הקדמה אחת
תחריט בתהליך ייצור המעגלים המשולבים מתחלק ל:
-תחריט רטוב;
-תחריט יבש.
בימים הראשונים, נעשה שימוש נרחב בתחריט רטוב, אך בשל מגבלותיו בשליטה ברוחב הקו ובכיווניות הצריבה, רוב התהליכים לאחר 3μm משתמשים בתחריט יבש. תחריט רטוב משמש רק כדי להסיר שכבות חומר מיוחדות מסוימות ולנקות שאריות.
תחריט יבש מתייחס לתהליך של שימוש בחומרי צריבה כימיים גזים כדי להגיב עם חומרים על הפרוסה כדי לחרוט את החלק של החומר להסרה וליצור תוצרי תגובה נדיפים, אשר מופקים לאחר מכן מתא התגובה. תחריט נוצר בדרך כלל ישירות או בעקיפין מהפלזמה של גז התחריט, ולכן תחריט יבש נקרא גם תחריט פלזמה.
1.1 פלזמה
פלזמה היא גז במצב מיונן חלש הנוצר על ידי פריקת זוהר של גז תחריט תחת פעולת שדה אלקטרומגנטי חיצוני (כגון שנוצר על ידי ספק כוח בתדר רדיו). הוא כולל אלקטרונים, יונים וחלקיקים פעילים ניטרליים. ביניהם, חלקיקים פעילים יכולים להגיב באופן כימי ישירות עם החומר החרוט כדי להשיג תחריט, אך תגובה כימית טהורה זו מתרחשת בדרך כלל רק במספר קטן מאוד של חומרים ואינה כיוונית; כאשר ליונים יש אנרגיה מסוימת, ניתן לחרוט אותם על ידי קיצוץ פיזי ישיר, אך קצב הצריבה של תגובה פיזיקלית טהורה זו הוא נמוך ביותר והסלקטיביות ירודה מאוד.
רוב תחריט הפלזמה הושלם בהשתתפות חלקיקים פעילים ויונים בו זמנית. בתהליך זה, להפצצת יונים יש שני תפקידים. האחת היא להרוס את הקשרים האטומיים על פני החומר החרוט, ובכך להגביר את הקצב שבו חלקיקים ניטרליים מגיבים איתו; השני הוא לדפוק את תוצרי התגובה שהופקדו על ממשק התגובה כדי להקל על התצריף ליצור קשר מלא עם פני השטח של החומר החרוט, כך שהצריבה תימשך.
לא ניתן להסיר ביעילות את תוצרי התגובה המופקדים על דפנות המבנה החרוט על ידי הפצצת יונים כיוונית, ובכך חוסמים את חריטת הדפנות ויוצרים תחריט אנזוטרופי.
תהליך תחריט שני
2.1 תחריט וניקוי רטובים
תחריט רטוב היא אחת הטכנולוגיות המוקדמות ביותר בשימוש בייצור מעגלים משולבים. למרות שרוב תהליכי התחריט הרטוב הוחלפו בתחריט יבש אנזוטרופי בשל התחריט האיזוטרופי שלו, הוא עדיין ממלא תפקיד חשוב בניקוי שכבות לא קריטיות בגדלים גדולים יותר. במיוחד בתחריט של שאריות הסרת תחמוצות והפשטת אפידרמיס, היא יעילה וחסכונית יותר מתחריט יבש.
האובייקטים של תחריט רטוב כוללים בעיקר תחמוצת סיליקון, סיליקון ניטריד, סיליקון גבישי יחיד וסיליקון רב גבישי. תחריט רטוב של תחמוצת סיליקון משתמש בדרך כלל בחומצה הידרופלואורית (HF) בתור הנשא הכימי העיקרי. על מנת לשפר את הסלקטיביות, נעשה שימוש בחומצה הידרופלואורית מדוללת עם אמוניום פלואוריד. על מנת לשמור על יציבות ערך ה-pH, ניתן להוסיף כמות קטנה של חומצה חזקה או יסודות אחרים. תחמוצת סיליקון מסוממת נכרת בקלות רבה יותר מאשר תחמוצת סיליקון טהורה. הפשטה כימית רטובה משמשת בעיקר להסרת פוטו-רזיסט ומסכה קשה (סיליקון ניטריד). חומצה זרחתית חמה (H3PO4) היא הנוזל הכימי העיקרי המשמש להפשטה כימית רטובה להסרת סיליקון ניטריד, ובעלת סלקטיביות טובה לתחמוצת סיליקון.
