تكنولوجيا عملية النقش أشباه الموصلات

يعد النقش، أو النقش، خطوة حاسمة في تصنيع أشباه الموصلات، وتصنيع الدوائر المتكاملة للإلكترونيات الدقيقة، وعمليات التصنيع الدقيقة/النانو. إنها عملية الزخرفة الأولية المرتبطة بالطباعة الحجرية الضوئية. بالمعنى الضيق، النقش هو في الأساس حفر ضوئي، حيث يتم تعريض مقاوم الضوء أولاً باستخدام الطباعة الحجرية الضوئية، ثم يتم استخدام طرق أخرى لحفر المواد غير المرغوب فيها. الحفر هو عملية إزالة المواد غير المرغوب فيها بشكل انتقائي من سطح رقاقة السيليكون باستخدام طرق كيميائية أو فيزيائية. هدفها الأساسي هو تكرار نمط القناع بدقة على رقاقة السيليكون المطلية. مع تطور عمليات التصنيع الدقيق، أصبح النقش على نطاق واسع مصطلحًا عامًا لتجريد وإزالة المواد باستخدام المحاليل أو الأيونات التفاعلية أو الطرق الميكانيكية الأخرى، ليصبح مصطلحًا شائعًا في التصنيع الدقيق.

يمكن تصنيف النقش على نطاق واسع إلى نوعين: النقش الرطب والحفر الجاف. في الحفر الجاف، يتم إثارة الغاز عند ترددات عالية (في المقام الأول 13.56 ميجا هرتز أو 2.45 جيجا هرتز). وتحت ضغط يتراوح من 1 إلى 100 باسكال، يتراوح متوسط ​​مساره الحر من بضعة ملليمترات إلى بضعة سنتيمترات. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من النقش الجاف:

• الحفر الجاف الفيزيائي: يسرع من التآكل المادي للجزيئات الموجودة على سطح الرقاقة.

• الحفر الكيميائي الجاف: يتفاعل الغاز كيميائياً مع سطح الرقاقة.

• النقش الجاف الكيميائي الفيزيائي: عملية النقش الفيزيائي ذات الخصائص الكيميائية.

1. النقش بالشعاع الأيوني

النقش بالشعاع الأيوني هو عملية حفر فيزيائية جافة. تشع أيونات الأرجون على السطح في شعاع أيوني يتراوح ما بين 1 إلى 3 كيلو إلكترون فولت تقريبًا. بسبب طاقة الأيونات، فإنها تقصف المادة السطحية. يتم إدخال الرقاقة عموديًا أو بزاوية في الشعاع الأيوني، وتكون عملية النقش متباينة الخواص تمامًا. الانتقائية منخفضة لأنها لا تفرق بين الطبقات. يتم طرد الغاز والمواد المصقولة بواسطة مضخة تفريغ؛ ومع ذلك، نظرًا لأن منتجات التفاعل ليست غازية، فيمكن أن تترسب الجسيمات على الرقاقة أو جدران الغرفة.

لتجنب هذه الجسيمات، يتم إدخال غاز ثانٍ إلى الغرفة. يتفاعل هذا الغاز مع أيونات الأرجون، مما يؤدي إلى عملية الحفر الفيزيائية والكيميائية. يتفاعل بعض الغاز مع السطح، ولكن يتفاعل البعض الآخر مع الجسيمات المصقولة لتكوين منتجات ثانوية غازية. يمكن حفر جميع المواد تقريبًا باستخدام هذه الطريقة. بسبب الإشعاع الرأسي، يكون التآكل على الجدران العمودية منخفضًا جدًا (تباين عالي). ومع ذلك، نظرًا لانخفاض الانتقائية وانخفاض معدل الحفر، نادرًا ما يتم استخدام هذه العملية في تصنيع أشباه الموصلات الحديثة.

2. النقش بالبلازما

النقش بالبلازما هو عملية نقش كيميائي تمامًا (الحفر الكيميائي الجاف). ميزتها هي أن سطح الرقاقة لا يتضرر بسبب الأيونات المتسارعة. نظرًا للجزيئات المنقولة لغاز النقش، فإن ملف النقش يكون متناحي الخواص، مما يجعل هذه الطريقة مناسبة لإزالة طبقات الفيلم بأكملها (على سبيل المثال، تنظيف الجانب الخلفي بعد الأكسدة الحرارية).

