תהליך תחריט יבש

תהליך תחריט יבש מורכב בדרך כלל מארבעה מצבים בסיסיים: לפני תחריט, תחריט חלקי, רק תחריט וחריטה יתר. המאפיינים העיקריים הם קצב תחריט, סלקטיביות, ממד קריטי, אחידות וזיהוי נקודות קצה.

 איור 1 לפני תחריט

איור 2 תחריט חלקי

איור 3 רק תחריט

איור 4 תחריט יתר

(1) קצב תחריט: העומק או העובי של החומר החרוט שהוסר ליחידת זמן.

איור 5 דיאגרמת קצב תחריט

(2) סלקטיביות: היחס בין שיעורי התחריט של חומרי תחריט שונים.

איור 6 דיאגרמת סלקטיביות

(3) ממד קריטי: גודל התבנית באזור מסוים לאחר השלמת תחריט.

איור 7 דיאגרמת מימד קריטי

(4) אחידות: כדי למדוד את האחידות של ממד התחריט הקריטי (CD), המאופיין בדרך כלל במפה המלאה של CD, הנוסחה היא: U=(Max-Min)/2*AVG.

איור 8 תרשים סכמטי אחידות

(5) זיהוי נקודת סיום: במהלך תהליך התחריט, השינוי בעוצמת האור מזוהה כל הזמן. כאשר עוצמת אור מסוימת עולה או יורדת באופן משמעותי, התחריט מסתיים כדי לסמן את השלמת שכבה מסוימת של תחריט סרט.

איור 9 דיאגרמה סכמטית של נקודת סיום

בתחריט יבש, הגז מתרגש בתדר גבוה (בעיקר 13.56 מגה-הרץ או 2.45 גיגה-הרץ). בלחץ של 1 עד 100 Pa, המסלול החופשי הממוצע שלו הוא כמה מילימטרים עד כמה סנטימטרים. ישנם שלושה סוגים עיקריים של תחריט יבש:

•תחריט יבש פיזי: חלקיקים מואצים לובשים פיזית את פני הוופל

•תחריט יבש כימי: גז מגיב כימית עם משטח הוופל

•תחריט יבש פיזי כימי: תהליך תחריט פיזי עם מאפיינים כימיים

1. תחריט קרן יונים

תחריט קרן יונים (Ion Beam Etching) הוא תהליך עיבוד יבש פיזי המשתמש באלומת יוני ארגון עתירת אנרגיה באנרגיה של כ-1 עד 3 keV כדי להקרין את פני החומר. האנרגיה של אלומת היונים גורמת לה לפגוע ולהסיר את חומר פני השטח. תהליך התחריט הוא אנזוטרופי במקרה של קרני יונים בולטות אנכיות או אלכסוניות. עם זאת, בשל חוסר הסלקטיביות שלו, אין הבחנה ברורה בין חומרים ברמות שונות. הגזים הנוצרים והחומרים החרוטים נפלטים על ידי משאבת הוואקום, אך מכיוון שתוצרי התגובה אינם גזים, חלקיקים מופקדים על הוופל או על קירות החדר.

כדי למנוע היווצרות של חלקיקים, ניתן להכניס גז שני לתא. גז זה יגיב עם יוני הארגון ויגרום לתהליך תחריט פיזי וכימי. חלק מהגז יגיב עם חומר פני השטח, אך הוא יגיב גם עם החלקיקים המלוטשים ליצירת תוצרי לוואי גזים. ניתן לחרוט כמעט כל מיני חומרים בשיטה זו. בשל הקרינה האנכית, הבלאי בקירות האנכיים קטן מאוד (אניזוטרופיה גבוהה). עם זאת, בשל הסלקטיביות הנמוכה וקצב התחריט האיטי שלו, תהליך זה משמש לעתים רחוקות בייצור מוליכים למחצה נוכחיים.

2. תחריט פלזמה

תחריט פלזמה הוא תהליך תחריט כימי מוחלט, המכונה גם תחריט יבש כימי. היתרון שלו הוא שהוא לא גורם נזק יונים למשטח הוופל. מכיוון שהמינים הפעילים בגז התחריט חופשיים לנוע ותהליך התחריט הוא איזוטרופי, שיטה זו מתאימה להסרת כל שכבת הסרט (למשל ניקוי הצד האחורי לאחר חמצון תרמי).

