عملية النقش الجاف

تتكون عملية النقش الجاف عادةً من أربع حالات أساسية: قبل النقش، والنقش الجزئي، والنقش فقط، والنقش الزائد. الخصائص الرئيسية هي معدل النقش، والانتقائية، والبعد الحرج، والتوحيد، والكشف عن نقطة النهاية.

 الشكل 1 قبل النقش

الشكل 2: النقش الجزئي

الشكل 3 مجرد النقش

الشكل 4: النقش الزائد

(1) معدل النقش: عمق أو سمك المادة المحفورة التي تتم إزالتها لكل وحدة زمنية.

الشكل 5: مخطط معدل النقش

(2) الانتقائية: نسبة معدلات الحفر لمواد الحفر المختلفة.

الشكل 6: مخطط الانتقائية

(3) البعد الحرج: حجم النموذج في منطقة معينة بعد اكتمال الحفر.

الشكل 7: مخطط البعد الحرج

(4) التوحيد: لقياس انتظام البعد النقش الحرج (CD)، الذي يتميز عمومًا بالخريطة الكاملة للقرص المضغوط، تكون الصيغة: U=(Max-Min)/2*AVG.

الشكل 8: الرسم التخطيطي للتوحيد

(5) الكشف عن نقطة النهاية: أثناء عملية النقش، يتم الكشف باستمرار عن تغير شدة الضوء. عندما ترتفع أو تنخفض شدة ضوء معينة بشكل ملحوظ، يتم إنهاء النقش للإشارة إلى اكتمال طبقة معينة من نقش الفيلم.

الشكل 9: رسم تخطيطي لنقطة النهاية

في الحفر الجاف، يتم إثارة الغاز بتردد عالٍ (أساسًا 13.56 ميجا هرتز أو 2.45 جيجا هرتز). عند ضغط يتراوح من 1 إلى 100 باسكال، يتراوح متوسط ​​مساره الحر من عدة ملليمترات إلى عدة سنتيمترات. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من النقش الجاف:

•النقش الجاف الجسدي: الجسيمات المتسارعة ترتدي سطح الرقاقة فعليًا

•النقش الجاف الكيميائي: يتفاعل الغاز كيميائيا مع سطح الرقاقة

•النقش الجاف الفيزيائي الكيميائي: عملية النقش الفيزيائي مع الخصائص الكيميائية

1. النقش بالشعاع الأيوني

النقش بالشعاع الأيوني (Ion Beam Etching) هو عملية معالجة جافة فيزيائية تستخدم شعاع أيون الأرجون عالي الطاقة بطاقة تبلغ حوالي 1 إلى 3 كيلو فولت لتشعيع سطح المادة. تتسبب طاقة الشعاع الأيوني في التأثير على المادة السطحية وإزالتها. تكون عملية النقش متباينة الخواص في حالة الحزم الأيونية الرأسية أو المائلة. ومع ذلك، ونظرًا لافتقارها إلى الانتقائية، لا يوجد تمييز واضح بين المواد على مستويات مختلفة. يتم استنفاد الغازات المتولدة والمواد المحفورة بواسطة مضخة التفريغ، ولكن نظرًا لأن منتجات التفاعل ليست غازات، يتم ترسيب الجزيئات على الرقاقة أو جدران الغرفة.

ولمنع تكون الجزيئات، يمكن إدخال غاز ثانٍ إلى الغرفة. سوف يتفاعل هذا الغاز مع أيونات الأرجون ويسبب عملية حفر فيزيائية وكيميائية. سوف يتفاعل جزء من الغاز مع المادة السطحية، ولكنه سيتفاعل أيضًا مع الجسيمات المصقولة لتكوين منتجات ثانوية غازية. يمكن حفر جميع أنواع المواد تقريبًا بهذه الطريقة. بسبب الإشعاع الرأسي، يكون التآكل على الجدران العمودية صغيرًا جدًا (تباين عالي). ومع ذلك، بسبب انتقائية منخفضة وبطء معدل الحفر، نادرا ما تستخدم هذه العملية في تصنيع أشباه الموصلات الحالية.

2. النقش بالبلازما

النقش بالبلازما هو عملية نقش كيميائي مطلقة، تُعرف أيضًا باسم النقش الجاف الكيميائي. ميزتها هي أنها لا تسبب أي ضرر لسطح الرقاقة. نظرًا لأن الأنواع النشطة في غاز النقش تتمتع بحرية الحركة وتكون عملية النقش متناحية الخواص، فإن هذه الطريقة مناسبة لإزالة طبقة الفيلم بأكملها (على سبيل المثال، تنظيف الجانب الخلفي بعد الأكسدة الحرارية).