ניקוי רטוב דומה לחריטה רטובה, ובעיקר מסיר מזהמים על פני פרוסות סיליקון באמצעות תגובות כימיות, כולל חלקיקים, חומרים אורגניים, מתכות ותחמוצות. הניקוי הרטוב המיינסטרים הוא שיטה כימית רטובה. למרות שניקוי יבש יכול להחליף שיטות ניקוי רטוב רבות, אין שיטה שיכולה להחליף לחלוטין ניקוי רטוב.
הכימיקלים הנפוצים לניקוי רטוב כוללים חומצה גופרתית, חומצה הידרוכלורית, חומצה הידרופלואורית, חומצה זרחתית, מי חמצן, אמוניום הידרוקסיד, אמוניום פלואוריד וכו'. ביישומים מעשיים, כימיקלים אחד או יותר מעורבבים עם מים מופחתים בשיעור מסוים לפי הצורך. ליצור פתרון ניקוי, כגון SC1, SC2, DHF, BHF וכו'.
לעתים קרובות נעשה שימוש בניקוי בתהליך לפני שקיעת סרט תחמוצת, מכיוון שהכנת סרט תחמוצת חייבת להתבצע על משטח פרוס סיליקון נקי לחלוטין. תהליך ניקוי פרוסות סיליקון הנפוץ הוא כדלקמן:
2.2 תחריט יבש אnd ניקוי
2.2.1 תחריט יבש
תחריט יבש בתעשייה מתייחס בעיקר לחריטת פלזמה, המשתמשת בפלזמה עם פעילות מוגברת כדי לחרוט חומרים ספציפיים. מערכת הציוד בתהליכי ייצור בקנה מידה גדול משתמשת בפלזמה ללא שיווי משקל בטמפרטורה נמוכה.
תחריט פלזמה משתמש בעיקר בשני מצבי פריקה: פריקה מצמדת קיבולית ופריקה משולבת אינדוקטיבית
במצב פריקה קיבולית: פלזמה נוצרת ומתוחזקת בשני קבלים של לוחות מקבילים על ידי ספק כוח חיצוני בתדר רדיו (RF). לחץ הגז הוא בדרך כלל כמה מיליטור עד עשרות מיליטור, וקצב היינון נמוך מ-10-5. במצב פריקה בשילוב אינדוקטיבי: בדרך כלל בלחץ גז נמוך יותר (עשרות מיליטור), הפלזמה נוצרת ומתוחזקת על ידי אנרגיית כניסה בשילוב אינדוקטיבי. קצב היינון בדרך כלל גדול מ-10-5, ולכן הוא נקרא גם פלזמה בצפיפות גבוהה. ניתן להשיג מקורות פלזמה בצפיפות גבוהה גם באמצעות תהודה ציקלוטרון אלקטרוני ופריקת גלי ציקלוטרון. פלזמה בצפיפות גבוהה יכולה לייעל את קצב התחריט והסלקטיביות של תהליך התחריט תוך הפחתת נזקי התחריט על ידי שליטה עצמאית בזרימת היונים ובאנרגיית הפצצת היונים באמצעות ספק כוח חיצוני RF או מיקרוגל ואספקת כוח הטיית RF על המצע.
