مقدمة واحدة
وينقسم النقش في عملية تصنيع الدوائر المتكاملة إلى:
-النقش الرطب.
- النقش الجاف.
في الأيام الأولى، تم استخدام النقش الرطب على نطاق واسع، ولكن نظرًا للقيود في التحكم في عرض الخط واتجاه النقش، فإن معظم العمليات بعد 3 ميكرومتر تستخدم النقش الجاف. يتم استخدام النقش الرطب فقط لإزالة طبقات معينة من المواد الخاصة وتنظيف المخلفات.
يشير التنميش الجاف إلى عملية استخدام التنميش الكيميائي الغازي للتفاعل مع المواد الموجودة على الرقاقة لحفر جزء المادة المراد إزالته وتشكيل منتجات تفاعل متطايرة، والتي يتم بعد ذلك استخراجها من غرفة التفاعل. عادة ما يتم توليد التنميش بشكل مباشر أو غير مباشر من بلازما غاز النقش، لذلك يسمى النقش الجاف أيضًا بنقش البلازما.
1.1 البلازما
البلازما عبارة عن غاز في حالة ضعيفة التأين يتكون من تفريغ توهج غاز الحفر تحت تأثير مجال كهرومغناطيسي خارجي (مثل المجال الناتج عن مصدر طاقة التردد اللاسلكي). ويشمل الإلكترونات والأيونات والجسيمات النشطة المحايدة. من بينها، يمكن أن تتفاعل الجسيمات النشطة كيميائيًا بشكل مباشر مع المادة المحفورة لتحقيق النقش، لكن هذا التفاعل الكيميائي النقي يحدث عادةً فقط في عدد صغير جدًا من المواد وليس اتجاهيًا؛ عندما يكون لدى الأيونات طاقة معينة، يمكن حفرها عن طريق الرش الجسدي المباشر، ولكن معدل الحفر لهذا التفاعل الجسدي النقي منخفض للغاية والانتقائية سيئة للغاية.
يتم الانتهاء من معظم عمليات حفر البلازما بمشاركة الجزيئات والأيونات النشطة في نفس الوقت. في هذه العملية، القصف الأيوني له وظيفتين. الأول هو تدمير الروابط الذرية الموجودة على سطح المادة المحفورة، وبالتالي زيادة معدل تفاعل الجسيمات المحايدة معها؛ والآخر هو التخلص من منتجات التفاعل المودعة على واجهة التفاعل لتسهيل عملية النقش على الاتصال الكامل بسطح المادة المحفورة، بحيث يستمر النقش.
لا يمكن إزالة منتجات التفاعل المترسبة على الجدران الجانبية للبنية المحفورة بشكل فعال عن طريق القصف الأيوني الاتجاهي، وبالتالي منع حفر الجدران الجانبية وتشكيل حفر متباين الخواص.
عملية النقش الثانية
2.1 النقش والتنظيف الرطب
يعد النقش الرطب أحد أقدم التقنيات المستخدمة في تصنيع الدوائر المتكاملة. على الرغم من أن معظم عمليات النقش الرطب قد تم استبدالها بالحفر الجاف متباين الخواص بسبب النقش المتناحي، إلا أنها لا تزال تلعب دورًا مهمًا في تنظيف الطبقات غير الحرجة ذات الأحجام الأكبر. خاصة في حفر بقايا إزالة الأكسيد وتجريد البشرة، فهو أكثر فعالية واقتصادية من الحفر الجاف.
تشتمل كائنات النقش الرطب بشكل أساسي على أكسيد السيليكون ونيتريد السيليكون والسيليكون البلوري الأحادي والسيليكون متعدد البلورات. عادة ما يستخدم التنميش الرطب لأكسيد السيليكون حمض الهيدروفلوريك (HF) باعتباره الناقل الكيميائي الرئيسي. ومن أجل تحسين الانتقائية، يتم استخدام حمض الهيدروفلوريك المخفف المخزن بفلوريد الأمونيوم في هذه العملية. ومن أجل الحفاظ على ثبات قيمة الرقم الهيدروجيني، يمكن إضافة كمية صغيرة من حمض قوي أو عناصر أخرى. يتآكل أكسيد السيليكون المخدر بسهولة أكبر من أكسيد السيليكون النقي. يتم استخدام التجريد الكيميائي الرطب بشكل أساسي لإزالة مقاوم الضوء والقناع الصلب (نيتريد السيليكون). حمض الفوسفوريك الساخن (H3PO4) هو السائل الكيميائي الرئيسي المستخدم للتجريد الكيميائي الرطب لإزالة نيتريد السيليكون، وله انتقائية جيدة لأكسيد السيليكون.
