, tubuh plasmaimpedansi didominasi resistif. Namun, impedansi selubungperubahan di sekitar frekuensi plasma ion (co ^ l MHz), dari yangterutama resistif pada frekuensi yang lebih rendah menjadi lebih tinggi terutama reaktif padafrekuensi. Dengan kata lain, kapasitor selubung menjadi arusshunt. Di atas m., Ion tidak bisa lagi merespon nilai sesaatdari lapangan (lihat di bawah) dan begitu perpindahan bukan konduksi saatmendominasi.

2.1.3 Komposisi Feedstock. Banyak yang telah ditulis tentangefek komposisi bahan baku pada kedua fase gas-dan plasma permukaankimia sehingga kita tidak akan membahas masalah secara rinci besar di sini. Pada dasarnya ada dua jenis efek yang bahan bakuKomposisi dapat memiliki pada plasma: fisik dan kimia. Sebagian besar sastra telah berurusan dengan efek kimia.

2.1.4 Tekanan, Arus-Rate, dan Time Residence. Variasitekanan dan aliran-rate umumnya digunakan dalam menjahit dari tertentuplasma proses untuk aplikasi perangkat tertentu. Sekali lagi, efekparameter pada debit dapat dibagi menjadi fisikdan efek kimia dengan peringatan bahwa keduanya saling terkait.2.1.4.2 Efek Fisik

Situasi ini sangat berbeda ketika kita menganggap efek dari tekanan dan aliran-rate pada sifat fisik debit dan, khususnya, distribusi energi dari ion dan elektron. Efek aliran-rate pada ion dan distribusi energy

electron terutama merupakan consecuence tidak langsung dari perubahan komposisi dibahas di atas. Namun, tekanan mempengaruhi distribusi ini secara langsung

dengan mempengaruhi tingkat tabrakan. Misalnya, energi dengan mana ion dampak permukaan tidak hanya tergantung pada bidang selubung, rf frekuensi, dan ion massa tetapi juga tingkat di mana ion bertabrakan dengan netral karena mereka melintasi sheath. Jika tabrakan berarti jalan bebas lebih besar dari ketebalan selubung, maka ion yang masuk sarungnya dari plasma batas akan dipercepat oleh potensi selubung penuh dan akan berdampak elektroda dengan distribusi kecepatan sempit tapi sangat energik. Atau, jika tabrakan berarti jalan bebas jauh lebih kecil daripada selubung ketebalan dan jika ion kehilangan semua energi yang diperoleh dari lapangan pada setiap tabrakan, maka

di mana E adalah energi kinetik ion pada elektroda dan F adalah bidang selubung, diasumsikan konstan dengan posisi lebih dari satu berarti jalan bebas, A. Kebenaran umumnya akan terletak di suatu tempat antara kedua ekstrem.

2.1.5 Daya Density

Banyak hal yang dapat terjadi ketika diterapkan kerapatan daya bervariasi. Umumnya, tingkat etsa, radikal kepadatan, biaya kepadatan, dan bidang selubung meningkat awalnya dan kemudian jenuh dengan meningkatkan daya. Salah satu alasan mengapa terjadi kejenuhan mungkin bahwa plasma Volume sering meningkat sebagai kekuatan meningkat dan elektron dan ionmemperoleh energi yang lebih besar. Ekspansi ini dapat mengakibatkan debit "menemukan" alasan lain dan discontunities dapat mengakibatkan plasma diukurparameter. Jika volume plasma dapat dipertahankan pada volume konstan, misalnya oleh mekanik atau magnet kurungan, maka peningkatan daya sesuai dengan

peningkatan densitas daya. Hal ini pada gilirannya akan menghasilkan lebih tinggi elektron energi, potensi selubung, dan energi ion.

2.2 Plasma-Permukaan Kimia

Dalam rangka untuk memahami interaksi plasma permukaan secara keseluruhan itu adalah diperlukan untuk memahami sifat transportasi dari sistem dengan mana kita berhadapan serta interaksi mendasar antara reaktif adsorbat, permukaan, dan produk. Dalam bagian ini pertama-tama kita mengatasi transportasi masalah (Bag. 2.2.1) menggunakan hasil akhir yang diperoleh Zarowin. Dalam Sec. 2.2.2, kita berurusan dengan interaksi mikroskopis antara adsorbates reaktif dan permukaan yang menyebabkan etsa dan deposisi.

2.2.1 Chemical Vapor Transport

Pengolahan plasma terjadi pada tekanan yang cukup tinggi bahwa reaksi kembali bisa menjadi penting. Sebagai contoh, dalam reaksi etsa, produk yang mudah menguap dapat redeposit baik pada permukaan dari yang desorbed, bagian lain dari wafer yang sama dari yang desorbed (misalnya dinding samping), atau lain permukaan bersama-sama (misalnya kontra elektroda). Untuk alasan ini maka perlu mempertimbangkan teori uap kimia transportasi dalam rangka untuk memahami etsa dan deposisi film tipis dalam lingkungan plasma.