תהליך התחריט היבש הוא כדלקמן: גז התחריט מוזרק לתא התגובה בוואקום, ולאחר התייצבות הלחץ בתא התגובה, הפלזמה נוצרת על ידי פריקת זוהר בתדר רדיו; לאחר שנפגע על ידי אלקטרונים במהירות גבוהה, הוא מתפרק לייצור רדיקלים חופשיים, המתפזרים אל פני המצע ונספגים. תחת פעולת הפצצת יונים, הרדיקלים החופשיים הנספגים מגיבים עם אטומים או מולקולות על פני המצע ליצירת תוצרי לוואי גזים, הנפלטים מתא התגובה. התהליך מוצג באיור הבא:
ניתן לחלק את תהליכי התחריט היבש לארבע הקטגוריות הבאות:
(1)תחריט מקרטעת פיזית: הוא מסתמך בעיקר על היונים האנרגטיים בפלזמה כדי להפציץ את פני החומר החרוט. מספר האטומים המקרזים תלוי באנרגיה ובזווית של החלקיקים הנוצרים. כאשר האנרגיה והזווית נשארות ללא שינוי, קצב הקפיצה של חומרים שונים בדרך כלל שונה פי 2 עד 3 בלבד, כך שאין סלקטיביות. תהליך התגובה הוא בעיקר אניזוטרופי.
(2)תחריט כימי: פלזמה מספקת אטומים ומולקולות תחריט בשלבי גז, המגיבים כימית עם פני החומר כדי לייצר גזים נדיפים. לתגובה כימית גרידא זו יש סלקטיביות טובה ומציגה מאפיינים איזוטריים מבלי להתחשב במבנה הסריג.
לדוגמה: Si (מוצק) + 4F → SiF4 (גזי), פוטו-רזיסט + O (גזי) → CO2 (גזי) + H2O (גזי)
(3)תחריט מונע אנרגית יונים: יונים הם גם חלקיקים הגורמים לחריטה וגם חלקיקים נושאי אנרגיה. יעילות התחריט של חלקיקים נושאי אנרגיה כאלה גבוהה ביותר מסדר גודל אחד מזו של תחריט פיזי או כימי פשוט. ביניהם, ייעול הפרמטרים הפיזיקליים והכימיים של התהליך הוא ליבת השליטה בתהליך התחריט.
(4)תחריט מרוכב מחסום יונים: זה מתייחס בעיקר ליצירת שכבת הגנה של מחסום פולימרי על ידי חלקיקים מרוכבים במהלך תהליך התחריט. פלזמה דורשת שכבת הגנה כזו כדי למנוע את תגובת החריטה של הדפנות במהלך תהליך התחריט. לדוגמה, הוספת C ל-Cl ו-Cl2 תחריט יכולה לייצר שכבת תרכובת כלורופחמן במהלך התחריט כדי להגן על הדפנות מפני חריטה.
2.2.1 ניקוי יבש
ניקוי יבש מתייחס בעיקר לניקוי פלזמה. היונים בפלזמה משמשים להפצצת המשטח המיועד לניקוי, והאטומים והמולקולות במצב מופעל מתקשרים עם המשטח המיועד לנקות, כדי להסיר ולאפר את הפוטורסיסט. בניגוד לחריטה יבשה, פרמטרי התהליך של ניקוי יבש לרוב אינם כוללים סלקטיביות כיוונית, כך שתכנון התהליך פשוט יחסית. בתהליכי ייצור בקנה מידה גדול, גזים מבוססי פלואור, חמצן או מימן משמשים בעיקר כגוף העיקרי של פלזמת התגובה. בנוסף, הוספת כמות מסוימת של פלזמה של ארגון יכולה לשפר את אפקט הפצצת היונים, ובכך לשפר את יעילות הניקוי.
בתהליך הניקוי היבש בפלזמה משתמשים בדרך כלל בשיטת הפלזמה המרוחקת. הסיבה לכך היא שבתהליך הניקוי, מקווים להפחית את השפעת ההפצצה של יונים בפלזמה כדי לשלוט בנזק שנגרם מהפצצת יונים; והתגובה המשופרת של רדיקלים חופשיים כימיים יכולה לשפר את יעילות הניקוי. פלזמה מרוחקת יכולה להשתמש במיקרוגלים כדי ליצור פלזמה יציבה וצפיפות גבוהה מחוץ לתא התגובה, וליצור מספר רב של רדיקלים חופשיים הנכנסים לתא התגובה כדי להשיג את התגובה הנדרשת לניקוי. רוב מקורות הגז לניקוי יבש בתעשייה משתמשים בגזים מבוססי פלואור, כמו NF3, ויותר מ-99% מה-NF3 מתפרק בפלזמה במיקרוגל. אין כמעט אפקט של הפצצת יונים בתהליך הניקוי היבש, ולכן מועיל להגן על פרוסת הסיליקון מפני נזק ולהאריך את חיי תא התגובה.