أحد أنواع المفاعلات المستخدمة في حفر البلازما هو مفاعل المصب. يتم إشعال البلازما بتردد عالٍ يبلغ 2.45 جيجا هرتز من خلال التأين بالصدمة، وينفصل موقع التأين بالصدمة عن الرقاقة.

في منطقة تفريغ الغاز، توجد جزيئات مختلفة، بما في ذلك الجذور الحرة، بسبب التأثير. الجذور الحرة هي ذرات أو جزيئات محايدة ذات إلكترونات غير مشبعة، وبالتالي فهي شديدة التفاعل. كغاز محايد، يتم إدخال رباعي فلورو الميثان (CF4) إلى منطقة تفريغ الغاز وينفصل إلى جزيئات CF2 والفلور (F2). وبالمثل، يمكن فصل الفلور عن CF4 بإضافة الأكسجين (O2):

2 CF4 + O2 ---> 2 COF2 + 2 F2

يمكن تقسيم جزيء الفلور إلى ذرتين فلور منفصلتين بواسطة الطاقة الموجودة في منطقة تفريغ الغاز: كل ذرة فلور هي جذر فلور حر، حيث أن كل ذرة لديها سبعة إلكترونات تكافؤ وتهدف إلى تحقيق تكوين غاز خامل. بالإضافة إلى الجذور الحرة المحايدة، هناك العديد من الجسيمات المشحونة جزئيًا (CF+4، CF+3، CF+2، ...). تدخل جميع الجسيمات والجذور الحرة وما إلى ذلك إلى غرفة النقش من خلال أنبوب خزفي. يمكن حجب الجسيمات المشحونة من حجرة الحفر عن طريق شبكة الاستخلاص أو إعادة تجميعها أثناء تكوينها لجزيئات محايدة. تتجمع أيضًا جذور الفلور جزئيًا، ولكنها كافية للوصول إلى غرفة الحفر، وتتفاعل على سطح الرقاقة، وتسبب التآكل الكيميائي. لا تعد الجسيمات المحايدة الأخرى جزءًا من عملية الحفر ويتم استنفادها مع منتجات التفاعل.

أمثلة على الأغشية الرقيقة التي يمكن حفرها في النقش بالبلازما: • السيليكون: Si + 4F ---> SiF4 • ثاني أكسيد السيليكون: SiO2 + 4F ---> SiF4 + O2 • نيتريد السيليكون: Si3N4 + 12F ---> 3SiF4 + 2N2 3. خصائص النقش الأيوني التفاعلي (RIE): الانتقائية، ملف النقش، معدل النقش، يمكن التحكم في التوحيد والتكرار بدقة شديدة في النقش الأيوني التفاعلي. من الممكن الحصول على ملفات تعريف النقش المتناحية وكذلك متباينة الخواص. ولذلك، فإن RIE هي عملية حفر فيزيائية كيميائية وهي العملية الأكثر أهمية في تصنيع أشباه الموصلات لبناء مجموعة واسعة من الأغشية الرقيقة. في غرفة العملية، يتم وضع الرقاقة على قطب كهربائي عالي التردد (قطب HF). يتم إنشاء البلازما عن طريق التأين الصدمي، حيث تظهر الإلكترونات الحرة والأيونات الموجبة الشحنة. إذا كان القطب HF عند جهد موجب، فإن الإلكترونات الحرة تتراكم عليه ولا يمكنها مغادرة القطب مرة أخرى بسبب تقاربها الإلكتروني. لذلك، يتم شحن القطب إلى -1000 فولت (جهد التحيز). تتحرك الأيونات البطيئة التي لا يمكنها متابعة المجال المتناوب بسرعة نحو القطب المشحون بشحنة سالبة.