يشبه التنظيف الرطب النقش الرطب، ويزيل بشكل أساسي الملوثات الموجودة على سطح رقائق السيليكون من خلال التفاعلات الكيميائية، بما في ذلك الجسيمات والمواد العضوية والمعادن والأكاسيد. التنظيف الرطب السائد هو الطريقة الكيميائية الرطبة. على الرغم من أن التنظيف الجاف يمكن أن يحل محل العديد من طرق التنظيف الرطب، إلا أنه لا توجد طريقة يمكن أن تحل محل التنظيف الرطب تمامًا.
تشمل المواد الكيميائية شائعة الاستخدام للتنظيف الرطب حمض الكبريتيك، وحمض الهيدروكلوريك، وحمض الهيدروفلوريك، وحمض الفوسفوريك، وبيروكسيد الهيدروجين، وهيدروكسيد الأمونيوم، وفلوريد الأمونيوم، وما إلى ذلك. وفي التطبيقات العملية، يتم خلط مادة كيميائية واحدة أو أكثر مع الماء منزوع الأيونات بنسبة معينة حسب الحاجة تشكيل محلول تنظيف، مثل SC1، SC2، DHF، BHF، إلخ.
غالبًا ما يتم استخدام التنظيف في العملية قبل ترسيب طبقة الأكسيد، لأن تحضير طبقة الأكسيد يجب أن يتم على سطح رقاقة سيليكون نظيف تمامًا. عملية تنظيف رقاقة السيليكون الشائعة هي كما يلي:
2.2 النقش الجاف أالتنظيف الثاني
2.2.1 النقش الجاف
يشير النقش الجاف في الصناعة بشكل أساسي إلى النقش بالبلازما، والذي يستخدم البلازما ذات النشاط المعزز لحفر مواد معينة. يستخدم نظام المعدات في عمليات الإنتاج واسعة النطاق بلازما غير متوازنة ذات درجة حرارة منخفضة.
يستخدم النقش بالبلازما بشكل أساسي وضعين للتفريغ: التفريغ المزدوج بالسعة والتفريغ المزدوج الحثي
في وضع التفريغ المزدوج السعوي: يتم توليد البلازما والحفاظ عليها في مكثفين متوازيين من خلال مصدر طاقة تردد راديوي خارجي (RF). يتراوح ضغط الغاز عادةً من عدة مليتور إلى عشرات المليليتور، ويكون معدل التأين أقل من 10-5. في وضع التفريغ المقترن حثيًا: بشكل عام عند ضغط غاز منخفض (عشرات الملليتور)، يتم إنشاء البلازما والحفاظ عليها بواسطة طاقة الإدخال المقترنة حثيًا. معدل التأين عادة ما يكون أكبر من 10-5، لذلك يطلق عليه أيضًا البلازما عالية الكثافة. يمكن أيضًا الحصول على مصادر البلازما عالية الكثافة من خلال رنين السيكلوترون الإلكتروني وتفريغ موجة السيكلوترون. يمكن للبلازما عالية الكثافة تحسين معدل النقش والانتقائية لعملية النقش مع تقليل تلف النقش عن طريق التحكم بشكل مستقل في تدفق الأيونات وطاقة القصف الأيوني من خلال مصدر طاقة RF خارجي أو ميكروويف ومصدر طاقة متحيز للتردد الراديوي على الركيزة.
تتم عملية النقش الجاف على النحو التالي: يتم حقن غاز النقش في غرفة التفاعل الفراغي، وبعد استقرار الضغط في غرفة التفاعل، يتم إنشاء البلازما عن طريق تفريغ توهج التردد الراديوي؛ بعد تأثرها بالإلكترونات عالية السرعة، فإنها تتحلل لإنتاج جذور حرة، والتي تنتشر على سطح الركيزة ويتم امتصاصها. تحت تأثير القصف الأيوني، تتفاعل الجذور الحرة الممتزة مع الذرات أو الجزيئات الموجودة على سطح الركيزة لتكوين منتجات ثانوية غازية، والتي يتم تفريغها من غرفة التفاعل. تظهر العملية في الشكل التالي:
يمكن تقسيم عمليات النقش الجاف إلى الفئات الأربع التالية:
(1)النقش الاخرق الجسدي: يعتمد بشكل أساسي على الأيونات النشطة الموجودة في البلازما لقصف سطح المادة المحفورة. يعتمد عدد الذرات المتناثرة على طاقة وزاوية الجسيمات الساقطة. عندما تظل الطاقة والزاوية دون تغيير، فإن معدل الرش للمواد المختلفة عادة ما يختلف بمقدار 2 إلى 3 مرات فقط، لذلك ليس هناك انتقائية. عملية التفاعل متباينة الخواص بشكل رئيسي.