שלושה ציוד תחריט וניקוי רטוב
3.1 מכונת ניקוי פרוסות מסוג מיכל
מכונת ניקוי פרוסות מסוג שוקת מורכבת בעיקר ממודול תמסורת תיבת העברת פרוסות עם פתיחה קדמית, מודול הולכה לטעינה/פריקה של רקיקים, מודול כניסת אוויר פליטה, מודול מיכל נוזלים כימיים, מודול מיכל מים מפושט, מיכל ייבוש מודול ומודול בקרה. זה יכול לנקות קופסאות מרובות של פרוסות בו זמנית ויכול להשיג ייבוש וייבוש של פרוסות.
3.2 תעלת ופל תחריט
3.3 ציוד לעיבוד רטוב של רקיק בודד
על פי מטרות תהליך שונות, ניתן לחלק ציוד תהליך רטוב של רקיק בודד לשלוש קטגוריות. הקטגוריה הראשונה היא ציוד לניקוי רקיקים בודדים, שמטרות הניקוי שלו כוללות חלקיקים, חומרים אורגניים, שכבת תחמוצת טבעית, זיהומי מתכת ומזהמים אחרים; הקטגוריה השנייה היא ציוד קרצוף רקיק בודד, שמטרת התהליך העיקרית שלו היא להסיר חלקיקים על פני הפרוסה; הקטגוריה השלישית היא ציוד תחריט רקיק בודד, המשמש בעיקר להסרת סרטים דקים. על פי מטרות תהליך שונות, ניתן לחלק את ציוד תחריט רקיק בודד לשני סוגים. הסוג הראשון הוא ציוד תחריט עדין, המשמש בעיקר להסרת שכבות נזקי סרט פני השטח הנגרמות על ידי השתלת יונים באנרגיה גבוהה; הסוג השני הוא ציוד להסרת שכבות קורבנות, המשמש בעיקר להסרת שכבות מחסום לאחר דילול פרוסות או ליטוש מכני כימי.
מנקודת המבט של ארכיטקטורת המכונה הכוללת, הארכיטקטורה הבסיסית של כל סוגי ציוד תהליך רטוב של רקיק בודד דומה, מורכבת בדרך כלל משישה חלקים: מסגרת ראשית, מערכת העברת רקיק, מודול תא, מודול אספקת והעברה של נוזלים כימיים, מערכת תוכנה ומודול בקרה אלקטרוני.
3.4 ציוד לניקוי רקיק בודד
הציוד לניקוי רקיק בודד מתוכנן על בסיס שיטת הניקוי המסורתית RCA, ומטרתו התהליך היא ניקוי חלקיקים, חומרים אורגניים, שכבת תחמוצת טבעית, זיהומי מתכת ומזהמים אחרים. במונחים של יישום תהליך, ציוד לניקוי רקיק בודד נמצא כיום בשימוש נרחב בתהליכים הקדמיים והאחוריים של ייצור מעגלים משולבים, כולל ניקוי לפני ואחרי היווצרות סרט, ניקוי לאחר תחריט פלזמה, ניקוי לאחר השתלת יונים, ניקוי לאחר כימיקלים ליטוש מכני, וניקוי לאחר שקיעת מתכת. פרט לתהליך חומצה זרחתית בטמפרטורה גבוהה, ציוד לניקוי רקיק בודד תואם בעצם לכל תהליכי הניקוי.
3.5 ציוד תחריט רקיק בודד
מטרת התהליך של ציוד תחריט רקיק בודד הוא בעיקר תחריט סרט דק. על פי מטרת התהליך, ניתן לחלק אותו לשתי קטגוריות, דהיינו, ציוד תחריט קל (המשמש להסרת שכבת הנזק של הסרט על פני השטח שנגרם על ידי השתלת יונים באנרגיה גבוהה) וציוד להסרת שכבת קורבנות (המשמש להסרת שכבת המחסום לאחר רקיק דילול או ליטוש מכני כימי). החומרים שיש להסיר בתהליך כוללים בדרך כלל שכבות סיליקון, תחמוצת סיליקון, סיליקון ניטריד ושכבות מתכת.