إذا كان متوسط ​​المسار الحر للأيونات مرتفعًا، فإن الجسيمات تقصف سطح الرقاقة بزوايا متعامدة تقريبًا. وبالتالي، يتم إخراج المادة من السطح عن طريق الأيونات المتسارعة (النقش الفيزيائي)، وتتفاعل بعض الجسيمات أيضًا كيميائيًا مع السطح. لا تتأثر الجدران الجانبية، لذلك لا يوجد تآكل ويظل المظهر الجانبي للحفر متباين الخواص. الانتقائية ليست صغيرة جدًا، ولكنها ليست كبيرة جدًا بسبب عملية النقش الفيزيائي. علاوة على ذلك، فإن سطح الرقاقة يتضرر بسبب الأيونات المتسارعة ويجب معالجته عن طريق التلدين الحراري. يتم إنجاز الجزء الكيميائي من عملية النقش من خلال تفاعل الجذور الحرة مع السطح والمادة التي يتم طحنها فعليًا، لذلك لا يتم إعادة ترسبها على الرقاقة أو جدران الغرفة كما هو الحال في النقش بالشعاع الأيوني. عن طريق زيادة الضغط في غرفة الحفر، يتناقص متوسط ​​المسار الحر للجزيئات. ولذلك، هناك المزيد من الاصطدامات، وتنتقل الجزيئات في اتجاهات مختلفة. يؤدي هذا إلى نقش اتجاهي أقل، وتكتسب عملية النقش المزيد من الخصائص الكيميائية. تؤدي الانتقائية المتزايدة إلى الحصول على صورة حفر أكثر تناحيًا. يتم تحقيق ملامح الحفر متباين الخواص من خلال تخميل الجدران الجانبية أثناء حفر السيليكون. يتفاعل الأكسجين الموجود في غرفة الحفر مع السيليكون المطحون لتكوين ثاني أكسيد السيليكون، الذي يترسب على الجدران الجانبية الرأسية. تتم إزالة طبقة الأكسيد الموجودة على المناطق الأفقية بسبب القصف الأيوني، مما يسمح بمواصلة عملية النقش الجانبي.

يعتمد معدل الحفر على الضغط، وطاقة المولد عالية التردد، وغاز المعالجة، ومعدل تدفق الغاز الفعلي، ودرجة حرارة الرقاقة. يزداد تباين الخواص مع زيادة طاقة التردد العالي، وانخفاض الضغط، وانخفاض درجة الحرارة. يعتمد تجانس عملية الحفر على الغاز، والمسافة بين القطبين، ومادة القطب. إذا كانت المسافة صغيرة جدًا، لا يمكن تشتيت البلازما بشكل موحد، مما يؤدي إلى عدم التجانس. تؤدي زيادة مسافة القطب الكهربائي إلى تقليل معدل الحفر لأن البلازما موزعة على حجم موسع. بالنسبة للأقطاب الكهربائية، أثبت الكربون أنه المادة المفضلة. نظرًا لأن الفلور والكلور يهاجمان الكربون أيضًا، فإن الأقطاب الكهربائية تنتج بلازما موحدة متوترة، وبالتالي تتأثر حواف الرقاقة بنفس الطريقة التي يتأثر بها مركز الرقاقة.

تعتمد الانتقائية ومعدل الحفر بشكل كبير على غاز المعالجة. بالنسبة لمركبات السيليكون والسيليكون، يتم استخدام الفلور والكلور في المقام الأول.

لا تقتصر عمليات الحفر على غاز واحد أو خليط غاز أو معلمات عملية ثابتة. على سبيل المثال، يمكن إزالة الأكاسيد الأصلية الموجودة على البولي سيليكون أولاً بمعدل حفر مرتفع وانتقائية منخفضة، يليها حفر البولي سيليكون بانتقائية أعلى مقارنة بالطبقات الأساسية.

يقدم Semicorex مختلفًامكونات كربيد السيليكونفي عملية النقش. إذا كانت لديك أي استفسارات أو كنت بحاجة إلى تفاصيل إضافية، فلا تتردد في الاتصال بنا.

هاتف الاتصال رقم +86-13567891907

البريد الإلكتروني: sales@semicorex.com