المفاعل النهائي هو نوع من المفاعلات شائع الاستخدام في حفر البلازما. في هذا المفاعل، يتم إنشاء البلازما عن طريق التأين التصادمي في مجال كهربائي عالي التردد يبلغ 2.45 جيجا هرتز ويتم فصلها عن الرقاقة.

في منطقة تفريغ الغاز، يتم إنشاء جزيئات مختلفة بسبب التأثير والإثارة، بما في ذلك الجذور الحرة. الجذور الحرة هي ذرات أو جزيئات محايدة ذات إلكترونات غير مشبعة، لذلك فهي شديدة التفاعل. في عملية حفر البلازما، غالبًا ما يتم استخدام بعض الغازات المحايدة، مثل رباعي فلورو الميثان (CF4)، والتي يتم إدخالها إلى منطقة تفريغ الغاز لتوليد أنواع نشطة عن طريق التأين أو التحلل.

على سبيل المثال، في غاز CF4، يتم إدخاله إلى منطقة تفريغ الغاز ويتحلل إلى جذور الفلور (F) وجزيئات ثاني فلوريد الكربون (CF2). وبالمثل، يمكن أن يتحلل الفلور (F) من CF4 بإضافة الأكسجين (O2).

2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2

يمكن أن ينقسم جزيء الفلور إلى ذرتين مستقلتين من الفلور تحت طاقة منطقة تفريغ الغاز، وكل منهما عبارة عن جذر فلور حر. نظرًا لأن كل ذرة فلور تحتوي على سبعة إلكترونات تكافؤ وتميل إلى تحقيق التكوين الإلكتروني للغاز الخامل، فهي جميعها شديدة التفاعل. بالإضافة إلى الجذور الحرة للفلور المحايدة، ستكون هناك جسيمات مشحونة مثل CF+4، وCF+3، وCF+2، وما إلى ذلك في منطقة تفريغ الغاز. بعد ذلك، يتم إدخال كل هذه الجسيمات والجذور الحرة إلى غرفة الحفر من خلال أنبوب السيراميك.

يمكن حظر الجسيمات المشحونة عن طريق شبكات الاستخراج أو إعادة تجميعها أثناء عملية تكوين جزيئات محايدة للتحكم في سلوكها في غرفة الحفر. ستخضع الجذور الحرة للفلور أيضًا لإعادة التركيب الجزئي، ولكنها تظل نشطة بدرجة كافية لدخول غرفة الحفر، والتفاعل كيميائيًا على سطح الرقاقة والتسبب في تجريد المواد. لا تشارك الجزيئات المحايدة الأخرى في عملية النقش ويتم استهلاكها مع منتجات التفاعل.

أمثلة على الأغشية الرقيقة التي يمكن حفرها بالنقش بالبلازما:

• السيليكون: Si + 4F —> SiF4

• ثاني أكسيد السيليكون: SiO2 + 4F —> SiF4 + O2

• نيتريد السيليكون: Si3N4 + 12F —> 3SiF4 + 2N2

3. النقش الأيوني التفاعلي (RIE)

النقش الأيوني التفاعلي عبارة عن عملية نقش كيميائي فيزيائي يمكنها التحكم بدقة شديدة في الانتقائية وشكل النقش ومعدل النقش والتوحيد والتكرار. يمكن أن تحقق ملامح النقش المتناحية ومتباينة الخواص، وبالتالي فهي واحدة من أهم العمليات لبناء الأغشية الرقيقة المختلفة في تصنيع أشباه الموصلات.

أثناء RIE، يتم وضع الرقاقة على قطب كهربائي عالي التردد (قطب HF). من خلال التأين التصادمي، يتم إنشاء بلازما تحتوي على إلكترونات حرة وأيونات موجبة الشحنة. إذا تم تطبيق جهد موجب على القطب HF، فإن الإلكترونات الحرة تتراكم على سطح القطب ولا يمكنها مغادرة القطب مرة أخرى بسبب تقاربها الإلكتروني. لذلك، يتم شحن الأقطاب الكهربائية إلى -1000 فولت (جهد متحيز) بحيث لا تتمكن الأيونات البطيئة من متابعة المجال الكهربائي المتغير بسرعة إلى القطب الكهربائي المشحون سالبًا.