ארבעה ציוד תחריט וניקוי יבש
4.1 סיווג ציוד תחריט פלזמה
בנוסף לציוד צריבה לקריסת יונים שקרוב לתגובה פיזיקלית טהורה וציוד לניקוי גומי הקרוב לתגובה כימית טהורה, ניתן לחלק את צריבת הפלזמה באופן גס לשתי קטגוריות בהתאם לטכנולוגיות השונות לייצור ובקרה של פלזמה:
תחריט פלזמה קיבולית (CCP);
- תחריט פלזמה (ICP) בשילוב אינדוקטיבי.
4.1.1 CCP
תחריט פלזמה בשילוב קיבולי נועדה לחבר את ספק הכוח בתדר רדיו לאחת או שתי האלקטרודות העליונות והתחתונות בתא התגובה, והפלזמה בין שתי הלוחות יוצרת קבל במעגל שווה ערך פשוט.
ישנן שתי טכנולוגיות קדומות כאלה:
האחת היא תחריט הפלזמה המוקדם, המחברת את אספקת הכוח ה-RF לאלקטרודה העליונה והאלקטרודה התחתונה שבה נמצא הפרוס מקורקעת. מכיוון שהפלזמה שנוצרת בדרך זו לא תהווה מעטפת יונים עבה מספיק על פני הרקיק, אנרגיית הפצצת היונים נמוכה, והיא משמשת בדרך כלל בתהליכים כגון תחריט סיליקון המשתמשים בחלקיקים פעילים כחומר הצריבה העיקרי.
השני הוא חריטת יונים תגובתיים מוקדמת (RIE), המחברת את אספקת הכוח ה-RF לאלקטרודה התחתונה שבה ממוקם הפרוס, ומארקת את האלקטרודה העליונה עם שטח גדול יותר. טכנולוגיה זו יכולה ליצור מעטפת יונים עבה יותר, המתאימה לתהליכי תחריט דיאלקטריים הדורשים אנרגיית יונים גבוהה יותר כדי להשתתף בתגובה. על בסיס צריבה מוקדמת של יונים תגובתיים, מתווסף שדה מגנטי DC המאונך לשדה החשמלי ה-RF ליצירת סחיפה של ExB, מה שיכול להגביר את הסיכוי להתנגשות של אלקטרונים וחלקיקי גז, ובכך לשפר למעשה את ריכוז הפלזמה ואת קצב התחריט. תחריט זה נקרא תחריט יונים תגובתי מוגברת בשדה מגנטי (MERIE).
לשלוש הטכנולוגיות הנ"ל יש חסרון משותף, כלומר, לא ניתן לשלוט בנפרד על ריכוז הפלזמה והאנרגיה שלה. לדוגמה, על מנת להגביר את קצב התחריט, ניתן להשתמש בשיטה של הגדלת הספק ה-RF כדי להעלות את ריכוז הפלזמה, אך הספק ה-RF המוגבר יוביל בהכרח לעלייה באנרגיית היונים, שתגרום נזק למכשירים על הוופל. בעשור האחרון, טכנולוגיית הצימוד הקיבולי אימצה עיצוב של מספר מקורות RF, המחוברים לאלקטרודה העליונה והתחתונה בהתאמה או שניהם לאלקטרודה התחתונה.
על ידי בחירה והתאמת תדרי RF שונים, אזור האלקטרודות, המרווחים, החומרים ופרמטרים מרכזיים אחרים מתואמים זה עם זה, ניתן לנתק את ריכוז הפלזמה ואנרגיית היונים ככל האפשר.
4.1.2 ICP
תחריט פלזמה בשילוב אינדוקטיבי הוא למקם סט אחד או יותר של סלילים המחוברים לאספקת חשמל בתדר רדיו על או סביב תא התגובה. השדה המגנטי המתחלף שנוצר על ידי זרם תדר הרדיו בסליל נכנס לתא התגובה דרך החלון הדיאלקטרי כדי להאיץ את האלקטרונים, ובכך ליצור פלזמה. במעגל שווה ערך (שנאי) מפושט, הסליל הוא השראות הפיתול העיקרית, והפלזמה היא השראות הפיתול המשנית.