2.2.2 Plasma Modified Chemical Vapor Transport

Sampai sekarang kita telah dianggap uap kimia trans port tanpa mempertimbangkan efek dari plasma kecuali sejauh yang memodifikasi konsentrasi reaktan dan koefisien difusi. The influenceof utama plasma, bagaimanapun, adalah untuk memodifikasi laju reaksi heterogen dengan penembakan ion dari permukaan. Meskipun peningkatan elektron dari tingkat heterogen memiliki telah menunjukkan, bidang selubung biasanya adalah seperti untuk mengusir elektron dan ion negatif dari permukaan perangkat (lihat Sec. 2.1.2). dalam hal ini bagian ini kita akan melihat bagaimana efek ini dapat diobati secara formal dalam kerangka uap kimia transportasi theory. Berikut bagian (2.2.3) akan membahas asal-usul kinetik dan mikroskopis heterogen kimia dan modifikasi plasma.

2.2.3 Mekanisme

Sampai sekarang kami telah dianggap transportasi fenomena dalam pengolahan plasma tapi mengatakan sedikit tentang mikroskopis mekanisme yang terkait dengan kimia heterogen. Apa reaktan dan produk dan bagaimana reaktan dikonversi ke produk? A benar-benar kuantitatif, mekanisme mikroskopis harus memungkinkan kita untuk menghitung Tingkat konstanta dan p sebagai fungsi temperatur. seperti rinci mekanisme yang masih harus dikembangkan untuk reaksi permukaan kepentingan dalam plasma pengolahan. Sistem yang paling baik dipelajari adalah etsa Si oleh f luorinated dan diklorinasi senyawa seperti F, F2,, Cl2 dan XeF2. Pertama, kita akan mempertimbangkan etsa fluoride dari Si tanpa adanya pemboman ion. Ketika kita mempertimbangkan dampak pemboman ion, kita akan fokus kami perhatian pada etsa Si oleh sistem klorida karena klorida tidak mengetsa Si

secara spontan pada suhu kamar. Oleh karena itu, sistem ini akan rumit oleh adanya komponen, spontan netral dan komponen ion akan terisolasi.

PLASMA ETCHING

Pengenalan Eatching

Plasma digunakan dalam proses etch untuk pembuatan perangkat mikroelektronik. Proses

ini dimana proses secara selektif membuang beberapa material dari luas wafer.

Definisi pola dan parameter etching

Terdapat 2 pola proses etching antara lain wet etching dan dry etching. Wet etching

adalah substrat yang direndam dalam larutan reaktif. Lapisan etch akan dihilangkan dengan

reaksi kimia atau dengan pembubaran. Sedangkan dry etching adalah substrat yang direndam

dalam gas reaktif. Lapisan etch akan dihilangkan dengan reaksi kimia dan bentuk fisiknya (ion

bombardment).

Beberapa parameter plasma etching antara lain layer mask, anisotropic, isotropic,

selektivitas, aspek rasio. Layer mask digunakan untuk melindungi daerah permukaan wafer.

Contohnya photoresist atau lapisan oksida. Anisotropic adalah proses peleburan yang hanya

sebagian saja. Sedangkan isotropic adalah proses peleburan secara menyeluruh. Selektivitas

adalah untuk menyeleksi rasio tingkat etch film pada substrat etch. Aspek rasio adalah untuk

mengetahui rasio kedalaman lebar etch yang terkikis.

Proses anisotropic etch, High Aspect Ratio

Proses wet etching

Rumus kimia Wet etching

• Silicon (Nitric Acid and Hydrofluoric Acid and water)

– Si +HNO3 + H2O --> SiO2 + HNO2 +H2 (+6HF) --> H2SiF6 +

HNO2 + 2H2O + H2

• SiO2 (HF Water and NH4F)

– SiO2 + 6HF --> H2 +SiF6 +2H2O

• Si3N4 (Dilute Hot Phosphoric (180C) H3PO4)

• Al (HPO4) +HNO2 +Acedic CH3COOH + H2O

– Nitric oxidizes Al --> Al2O3 and HPO4 dissolves Al2O3

Karakteristik Dry etching

• Keuntungan:

- Tidak ada masalah adhesi photoresist

- Profil etch Anisotropic dimungkinkan

- Konsumsi Kimia kecil

- Pembuangan produk reaksi lebih murah

- Cocok untuk otomatisasi, wafer kaset, kaset tunggal untuk

• Kekurangan:

- Kompleks peralatan, RF, metering gas, vakum, instrumentasi

- Selektivitas dapat menjadi miskin

- Residu kiri pada wafer, polimer, logam berat

- Particulate pembentukan

- CFC

Metode Dry Etch

• Etch kering - menggunakan spesies gas pereaksi untuk film etch

- Plasma Etsa - tekanan biasanya tinggi, tidak ada pemboman ion (substrat ditempatkan pada

elektroda ground)

- Etch ion Reaktif - biasanya lebih rendah tekanan, pemboman ion (substrat ditempatkan pada

elektroda bertenaga

- Ion metode balok - plasma dihasilkan dalam ruang terpisah dan ion dipercepat menuju substrat

(independen kontrol fluks radikal danion)

- Metode Beam - plasma dihasilkan dalam ruang terpisah dan terutama

netral aktif spesies (radikal) diarahkan substrat.