כור במורד הזרם הוא סוג של כור הנפוץ עבור תחריט פלזמה. בכור זה, הפלזמה נוצרת על ידי יינון השפעה בשדה חשמלי בתדר גבוה של 2.45GHz ומופרדת מהוופל.

באזור פריקת הגז נוצרים חלקיקים שונים עקב פגיעה ועירור, לרבות רדיקלים חופשיים. רדיקלים חופשיים הם אטומים או מולקולות ניטרליות עם אלקטרונים בלתי רוויים, ולכן הם מאוד תגובתיים. בתהליך תחריט הפלזמה, משתמשים לעתים קרובות בגזים ניטרליים, כגון טטרפלואור-מתאן (CF4), המוכנסים לאזור פריקת הגז כדי ליצור מינים פעילים על ידי יינון או פירוק.

לדוגמה, בגז CF4, הוא מוכנס לאזור פריקת הגז ומתפרק לרדיקלי פלואור (F) ולמולקולות פחמן דיפלואוריד (CF2). באופן דומה, ניתן לפרק פלואור (F) מ-CF4 על ידי הוספת חמצן (O2).

2 CF4 + O2 —> 2 COF2 + 2 F2

מולקולת הפלואור יכולה להתפצל לשני אטומי פלואור עצמאיים תחת האנרגיה של אזור פריקת הגז, שכל אחד מהם הוא רדיקל חופשי של פלואור. מכיוון שלכל אטום פלואור יש שבעה אלקטרונים ערכיים והוא נוטה להשיג את התצורה האלקטרונית של גז אינרטי, כולם מגיבים מאוד. בנוסף לרדיקלים חופשיים של פלואור ניטרליים, באזור פריקת הגז יהיו חלקיקים טעונים כגון CF+4, CF+3, CF+2 וכו'. לאחר מכן, כל החלקיקים והרדיקלים החופשיים הללו מוכנסים לתא התחריט דרך הצינור הקרמי.

ניתן לחסום את החלקיקים הטעונים על ידי סורגים לחילוץ או לשלב אותם מחדש בתהליך של יצירת מולקולות ניטרליות כדי לשלוט בהתנהגותם בתא התחריט. רדיקלים חופשיים של פלואור יעברו גם ריקומבינציה חלקית, אך הם עדיין פעילים מספיק כדי להיכנס לתא התחריט, להגיב כימית על פני הוופל ולגרום להפשטת החומר. חלקיקים ניטרליים אחרים אינם משתתפים בתהליך התחריט והם נצרכים יחד עם תוצרי התגובה.

דוגמאות לסרטים דקים שניתן לחרוט בתחריט פלזמה:

• סיליקון: Si + 4F—> SiF4

• דו תחמוצת הסיליקון: SiO2 + 4F—> SiF4 + O2

• סיליקון ניטריד: Si3N4 + 12F—> 3SiF4 + 2N2

3. תחריט יונים תגובתי (RIE)

תחריט יונים תגובתי הוא תהליך תחריט כימי-פיזי שיכול לשלוט בצורה מדויקת מאוד על סלקטיביות, פרופיל תחריט, קצב תחריט, אחידות וחזרה. זה יכול להשיג פרופילי תחריט איזוטרופיים ואנזיטרופיים ולכן הוא אחד התהליכים החשובים ביותר לבניית סרטים דקים שונים בייצור מוליכים למחצה.

במהלך RIE, פרוסות מונחות על אלקטרודה בתדר גבוה (אלקטרודת HF). באמצעות יינון השפעה נוצרת פלזמה שבה קיימים אלקטרונים חופשיים ויונים בעלי מטען חיובי. אם מופעל מתח חיובי על אלקטרודת ה-HF, האלקטרונים החופשיים מצטברים על פני האלקטרודה ואינם יכולים לעזוב את האלקטרודה שוב עקב זיקת האלקטרונים שלהם. לכן, האלקטרודות נטענות ל-1000V (מתח הטיה) כך שהיונים האיטיים לא יכולים לעקוב אחרי השדה החשמלי המשתנה במהירות לאלקטרודה הטעונה שלילי.