(2)النقش الكيميائي: توفر البلازما ذرات وجزيئات حفر في الطور الغازي، والتي تتفاعل كيميائيًا مع سطح المادة لإنتاج غازات متطايرة. يتميز هذا التفاعل الكيميائي البحت بانتقائية جيدة ويظهر خصائص متناحية دون النظر إلى بنية الشبكة.
على سبيل المثال: Si (صلب) + 4F → SiF4 (غازي)، مقاوم الضوء + O (غازي) → CO2 (غازي) + H2O (غازي)
(3)النقش بالطاقة الأيونية: الأيونات عبارة عن جسيمات تسبب الحفر وجسيمات تحمل الطاقة. إن كفاءة الحفر لهذه الجسيمات الحاملة للطاقة أعلى بأكثر من مرتبة واحدة من كفاءة الحفر الفيزيائي أو الكيميائي البسيط. من بينها، تحسين المعلمات الفيزيائية والكيميائية للعملية هو جوهر التحكم في عملية النقش.
(4)النقش المركب للحاجز الأيوني: يشير بشكل أساسي إلى توليد طبقة واقية من حاجز البوليمر بواسطة جزيئات مركبة أثناء عملية النقش. تتطلب البلازما مثل هذه الطبقة الواقية لمنع تفاعل النقش على الجدران الجانبية أثناء عملية النقش. على سبيل المثال، يمكن أن يؤدي إضافة حفر C إلى Cl وCl2 إلى إنتاج طبقة مركبة من الكلوروكربون أثناء الحفر لحماية الجدران الجانبية من الحفر.
2.2.1 التنظيف الجاف
يشير التنظيف الجاف بشكل أساسي إلى التنظيف بالبلازما. تُستخدم الأيونات الموجودة في البلازما لقصف السطح المراد تنظيفه، وتتفاعل الذرات والجزيئات في الحالة النشطة مع السطح المراد تنظيفه، وذلك لإزالة مقاوم الضوء ورماده. على عكس الحفر الجاف، فإن معلمات عملية التنظيف الجاف عادة لا تتضمن انتقائية الاتجاه، وبالتالي فإن تصميم العملية بسيط نسبيًا. في عمليات الإنتاج واسعة النطاق، يتم استخدام الغازات المعتمدة على الفلور أو الأكسجين أو الهيدروجين بشكل أساسي باعتبارها الجسم الرئيسي لبلازما التفاعل. بالإضافة إلى ذلك، فإن إضافة كمية معينة من بلازما الأرجون يمكن أن يعزز تأثير القصف الأيوني، وبالتالي تحسين كفاءة التنظيف.
في عملية التنظيف الجاف بالبلازما، عادة ما يتم استخدام طريقة البلازما عن بعد. وذلك لأنه من المؤمل في عملية التنظيف تقليل تأثير قصف الأيونات في البلازما للتحكم في الأضرار الناجمة عن قصف الأيونات؛ والتفاعل المعزز للجذور الكيميائية الحرة يمكن أن يحسن كفاءة التنظيف. يمكن للبلازما البعيدة استخدام الموجات الدقيقة لتوليد بلازما مستقرة وعالية الكثافة خارج غرفة التفاعل، مما يولد عددًا كبيرًا من الجذور الحرة التي تدخل غرفة التفاعل لتحقيق التفاعل المطلوب للتنظيف. تستخدم معظم مصادر غاز التنظيف الجاف في الصناعة الغازات القائمة على الفلور، مثل NF3، ويتحلل أكثر من 99% من NF3 في بلازما الميكروويف. لا يوجد تقريبًا أي تأثير قصف أيوني في عملية التنظيف الجاف، لذلك من المفيد حماية رقاقة السيليكون من التلف وإطالة عمر غرفة التفاعل.
ثلاث معدات للحفر والتنظيف الرطب
3.1 آلة تنظيف الويفر من نوع الخزان
تتكون آلة تنظيف البسكويت من النوع الحوضي بشكل أساسي من وحدة نقل صندوق نقل البسكويت ذات الفتح الأمامي، ووحدة نقل تحميل/تفريغ البسكويت، ووحدة سحب هواء العادم، ووحدة خزان السوائل الكيميائية، ووحدة خزان الماء منزوع الأيونات، وخزان التجفيف وحدة ووحدة التحكم. يمكنها تنظيف صناديق متعددة من الرقائق في نفس الوقت ويمكنها تحقيق التجفيف الداخلي والجاف للرقائق.
