הסבר מפורט על היתרונות והחסרונות של תחריט יבש ותחריט רטוב

בייצור מוליכים למחצה, קיימת טכניקה הנקראת "תחריט" במהלך עיבוד של מצע או סרט דק שנוצר על המצע. הפיתוח של טכנולוגיית התחריט מילאה תפקיד במימוש התחזית שערך מייסד אינטל גורדון מור ב-1965 כי "צפיפות האינטגרציה של טרנזיסטורים תוכפל תוך 1.5 עד שנתיים" (הידוע בכינויו "חוק מור").

תחריט אינו תהליך "תוסף" כמו שקיעה או מליטה, אלא תהליך "חיסור". בנוסף, על פי שיטות הגרידה השונות היא מתחלקת לשתי קטגוריות, כלומר "תחריט רטוב" ו"תחריט יבש". בפשטות, הראשונה היא שיטת התכה והשנייה היא שיטת חפירה.

במאמר זה נסביר בקצרה את המאפיינים וההבדלים של כל טכנולוגיית תחריט, תחריט רטוב וחריטה יבשה, וכן את אזורי היישום להם כל אחת מתאימה.

סקירה כללית של תהליך התחריט

אומרים שטכנולוגיית התחריט מקורה באירופה באמצע המאה ה-15. באותו זמן, חומצה נשפכה לתוך לוח נחושת חרוט כדי לשתות את הנחושת החשופה, ויצרה אינדגליו. טכניקות טיפול פני השטח המנצלות את השפעות הקורוזיה ידועות כ"תחריט".

מטרת תהליך התחריט בייצור מוליכים למחצה היא לחתוך את המצע או הסרט על המצע לפי השרטוט. על ידי חזרה על שלבי ההכנה של יצירת סרט, פוטוליטוגרפיה ותחריט, המבנה המישורי מעובד למבנה תלת מימדי.

ההבדל בין תחריט רטוב לתחריט יבש

לאחר תהליך הפוטוליתוגרפיה, המצע החשוף נחרט לח או יבש בתהליך תחריט.

תחריט רטוב משתמש בתמיסה כדי לחרוט ולגרד את פני השטח. אמנם ניתן לעבד שיטה זו במהירות ובזול, אך חסרונה הוא שדיוק העיבוד מעט נמוך יותר. לכן, תחריט יבש נולד בסביבות 1970. תחריט יבש אינו משתמש בתמיסה, אלא משתמש בגז כדי לפגוע במשטח המצע כדי לשרוט אותו, המתאפיין בדיוק עיבוד גבוה.

"איזוטרופיה" ו"אניזוטרופיה"

כאשר מציגים את ההבדל בין תחריט רטוב לחריטה יבשה, המילים החיוניות הן "איזוטרופי" ו"אניזוטרופי". איזוטרופיה פירושה שהתכונות הפיזיקליות של החומר והמרחב אינן משתנות עם הכיוון, ואנזיטרופיה פירושה שהתכונות הפיזיקליות של החומר והמרחב משתנות עם הכיוון.

תחריט איזוטרופי פירושו שהתחריט מתקדם באותה כמות סביב נקודה מסוימת, וחריטה אנזוטרופית פירושה שהתחריט מתקדם בכיוונים שונים סביב נקודה מסוימת. לדוגמה, בתחריט במהלך ייצור מוליכים למחצה, לעתים קרובות בוחרים בחריטה אנזוטרופית כך שרק כיוון המטרה נגרד, ומותיר כיוונים אחרים שלמים.

תמונות של "Etch Isotropic" ו-"Anisotropic Etch"

תחריט רטוב באמצעות כימיקלים.

תחריט רטוב משתמש בתגובה כימית בין חומר כימי למצע. בשיטה זו, תחריט אנזוטרופי אינו בלתי אפשרי, אך הוא הרבה יותר קשה מאשר תחריט איזוטרופי. קיימות הגבלות רבות על השילוב של תמיסות וחומרים, ויש לשלוט בקפדנות על תנאים כגון טמפרטורת המצע, ריכוז התמיסה וכמות ההוספה.

לא משנה עד כמה התנאים מותאמים, קשה להשיג תחריט רטוב לעיבוד עדין מתחת ל-1 מיקרומטר. אחת הסיבות לכך היא הצורך לשלוט בתחריט צד.