أثناء الحفر الأيوني (RIE)، إذا كان متوسط ​​المسار الحر للأيونات مرتفعًا، فإنها تصطدم بسطح الرقاقة في اتجاه عمودي تقريبًا. بهذه الطريقة، تقوم الأيونات المتسارعة بإخراج المادة وتشكل تفاعلًا كيميائيًا من خلال التنميش الفيزيائي. نظرًا لعدم تأثر الجدران الجانبية، يظل المظهر الجانبي للحفر متباين الخواص ويكون تآكل السطح صغيرًا. ومع ذلك، فإن الانتقائية ليست عالية جدًا لأن عملية النقش المادي تحدث أيضًا. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي تسارع الأيونات إلى تلف سطح الرقاقة، الأمر الذي يتطلب التلدين الحراري لإصلاحه.

يتم إكمال الجزء الكيميائي من عملية النقش عن طريق تفاعل الجذور الحرة مع السطح والأيونات التي تضرب المادة فعليًا بحيث لا يتم إعادة ترسيبها على الرقاقة أو جدران الغرفة، مما يؤدي إلى تجنب ظاهرة إعادة التموضع مثل النقش بالحزمة الأيونية. عند زيادة ضغط الغاز في حجرة الحفر، يقل متوسط ​​المسار الحر للأيونات، مما يزيد من عدد التصادمات بين الأيونات وجزيئات الغاز، وتتشتت الأيونات في اتجاهات أكثر اختلافًا. يؤدي هذا إلى نقش أقل اتجاهًا، مما يجعل عملية النقش أكثر كيميائية.

يتم تحقيق ملامح الحفر متباين الخواص عن طريق تخميل الجدران الجانبية أثناء حفر السيليكون. يتم إدخال الأكسجين إلى غرفة الحفر، حيث يتفاعل مع السيليكون المحفور لتكوين ثاني أكسيد السيليكون، الذي يترسب على الجدران الجانبية العمودية. بسبب القصف الأيوني، تتم إزالة طبقة الأكسيد الموجودة في المناطق الأفقية، مما يسمح بمواصلة عملية النقش الجانبي. يمكن لهذه الطريقة التحكم في شكل ملف الحفر وانحدار الجدران الجانبية.

يتأثر معدل الحفر بعوامل مثل الضغط، وطاقة مولد التردد العالي، وغاز المعالجة، ومعدل تدفق الغاز الفعلي، ودرجة حرارة الرقاقة، ويظل نطاق التباين أقل من 15%. يزداد تباين الخواص مع زيادة قوة التردد العالي وانخفاض الضغط وانخفاض درجة الحرارة. يتم تحديد توحيد عملية النقش بواسطة الغاز وتباعد الأقطاب الكهربائية ومواد الإلكترود. إذا كانت مسافة القطب الكهربائي صغيرة جدًا، فلا يمكن تشتيت البلازما بالتساوي، مما يؤدي إلى عدم التماثل. تؤدي زيادة مسافة القطب إلى تقليل معدل الحفر لأن البلازما يتم توزيعها بحجم أكبر. الكربون هو مادة الإلكترود المفضلة لأنه ينتج بلازما موحدة متوترة بحيث تتأثر حافة الرقاقة بنفس الطريقة التي يتأثر بها مركز الرقاقة.

يلعب غاز العملية دورًا مهمًا في الانتقائية ومعدل النقش. بالنسبة لمركبات السيليكون والسيليكون، يتم استخدام الفلور والكلور بشكل أساسي لتحقيق النقش. إن اختيار الغاز المناسب، وضبط تدفق الغاز وضغطه، والتحكم في المعلمات الأخرى مثل درجة الحرارة والطاقة في العملية يمكن أن يحقق معدل الحفر المرغوب فيه، والانتقائية، والتوحيد. عادةً ما يتم ضبط تحسين هذه المعلمات لتناسب التطبيقات والمواد المختلفة.

لا تقتصر عملية النقش على غاز واحد أو خليط غاز أو معلمات عملية ثابتة. على سبيل المثال، يمكن إزالة الأكسيد الأصلي الموجود على البولي سيليكون أولاً بمعدل حفر مرتفع وانتقائية منخفضة، بينما يمكن حفر البولي سيليكون لاحقًا بانتقائية أعلى مقارنة بالطبقات الأساسية.

———————————————————————————————————————————— ———————————

يمكن أن توفر Semiceraأجزاء الجرافيت, شعر ناعم/صلب, أجزاء كربيد السيليكون,أجزاء كربيد السيليكون CVD،والأجزاء المغلفة بـ SiC/TaC مع في 30 يوما.

إذا كنت مهتمًا بمنتجات أشباه الموصلات المذكورة أعلاه،من فضلك لا تتردد في الاتصال بنا في المرة الأولى.

هاتف: +86-13373889683

واتساب: +86-15957878134

Email: sales01@semi-cera.com