3.2 آلة حفر الرقاقة الخندقية
3.3 معدات المعالجة الرطبة للرقاقات المفردة
وفقاً لأغراض المعالجة المختلفة، يمكن تقسيم معدات المعالجة الرطبة لرقاقة الويفر الفردية إلى ثلاث فئات. الفئة الأولى هي معدات تنظيف الرقاقة المفردة، والتي تشمل أهداف تنظيفها الجسيمات والمواد العضوية وطبقة الأكسيد الطبيعي والشوائب المعدنية والملوثات الأخرى؛ والفئة الثانية هي معدات تنقية الرقاقة المفردة، والتي يتمثل غرض العملية الرئيسي فيها في إزالة الجزيئات الموجودة على سطح الرقاقة؛ الفئة الثالثة هي معدات حفر الرقاقة المفردة، والتي تستخدم بشكل رئيسي لإزالة الأغشية الرقيقة. وفقاً لأغراض المعالجة المختلفة، يمكن تقسيم معدات حفر الرقاقة المفردة إلى نوعين. النوع الأول هو معدات الحفر الخفيفة، والتي تستخدم بشكل رئيسي لإزالة طبقات الفيلم السطحية المتضررة الناتجة عن زرع الأيونات عالية الطاقة؛ النوع الثاني هو معدات إزالة الطبقة المضحية، والتي تستخدم بشكل رئيسي لإزالة الطبقات العازلة بعد ترقق الرقاقة أو التلميع الميكانيكي الكيميائي.
من منظور البنية الشاملة للآلة، فإن البنية الأساسية لجميع أنواع معدات المعالجة الرطبة ذات الرقاقة الواحدة متشابهة، وتتكون عمومًا من ستة أجزاء: الإطار الرئيسي، ونظام نقل الرقاقة، ووحدة الغرفة، ووحدة إمداد ونقل السوائل الكيميائية، ونظام البرمجيات ووحدة التحكم الإلكترونية.
3.4 معدات تنظيف الرقاقة المفردة
تم تصميم معدات تنظيف الرقاقة المفردة على أساس طريقة التنظيف RCA التقليدية، والغرض من العملية هو تنظيف الجسيمات والمواد العضوية وطبقة الأكسيد الطبيعي والشوائب المعدنية والملوثات الأخرى. فيما يتعلق بتطبيق العملية، تُستخدم حاليًا معدات تنظيف الرقاقة المفردة على نطاق واسع في العمليات الأمامية والخلفية لتصنيع الدوائر المتكاملة، بما في ذلك التنظيف قبل وبعد تكوين الفيلم، والتنظيف بعد حفر البلازما، والتنظيف بعد زرع الأيونات، والتنظيف بعد المواد الكيميائية. التلميع الميكانيكي والتنظيف بعد ترسيب المعادن. باستثناء عملية حمض الفوسفوريك ذات درجة الحرارة العالية، فإن معدات تنظيف البسكويت المفردة متوافقة بشكل أساسي مع جميع عمليات التنظيف.
3.5 معدات حفر الرقاقة المفردة
الغرض من العملية لمعدات حفر الرقاقة المفردة هو بشكل أساسي حفر الأغشية الرقيقة. وفقًا لغرض العملية، يمكن تقسيمها إلى فئتين، وهما معدات الحفر الخفيف (المستخدمة لإزالة طبقة تلف الفيلم السطحي الناتجة عن زرع الأيونات عالية الطاقة) ومعدات إزالة الطبقة المضحية (المستخدمة لإزالة الطبقة الحاجزة بعد الرقاقة التخفيف أو التلميع الميكانيكي الكيميائي). تشمل المواد التي يجب إزالتها في العملية عمومًا السيليكون وأكسيد السيليكون ونيتريد السيليكون وطبقات الأفلام المعدنية.
أربع معدات للحفر الجاف والتنظيف
4.1 تصنيف معدات الحفر بالبلازما
بالإضافة إلى معدات النقش بالرش الأيوني القريبة من التفاعل الفيزيائي النقي ومعدات إزالة الصمغ القريبة من التفاعل الكيميائي النقي، يمكن تقسيم حفر البلازما تقريبًا إلى فئتين وفقًا لتقنيات توليد البلازما والتحكم المختلفة:
- النقش بالبلازما المقترنة بالسعة (CCP)؛
- النقش بالبلازما المقترنة حثياً (ICP).
4.1.1 نقطة التحكم الحرجة
إن حفر البلازما المقترنة بالسعة هو توصيل مصدر طاقة التردد الراديوي بأحد القطبين العلوي والسفلي أو كليهما في غرفة التفاعل، وتشكل البلازما الموجودة بين اللوحين مكثفًا في دائرة مكافئة مبسطة.
