في عملية تصنيع أشباه الموصلات،النقشالتكنولوجيا هي عملية حاسمة تستخدم لإزالة المواد غير المرغوب فيها بدقة على الركيزة لتشكيل أنماط دوائر معقدة. ستقدم هذه المقالة تقنيتين رئيسيتين للحفر بالتفصيل - النقش بالبلازما المقترنة بالسعة (CCP) والنقش بالبلازما المقترنة حثيًا (برنامج المقارنات الدولية)، واستكشاف تطبيقاتها في حفر المواد المختلفة.
النقش بالبلازما المقترنة بالسعة (CCP)
يتم تحقيق حفر البلازما المقترنة بالسعة (CCP) من خلال تطبيق جهد التردد اللاسلكي على قطبين كهربائيين متوازيين من خلال جهاز مطابقة ومكثف مانع للتيار المستمر. يشكل القطبان الكهربائيان والبلازما معًا مكثفًا مكافئًا. في هذه العملية، يشكل جهد التردد اللاسلكي غلافًا سعويًا بالقرب من القطب الكهربائي، وتتغير حدود الغلاف مع التذبذب السريع للجهد. عندما تصل الإلكترونات إلى هذا الغلاف سريع التغير، فإنها تنعكس وتكتسب طاقة، مما يؤدي بدوره إلى تفكك أو تأين جزيئات الغاز لتكوين البلازما. عادةً ما يتم تطبيق النقش CCP على المواد ذات طاقة الروابط الكيميائية الأعلى، مثل المواد العازلة، ولكن نظرًا لانخفاض معدل النقش، فهو مناسب للتطبيقات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا.
النقش بالبلازما المقترنة حثياً (ICP)
البلازما المقترنة حثياًالنقشيعتمد (ICP) على مبدأ أن التيار المتردد يمر عبر ملف لتوليد مجال مغناطيسي مستحث. تحت تأثير هذا المجال المغناطيسي، تتسارع الإلكترونات الموجودة في غرفة التفاعل وتستمر في التسارع في المجال الكهربائي المستحث، وتتصادم في النهاية مع جزيئات غاز التفاعل، مما يتسبب في تفكك الجزيئات أو تأينها وتكوين البلازما. يمكن لهذه الطريقة أن تنتج معدل تأين عاليًا وتسمح بتعديل كثافة البلازما وطاقة القصف بشكل مستقل، مما يجعلالنقش برنامج المقارنات الدوليةمناسبة جدًا لنقش المواد ذات طاقة الروابط الكيميائية المنخفضة، مثل السيليكون والمعادن. بالإضافة إلى ذلك، توفر تقنية ICP أيضًا تجانسًا ومعدل حفر أفضل.
1. النقش المعدني
يستخدم النقش المعدني بشكل أساسي لمعالجة الوصلات البينية والأسلاك المعدنية متعددة الطبقات. تتضمن متطلباتها ما يلي: معدل نقش عالي، انتقائية عالية (أكبر من 4:1 لطبقة القناع وأكبر من 20:1 للعازل الكهربائي للطبقة البينية)، تماثل عالي للنقش، تحكم جيد في الأبعاد الحرجة، عدم وجود ضرر بالبلازما، ملوثات متبقية أقل، و لا تآكل للمعادن. عادةً ما يستخدم النقش المعدني معدات النقش بالبلازما المقترنة حثيًا.
•نقش الألومنيوم: يعد الألومنيوم أهم مادة سلكية في المراحل الوسطى والخلفية من تصنيع الرقائق، مع مزايا المقاومة المنخفضة وسهولة الترسيب والحفر. عادةً ما يستخدم حفر الألومنيوم البلازما الناتجة عن غاز الكلوريد (مثل Cl2). يتفاعل الألومنيوم مع الكلور لإنتاج كلوريد الألومنيوم المتطاير (AlCl3). بالإضافة إلى ذلك، يمكن إضافة هاليدات أخرى مثل SiCl4، BCl3، BBr3، CCl4، CHF3، وما إلى ذلك لإزالة طبقة الأكسيد على سطح الألومنيوم لضمان النقش الطبيعي.
• حفر التنغستن: في هياكل التوصيل البيني للأسلاك المعدنية متعددة الطبقات، يعتبر التنغستن هو المعدن الرئيسي المستخدم في التوصيل البيني للقسم الأوسط من الشريحة. يمكن استخدام الغازات القائمة على الفلور أو الكلور لحفر معدن التنغستن، ولكن الغازات القائمة على الفلور لها انتقائية ضعيفة لأكسيد السيليكون، في حين أن الغازات القائمة على الكلور (مثل CCl4) لديها انتقائية أفضل. عادة ما يتم إضافة النيتروجين إلى غاز التفاعل للحصول على انتقائية عالية للغراء، ويتم إضافة الأكسجين لتقليل ترسب الكربون. يمكن أن يحقق نقش التنغستن بالغاز المعتمد على الكلور نقشًا متباين الخواص وانتقائية عالية. الغازات المستخدمة في النقش الجاف للتنغستن هي بشكل أساسي SF6 وAr وO2، ومن بينها SF6 يمكن أن يتحلل في البلازما لتوفير ذرات الفلور والتنغستن للتفاعل الكيميائي لإنتاج الفلورايد.