חיתוך היא תופעה המכונה גם חתך. גם אם יש לקוות שהחומר יתמוסס רק בכיוון האנכי (כיוון העומק) על ידי תחריט רטוב, אי אפשר למנוע לחלוטין מהתמיסה לפגוע בדפנות, ולכן פירוק החומר בכיוון המקביל ימשיך בהכרח. . עקב תופעה זו, תחריט רטוב מייצר באופן אקראי קטעים צרים יותר מרוחב המטרה. באופן זה, בעת עיבוד מוצרים הדורשים בקרת זרם מדויקת, יכולת השחזור נמוכה והדיוק אינו אמין.

דוגמאות לכשלים אפשריים בתחריט רטוב

מדוע תחריט יבש מתאים למיקרו-עיבוד

תיאור של אמנות קשורה תחריט יבש המתאים לחריטה אנזוטרופית משמש בתהליכי ייצור מוליכים למחצה הדורשים עיבוד דיוק גבוה. תחריט יבש מכונה לעתים קרובות צריבת יונים תגובתיים (RIE), אשר עשויה לכלול גם תחריט פלזמה וחריטת ספוטר במובן הרחב, אך מאמר זה יתמקד ב-RIE.

כדי להסביר מדוע תחריט אנזוטרופי קל יותר עם תחריט יבש, בואו נסתכל מקרוב על תהליך ה-RIE. קל להבין זאת על ידי חלוקת תהליך התחריט היבש וגרידת המצע לשני סוגים: "תחריט כימי" ו"תחריט פיזי".

תחריט כימי מתרחש בשלושה שלבים. ראשית, הגזים התגובתיים נספגים על פני השטח. לאחר מכן נוצרים תוצרי תגובה מגז התגובה ומחומר המצע, ולבסוף תוצרי התגובה נספגים. בתחריט הפיזי שלאחר מכן, המצע נחרט אנכית כלפי מטה על ידי החלת גז ארגון אנכית על המצע.

תחריט כימי מתרחש באופן איזוטרופי, בעוד שחריטה פיזיקלית יכולה להתרחש בצורה אנזוטרופית על ידי שליטה בכיוון יישום הגז. בגלל תחריט פיזי זה, תחריט יבש מאפשר יותר שליטה על כיוון התחריט מאשר תחריט רטוב.

גם תחריט יבש ורטוב דורש את אותם תנאים מחמירים כמו תחריט רטוב, אך יש לה יכולת שחזור גבוהה יותר מאשר תחריט רטוב ויש לה הרבה פריטים שקל יותר לשלוט בהם. לכן, אין ספק שחריטה יבשה תורמת יותר לייצור תעשייתי.

מדוע עדיין יש צורך בתחריט רטוב

ברגע שאתה מבין את התחריט היבש הכל יכול לכאורה, אתה עשוי לתהות מדוע תחריט רטוב עדיין קיים. עם זאת, הסיבה פשוטה: תחריט רטוב הופך את המוצר לזול יותר.

ההבדל העיקרי בין תחריט יבש לתחריט רטוב הוא העלות. הכימיקלים המשמשים בתחריט רטוב אינם כל כך יקרים, ומחיר הציוד עצמו אמור להיות בערך 1/10 מזה של ציוד תחריט יבש. בנוסף, זמן העיבוד קצר וניתן לעבד מספר מצעים בו זמנית, מה שמפחית את עלויות הייצור. כתוצאה מכך, אנו יכולים לשמור על עלויות מוצרים נמוכות, מה שנותן לנו יתרון על פני המתחרים שלנו. אם הדרישות לדיוק העיבוד אינן גבוהות, חברות רבות יבחרו בתחריט רטוב לייצור המוני גס.

תהליך התחריט הוצג כתהליך הממלא תפקיד בטכנולוגיית מיקרו-ייצור. תהליך התחריט מחולק באופן גס לחריטה רטובה ותחריט יבש. אם העלות חשובה, הראשון עדיף, ואם נדרש מיקרו-עיבוד מתחת ל-1 מיקרומטר, השני עדיף. באופן אידיאלי, תהליך יכול להיבחר על סמך המוצר שייצר והעלות, ולא איזה מהם עדיף.