هناك نوعان من أقدم هذه التقنيات:
أحدهما هو النقش البلازمي المبكر، الذي يربط مصدر طاقة التردد اللاسلكي بالقطب العلوي والقطب السفلي حيث توجد الرقاقة. نظرًا لأن البلازما المتولدة بهذه الطريقة لن تشكل غلافًا أيونيًا سميكًا بدرجة كافية على سطح الرقاقة، فإن طاقة القصف الأيوني منخفضة، وعادةً ما يتم استخدامها في عمليات مثل حفر السيليكون التي تستخدم الجسيمات النشطة باعتبارها التنميش الرئيسي.
والآخر هو النقش الأيوني التفاعلي المبكر (RIE)، الذي يربط مصدر طاقة التردد اللاسلكي بالقطب السفلي حيث توجد الرقاقة، ويربط القطب العلوي بمساحة أكبر. يمكن لهذه التقنية أن تشكل غلافًا أيونيًا أكثر سمكًا، وهو مناسب لعمليات الحفر العازلة التي تتطلب طاقة أيونية أعلى للمشاركة في التفاعل. على أساس النقش الأيوني التفاعلي المبكر، تتم إضافة مجال مغناطيسي تيار مستمر متعامد مع المجال الكهربائي للتردد الراديوي لتشكيل انجراف ExB، والذي يمكن أن يزيد من فرصة تصادم الإلكترونات وجزيئات الغاز، وبالتالي تحسين تركيز البلازما ومعدل النقش بشكل فعال. يُطلق على هذا النقش اسم النقش الأيوني التفاعلي المعزز بالمجال المغناطيسي (MERIE).
التقنيات الثلاث المذكورة أعلاه لها عيب مشترك، وهو أنه لا يمكن التحكم في تركيز البلازما وطاقتها بشكل منفصل. على سبيل المثال، من أجل زيادة معدل النقش، يمكن استخدام طريقة زيادة قوة التردد اللاسلكي لزيادة تركيز البلازما، ولكن زيادة قوة التردد اللاسلكي ستؤدي حتما إلى زيادة طاقة الأيونات، مما سيؤدي إلى تلف الأجهزة الموجودة عليها. الرقاقة. في العقد الماضي، اعتمدت تقنية الاقتران السعوي تصميمًا لمصادر الترددات اللاسلكية المتعددة، والتي تكون متصلة بالأقطاب الكهربائية العلوية والسفلية على التوالي أو كليهما بالقطب السفلي.
من خلال اختيار ومطابقة ترددات الراديو المختلفة، يتم تنسيق منطقة القطب الكهربائي والتباعد والمواد والمعلمات الرئيسية الأخرى مع بعضها البعض، ويمكن فصل تركيز البلازما وطاقة الأيونات قدر الإمكان.
4.1.2 برنامج المقارنات الدولية
النقش بالبلازما المقترنة حثيًا هو وضع مجموعة واحدة أو أكثر من الملفات المتصلة بمصدر طاقة تردد راديوي في غرفة التفاعل أو حولها. يدخل المجال المغناطيسي المتناوب الناتج عن تيار التردد الراديوي في الملف إلى غرفة التفاعل من خلال النافذة العازلة لتسريع الإلكترونات، وبالتالي توليد البلازما. في الدائرة المكافئة المبسطة (المحول)، يكون الملف هو محاثة الملف الأولية، والبلازما هي محاثة الملف الثانوية.
يمكن لطريقة الاقتران هذه تحقيق تركيز بلازما أعلى بأكثر من مرتبة واحدة من الاقتران السعوي عند الضغط المنخفض. بالإضافة إلى ذلك، يتم توصيل مصدر طاقة التردد اللاسلكي الثاني بموقع الرقاقة كمصدر طاقة متحيز لتوفير طاقة القصف الأيوني. لذلك، يعتمد تركيز الأيونات على مصدر إمداد الطاقة للملف وتعتمد طاقة الأيونات على مصدر إمداد الطاقة المتحيز، وبالتالي تحقيق فصل أكثر شمولاً بين التركيز والطاقة.
4.2 معدات الحفر بالبلازما
يتم إنشاء جميع أدوات النقش الجاف تقريبًا بشكل مباشر أو غير مباشر من البلازما، لذلك يُطلق على النقش الجاف غالبًا اسم النقش بالبلازما. النقش بالبلازما هو نوع من النقش بالبلازما بالمعنى الواسع. في التصميمين المبكرين للمفاعل ذي اللوحة المسطحة، كان أحدهما هو تأريض اللوحة حيث توجد الرقاقة وتوصيل اللوحة الأخرى بمصدر التردد اللاسلكي؛ والآخر هو عكس ذلك. في التصميم السابق، عادة ما تكون مساحة اللوحة المؤرضة أكبر من مساحة اللوحة المتصلة بمصدر التردد اللاسلكي، ويكون ضغط الغاز في المفاعل مرتفعًا. الغلاف الأيوني المتكون على سطح الرقاقة رقيق جدًا، ويبدو أن الرقاقة "مغمورة" في البلازما. يتم الانتهاء من النقش بشكل أساسي عن طريق التفاعل الكيميائي بين الجزيئات النشطة في البلازما وسطح المادة المحفورة. طاقة القصف الأيوني صغيرة جدًا، ومشاركتها في النقش منخفضة جدًا. يسمى هذا التصميم وضع النقش بالبلازما. في تصميم آخر، نظرًا لأن درجة مشاركة القصف الأيوني كبيرة نسبيًا، يطلق عليه وضع النقش الأيوني التفاعلي.