במהלך צריבת יונים (RIE), אם הנתיב החופשי הממוצע של היונים גבוה, הם פוגעים במשטח הפרוסות בכיוון כמעט מאונך. בדרך זו, היונים המואצים דופקים את החומר ויוצרים תגובה כימית באמצעות תחריט פיזיקלי. מכיוון שהדפנות הצדדיות אינן מושפעות, פרופיל החריטה נשאר אנזוטרופי והבלאי של פני השטח קטן. עם זאת, הסלקטיביות אינה גבוהה במיוחד מכיוון שגם תהליך התחריט הפיזי מתרחש. בנוסף, האצת היונים גורמת לנזק למשטח הפרוסות, מה שמצריך חישול תרמי לתיקון.

החלק הכימי של תהליך התחריט מושלם על ידי רדיקלים חופשיים המגיבים עם פני השטח והיונים פוגעים פיזית בחומר, כך שהוא לא יתמקם מחדש על הפרוסה או על קירות החדר, תוך הימנעות מתופעת ההצבה מחדש כמו תחריט קרן יונים. כאשר מגבירים את לחץ הגז בתא התחריט, הנתיב החופשי הממוצע של היונים מצטמצם, מה שמגדיל את מספר ההתנגשויות בין היונים למולקולות הגז, והיונים מפוזרים לכיוונים שונים יותר. זה גורם לחריטה פחות כיוונית, מה שהופך את תהליך התחריט ליותר כימי.

פרופילי תחריט אניסוטרופיים מושגים על ידי פסיבציה של הדפנות במהלך תחריט סיליקון. חמצן מוכנס לתא התחריט, שם הוא מגיב עם הסיליקון החרוט ליצירת דו תחמוצת הסיליקון, המופקד על הדפנות האנכיות. עקב הפצצת יונים, שכבת התחמוצת באזורים האופקיים מוסרת, מה שמאפשר את המשך תהליך התחריט לרוחב. שיטה זו יכולה לשלוט על צורת פרופיל החריטה ועל תלילות הדפנות.

קצב החריטה מושפע מגורמים כמו לחץ, כוח מחולל HF, גז תהליך, קצב זרימת הגז בפועל וטמפרטורת הפרוסים, וטווח השונות שלו נשמר מתחת ל-15%. האניזוטרופיה עולה עם הגדלת הספק HF, ירידה בלחץ וירידה בטמפרטורה. האחידות של תהליך התחריט נקבעת על ידי הגז, מרווח האלקטרודות וחומר האלקטרודות. אם מרחק האלקטרודה קטן מדי, לא ניתן לפזר את הפלזמה באופן שווה, וכתוצאה מכך לא אחידות. הגדלת מרחק האלקטרודה מפחיתה את קצב התחריט מכיוון שהפלזמה מופצת בנפח גדול יותר. פחמן הוא חומר האלקטרודה המועדף מכיוון שהוא מייצר פלזמה מאומצת אחידה כך שקצה הפרוסה מושפע באותו אופן כמו מרכז הפרוסה.

לגז התהליך תפקיד חשוב בסלקטיביות ובקצב התחריט. עבור סיליקון ותרכובות סיליקון, פלואור וכלור משמשים בעיקר להשגת תחריט. בחירת הגז המתאים, התאמת זרימת הגז והלחץ ושליטה בפרמטרים נוספים כגון טמפרטורה והספק בתהליך יכולים להשיג את קצב החריטה, הסלקטיביות והאחידות הרצויים. האופטימיזציה של פרמטרים אלה מותאמת בדרך כלל עבור יישומים וחומרים שונים.

תהליך התחריט אינו מוגבל לגז אחד, תערובת גז או פרמטרים קבועים של תהליך. לדוגמה, ניתן להסיר תחילה את התחמוצת הטבעית על הפוליסיליקון בקצב חריטה גבוה ובבררנות נמוכה, בעוד שניתן לחרוט את הפוליסיליקון מאוחר יותר עם סלקטיביות גבוהה יותר ביחס לשכבות הבסיסיות.

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

Semicera יכול לספקחלקי גרפיט, לבד רך/נוקשה, חלקי סיליקון קרביד,חלקי סיליקון קרביד CVD,וחלקים מצופים SiC/TaC עם תוך 30 יום.

אם אתה מעוניין במוצרי המוליכים למחצה לעיל,אנא אל תהסס לפנות אלינו בפעם הראשונה.

טל': +86-13373889683

WhatsApp:+86-15957878134

Email: sales01@semi-cera.com