• حفر نيتريد التيتانيوم: تحل نيتريد التيتانيوم، كمادة قناع صلبة، محل قناع نيتريد السيليكون أو أكسيد السيليكون التقليدي في العملية الدمشقية المزدوجة. يتم استخدام حفر نيتريد التيتانيوم بشكل أساسي في عملية فتح القناع الصلب، ومنتج التفاعل الرئيسي هو TiCl4. الانتقائية بين القناع التقليدي والطبقة العازلة منخفضة k ليست عالية، مما سيؤدي إلى ظهور المظهر الجانبي على شكل قوس في الجزء العلوي من الطبقة العازلة منخفضة k وتوسيع عرض الأخدود بعد النقش. المسافة بين الخطوط المعدنية المترسبة صغيرة جدًا، مما يجعلها عرضة لتسرب الجسر أو الانهيار المباشر.
2. النقش العازل
عادة ما يكون الهدف من حفر العازل عبارة عن مواد عازلة مثل ثاني أكسيد السيليكون أو نيتريد السيليكون، والتي تستخدم على نطاق واسع لتشكيل فتحات الاتصال وفتحات القنوات لتوصيل طبقات الدوائر المختلفة. عادةً ما يستخدم الحفر العازل نقشًا يعتمد على مبدأ حفر البلازما المقترنة بالسعة.
• النقش بالبلازما لفيلم ثاني أكسيد السيليكون: عادة ما يتم النقش بالبلازما لفيلم ثاني أكسيد السيليكون باستخدام غازات النقش المحتوية على الفلور، مثل CF4، وCHF3، وC2F6، وSF6، وC3F8. يمكن أن يتفاعل الكربون الموجود في غاز التنميش مع الأكسجين الموجود في طبقة الأكسيد لإنتاج منتجات ثانوية ثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون، وبالتالي إزالة الأكسجين الموجود في طبقة الأكسيد. CF4 هو غاز النقش الأكثر استخدامًا. عندما يصطدم CF4 بالإلكترونات عالية الطاقة، يتم إنتاج أيونات وجذور وذرات وجذور حرة مختلفة. يمكن أن تتفاعل الجذور الحرة للفلور كيميائيًا مع SiO2 وSi لإنتاج رباعي فلوريد السيليكون المتطاير (SiF4).
• النقش بالبلازما لفيلم نيتريد السيليكون: يمكن النقش بالبلازما لفيلم نيتريد السيليكون باستخدام الغاز المختلط CF4 أو CF4 (مع O2 وSF6 وNF3). بالنسبة لفيلم Si3N4، عند استخدام بلازما CF4-O2 أو بلازما غازية أخرى تحتوي على ذرات F في النقش، يمكن أن يصل معدل النقش من نيتريد السيليكون إلى 1200 أنجستروم/دقيقة، ويمكن أن تصل انتقائية النقش إلى 20:1. المنتج الرئيسي هو رباعي فلوريد السيليكون المتطاير (SiF4) الذي يسهل استخلاصه.
4. النقش السيليكوني البلوري المفرد
يتم استخدام النقش بالسيليكون البلوري الفردي بشكل أساسي لتشكيل عزل الخندق الضحل (STI). تتضمن هذه العملية عادةً عملية اختراق وعملية نقش رئيسية. تستخدم عملية الاختراق غاز SiF4 وNF لإزالة طبقة الأكسيد على سطح السيليكون البلوري الأحادي من خلال القصف الأيوني القوي والتأثير الكيميائي لعناصر الفلور؛ يستخدم النقش الرئيسي بروميد الهيدروجين (HBr) باعتباره النقش الرئيسي. تتفاعل جذور البروم المتحللة بواسطة HBr في بيئة البلازما مع السيليكون لتكوين رباعي بروميد السيليكون المتطاير (SiBr4)، وبالتالي إزالة السيليكون. عادةً ما يستخدم النقش على السيليكون البلوري الأحادي آلة النقش بالبلازما المقترنة حثيًا.
5. النقش البولي سيليكون
يعد حفر البولي سيليكون أحد العمليات الرئيسية التي تحدد حجم بوابة الترانزستورات، ويؤثر حجم البوابة بشكل مباشر على أداء الدوائر المتكاملة. يتطلب النقش بالبولي سيليكون نسبة انتقائية جيدة. وعادة ما تستخدم غازات الهالوجين مثل الكلور (Cl2) لتحقيق النقش متباين الخواص، ولها نسبة انتقائية جيدة (تصل إلى 10:1). يمكن للغازات القائمة على البروم مثل بروميد الهيدروجين (HBr) الحصول على نسبة انتقائية أعلى (تصل إلى 100:1). يمكن لخليط HBr مع الكلور والأكسجين أن يزيد من معدل النقش. يتم ترسيب منتجات التفاعل من غاز الهالوجين والسيليكون على الجدران الجانبية لتلعب دورًا وقائيًا. عادةً ما يستخدم النقش بالبولي سيليكون آلة النقش بالبلازما المقترنة حثيًا.
سواء كان النقش بالبلازما المقترنة سعويًا أو النقش بالبلازما المقترنة حثيًا، فإن لكل منهما مزاياه الفريدة وخصائصه التقنية. إن اختيار تقنية الحفر المناسبة لا يؤدي إلى تحسين كفاءة الإنتاج فحسب، بل يضمن أيضًا إنتاج المنتج النهائي.
وقت النشر: 12 نوفمبر 2024