4.3 معدات النقش الأيوني التفاعلي
يشير النقش الأيوني التفاعلي (RIE) إلى عملية النقش التي تشارك فيها الجزيئات النشطة والأيونات المشحونة في العملية في نفس الوقت. من بينها، الجسيمات النشطة هي في الأساس جسيمات محايدة (تُعرف أيضًا باسم الجذور الحرة)، ذات تركيز عالٍ (حوالي 1% إلى 10% من تركيز الغاز)، وهي المكونات الرئيسية للمنمش. تكون المنتجات الناتجة عن التفاعل الكيميائي بينها وبين المادة المحفورة إما متطايرة ويتم استخلاصها مباشرة من غرفة التفاعل، أو تتراكم على السطح المحفور؛ بينما تكون الأيونات المشحونة بتركيز أقل (10-4 إلى 10-3 من تركيز الغاز)، ويتم تسريعها بواسطة المجال الكهربائي للغمد الأيوني المتكون على سطح الرقاقة لقصف السطح المحفور. هناك وظيفتان رئيسيتان للجسيمات المشحونة. الأول هو تدمير البنية الذرية للمادة المحفورة، وبالتالي تسريع معدل تفاعل الجسيمات النشطة معها؛ والآخر هو قصف وإزالة منتجات التفاعل المتراكمة بحيث تكون المادة المحفورة على اتصال كامل مع الجسيمات النشطة، بحيث يستمر النقش.
نظرًا لأن الأيونات لا تشارك بشكل مباشر في تفاعل النقش (أو تمثل نسبة صغيرة جدًا، مثل إزالة القصف الفيزيائي والحفر الكيميائي المباشر للأيونات النشطة)، بالمعنى الدقيق للكلمة، يجب أن تسمى عملية النقش المذكورة أعلاه بالحفر بمساعدة الأيونات. اسم النقش الأيوني التفاعلي ليس دقيقًا، لكنه لا يزال مستخدمًا حتى اليوم. تم استخدام أقدم معدات RIE في الثمانينات. نظرًا لاستخدام مصدر طاقة RF واحد وتصميم غرفة التفاعل البسيط نسبيًا، فإن له قيودًا من حيث معدل النقش والتوحيد والانتقائية.
4.4 معدات النقش بالأيونات التفاعلية المحسنة بالمجال المغناطيسي
جهاز MERIE (النقش الأيوني التفاعلي المحسّن مغناطيسيًا) هو جهاز نقش تم إنشاؤه عن طريق إضافة مجال مغناطيسي مستمر إلى جهاز RIE ذو لوحة مسطحة ويهدف إلى زيادة معدل النقش.
تم استخدام معدات MERIE على نطاق واسع في التسعينيات، عندما أصبحت معدات حفر الرقاقة المفردة هي المعدات الرئيسية في الصناعة. أكبر عيب في معدات MERIE هو أن عدم تجانس التوزيع المكاني لتركيز البلازما الناتج عن المجال المغناطيسي سيؤدي إلى اختلافات التيار أو الجهد في جهاز الدائرة المتكاملة، مما يتسبب في تلف الجهاز. وبما أن هذا الضرر ناتج عن عدم التجانس اللحظي، فإن دوران المجال المغناطيسي لا يمكنه القضاء عليه. مع استمرار تقلص حجم الدوائر المتكاملة، أصبح تلف أجهزتها حساسًا بشكل متزايد لعدم تجانس البلازما، وتم استبدال تقنية زيادة معدل الحفر من خلال تعزيز المجال المغناطيسي تدريجيًا بتقنية الحفر الأيوني التفاعلي المستوي متعدد الترددات اللاسلكية، والتي هي تقنية النقش بالبلازما المقترنة بالسعة.
4.5 معدات الحفر بالبلازما المقترنة بالسعة
معدات الحفر بالبلازما المقترنة سعوية (CCP) هي جهاز يولد البلازما في غرفة التفاعل من خلال الاقتران السعوي من خلال تطبيق مصدر طاقة تردد راديوي (أو DC) على لوحة القطب الكهربائي ويستخدم في النقش. مبدأ النقش الخاص بها مشابه لمبدأ معدات النقش الأيوني التفاعلي.
الرسم التخطيطي المبسط لمعدات الحفر CCP موضح أدناه. ويستخدم عمومًا مصدرين أو ثلاثة مصادر للترددات اللاسلكية بترددات مختلفة، ويستخدم البعض أيضًا مصادر طاقة التيار المستمر. تردد مصدر طاقة التردد اللاسلكي هو 800 كيلو هرتز ~ 162 ميجا هرتز، والترددات المستخدمة بشكل شائع هي 2 ميجا هرتز، 4 ميجا هرتز، 13 ميجا هرتز، 27 ميجا هرتز، 40 ميجا هرتز و 60 ميجا هرتز. عادةً ما تسمى مصادر طاقة التردد اللاسلكي بتردد 2 ميجا هرتز أو 4 ميجا هرتز بمصادر التردد اللاسلكي منخفضة التردد. وهي متصلة عمومًا بالقطب السفلي حيث توجد الرقاقة. وهي أكثر فعالية في التحكم بالطاقة الأيونية، لذلك يطلق عليها أيضًا اسم مصادر الطاقة المتحيزة؛ تسمى مصادر طاقة التردد اللاسلكي ذات التردد الأعلى من 27 ميجا هرتز بمصادر التردد اللاسلكي عالي التردد. يمكن توصيلها إما بالقطب العلوي أو بالقطب السفلي. وهي أكثر فعالية في التحكم في تركيز البلازما، لذلك تسمى أيضًا مصادر الطاقة المصدرية. يقع مصدر طاقة التردد اللاسلكي بتردد 13 ميجاهرتز في المنتصف ويُعتبر عمومًا أنه يحتوي على كلتا الوظيفتين المذكورتين أعلاه ولكنه أضعف نسبيًا. لاحظ أنه على الرغم من أنه يمكن ضبط تركيز البلازما وطاقتها ضمن نطاق معين بواسطة قوة مصادر الترددات اللاسلكية ذات الترددات المختلفة (ما يسمى بتأثير الفصل)، إلا أنه لا يمكن تعديلها والتحكم فيها بشكل مستقل تمامًا بسبب خصائص الاقتران السعوي.
إن توزيع طاقة الأيونات له تأثير كبير على الأداء التفصيلي للحفر وتلف الجهاز، لذلك أصبح تطوير التكنولوجيا لتحسين توزيع طاقة الأيونات أحد النقاط الرئيسية لمعدات الحفر المتقدمة. في الوقت الحالي، تشمل التقنيات التي تم استخدامها بنجاح في الإنتاج محرك هجين متعدد الترددات اللاسلكية، وتراكب التيار المستمر، والترددات اللاسلكية المدمجة مع انحياز نبض التيار المستمر، وإخراج الترددات اللاسلكية النبضية المتزامنة لمصدر الطاقة المتحيز ومصدر مصدر الطاقة.
تعد معدات الحفر CCP أحد النوعين الأكثر استخدامًا لمعدات الحفر بالبلازما. يتم استخدامه بشكل أساسي في عملية حفر المواد العازلة، مثل جدار البوابة الجانبي وحفر القناع الصلب في المرحلة الأمامية من عملية الرقاقة المنطقية، وحفر ثقب الاتصال في المرحلة المتوسطة، وحفر الفسيفساء ووسادة الألومنيوم في المرحلة الخلفية، وكذلك حفر الخنادق العميقة والثقوب العميقة وفتحات ملامسة الأسلاك في عملية شرائح ذاكرة فلاش ثلاثية الأبعاد (مع أخذ بنية نيتريد السيليكون / أكسيد السيليكون كمثال).
هناك نوعان من التحديات الرئيسية واتجاهات التحسين التي تواجهها معدات الحفر CCP. أولاً، في تطبيق طاقة أيونية عالية للغاية، تتطلب قدرة النقش على الهياكل ذات نسبة العرض إلى الارتفاع العالية (مثل حفر الثقب والأخدود لذاكرة الفلاش ثلاثية الأبعاد نسبة أعلى من 50:1). استخدمت الطريقة الحالية لزيادة قدرة التحيز لزيادة طاقة الأيونات مصادر طاقة RF تصل إلى 10000 واط. ونظرًا للكمية الكبيرة من الحرارة المتولدة، تحتاج تكنولوجيا التبريد والتحكم في درجة الحرارة لغرفة التفاعل إلى التحسين المستمر. ثانيًا، يجب أن يكون هناك اختراق في تطوير غازات النقش الجديدة لحل مشكلة القدرة على النقش بشكل أساسي.
4.6 معدات الحفر بالبلازما المقترنة حثيًا
معدات الحفر بالبلازما المقترنة حثيًا (ICP) عبارة عن جهاز يجمع طاقة مصدر طاقة التردد الراديوي في غرفة التفاعل على شكل مجال مغناطيسي عبر ملف محث، وبالتالي توليد بلازما للحفر. ينتمي مبدأ النقش أيضًا إلى النقش الأيوني التفاعلي المعمم.
هناك نوعان رئيسيان من تصميمات مصادر البلازما لمعدات الحفر ICP. إحداها هي تقنية البلازما المقترنة بالمحولات (TCP) التي طورتها وأنتجتها شركة Lam Research. يتم وضع ملف الحث الخاص بها على سطح النافذة العازلة فوق غرفة التفاعل. تولد إشارة التردد اللاسلكي بتردد 13.56 ميجا هرتز مجالًا مغناطيسيًا متناوبًا في الملف الذي يكون متعامدًا مع النافذة العازلة ويتباعد شعاعيًا مع محور الملف كمركز.
يدخل المجال المغناطيسي إلى غرفة التفاعل من خلال النافذة العازلة، ويولد المجال المغناطيسي المتناوب مجالًا كهربائيًا متناوبًا موازيًا لنافذة العازل في غرفة التفاعل، وبالتالي تحقيق تفكك غاز الحفر وتوليد البلازما. نظرًا لأنه يمكن فهم هذا المبدأ على أنه محول بملف محث باعتباره الملف الأولي والبلازما الموجودة في غرفة التفاعل باعتبارها الملف الثانوي، فقد تم تسمية حفر ICP بهذا الاسم.
الميزة الرئيسية لتقنية TCP هي سهولة توسيع البنية. على سبيل المثال، من رقاقة 200 مم إلى رقاقة 300 مم، يمكن لـ TCP الحفاظ على نفس تأثير النقش ببساطة عن طريق زيادة حجم الملف.
تصميم آخر لمصدر البلازما هو تقنية مصدر البلازما المنفصل (DPS) التي طورتها وأنتجتها شركة Applied Materials, Inc. بالولايات المتحدة. ملف الحث الخاص به ملفوف بشكل ثلاثي الأبعاد على نافذة عازلة نصف كروية. مبدأ توليد البلازما مشابه لتقنية TCP المذكورة أعلاه، ولكن كفاءة تفكك الغاز مرتفعة نسبيًا، مما يفضي إلى الحصول على تركيز بلازما أعلى.
نظرًا لأن كفاءة الاقتران الحثي لتوليد البلازما أعلى من كفاءة الاقتران بالسعة، ويتم توليد البلازما بشكل أساسي في المنطقة القريبة من النافذة العازلة، يتم تحديد تركيز البلازما بشكل أساسي من خلال قوة مصدر مصدر الطاقة المتصل بالمغو الملف، ويتم تحديد طاقة الأيونات الموجودة في الغلاف الأيوني على سطح الرقاقة بشكل أساسي من خلال قوة مصدر الطاقة المتحيز، لذلك يمكن التحكم بشكل مستقل في تركيز وطاقة الأيونات، وبالتالي تحقيق الفصل.
تعد معدات الحفر ICP أحد النوعين الأكثر استخدامًا لمعدات الحفر بالبلازما. يتم استخدامه بشكل أساسي لحفر خنادق السيليكون الضحلة، والجرمانيوم (Ge)، وهياكل بوابة البولي سيليكون، وهياكل البوابة المعدنية، والسيليكون المتوتر (Strained-Si)، والأسلاك المعدنية، والوسادات المعدنية (الوسادات)، والأقنعة الصلبة المعدنية لنقش الفسيفساء والعمليات المتعددة في تكنولوجيا التصوير المتعددة.
بالإضافة إلى ذلك، مع ظهور الدوائر المتكاملة ثلاثية الأبعاد، وأجهزة استشعار الصور CMOS، والأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)، فضلاً عن الزيادة السريعة في تطبيق فيا السيليكون (TSV)، والثقوب المائلة كبيرة الحجم و النقش العميق للسيليكون بأشكال مختلفة، أطلقت العديد من الشركات المصنعة معدات النقش المطورة خصيصًا لهذه التطبيقات. خصائصه هي عمق الحفر الكبير (عشرات أو حتى مئات الميكرونات)، لذلك فهو يعمل في الغالب تحت تدفق الغاز العالي والضغط العالي وظروف الطاقة العالية.
———————————————————————————————————————————— ———————————-
يمكن أن توفر Semiceraأجزاء الجرافيت, شعر ناعم/صلب, أجزاء كربيد السيليكون, أجزاء كربيد السيليكون CVD، والأجزاء المغلفة بـ SiC/TaCمع 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
وقت النشر: 31 أغسطس 2024