שיטת צימוד זו יכולה להשיג ריכוז פלזמה הגבוה ביותר מסדר גודל אחד מאשר צימוד קיבולי בלחץ נמוך. בנוסף, אספקת הכוח ה-RF השנייה מחוברת למיקום הוופל כספק כוח הטיה כדי לספק אנרגיית הפצצת יונים. לכן, ריכוז היונים תלוי באספקת המקור של הסליל ואנרגיית היונים תלויה באספקת הכוח ההטיה, ובכך משיג ניתוק יסודי יותר של ריכוז ואנרגיה.
4.2 ציוד תחריט פלזמה
כמעט כל התחריטים בתחריט יבש נוצרים ישירות או בעקיפין מפלזמה, ולכן תחריט יבש נקרא לעתים קרובות תחריט פלזמה. תחריט פלזמה הוא סוג של תחריט פלזמה במובן הרחב. בשני העיצובים המוקדמים של כורי צלחת שטוחה, האחד הוא הארקה של הצלחת שבה ממוקם הפרוס והלוח השני מחובר למקור ה-RF; השני הוא ההפך. בתכנון הקודם, שטח הלוח המוארק בדרך כלל גדול יותר משטח הלוח המחובר למקור ה-RF, ולחץ הגז בכור גבוה. מעטפת היונים הנוצרת על פני הפרוסה דקה מאוד, ונראה שהרקיק "טבול" בפלזמה. התחריט מסתיים בעיקר על ידי התגובה הכימית בין החלקיקים הפעילים בפלזמה לבין פני השטח של החומר החרוט. האנרגיה של הפצצת יונים קטנה מאוד, והשתתפותה בתחריט נמוכה מאוד. עיצוב זה נקרא מצב תחריט פלזמה. בתכנון אחר, מכיוון שמידת ההשתתפות של הפצצת יונים גדולה יחסית, זה נקרא מצב תחריט יונים תגובתי.
4.3 ציוד תחריט יונים תגובתיים
תחריט יונים תגובתיים (RIE) מתייחס לתהליך תחריט שבו חלקיקים פעילים ויונים טעונים משתתפים בתהליך בו זמנית. ביניהם, חלקיקים פעילים הם בעיקר חלקיקים ניטרליים (הידועים גם בשם רדיקלים חופשיים), בעלי ריכוז גבוה (כ-1% עד 10% מריכוז הגז), שהם המרכיבים העיקריים של הצריבה. התוצרים המופקים מהתגובה הכימית בינם לבין החומר החרוט מונדפים ומופקים ישירות מתא התגובה, או מצטברים על פני השטח החרוטים; בעוד היונים הטעונים נמצאים בריכוז נמוך יותר (10-4 עד 10-3 מריכוז הגז), והם מואצים על ידי השדה החשמלי של מעטפת היונים הנוצר על פני הרקיק כדי להפציץ את פני השטח החרוטים. ישנן שתי פונקציות עיקריות של חלקיקים טעונים. האחת היא להרוס את המבנה האטומי של החומר החרוט, ובכך להאיץ את הקצב שבו החלקיקים הפעילים מגיבים איתו; השני הוא להפציץ ולהסיר את תוצרי התגובה שהצטברו כך שהחומר החרוט יהיה במגע מלא עם החלקיקים הפעילים, כך שהצריבה תימשך.
מכיוון שיונים אינם משתתפים ישירות בתגובת התחריט (או מהווים חלק קטן מאוד, כגון הסרת הפצצה פיזית וחריטה כימית ישירה של יונים פעילים), למהדרין, תהליך התחריט לעיל צריך להיקרא תחריט בעזרת יונים. השם תחריט יונים תגובתיים אינו מדויק, אך הוא משמש עד היום. ציוד ה-RIE הקדום ביותר הוכנס לשימוש בשנות ה-80. בשל השימוש באספקת כוח RF יחידה ועיצוב תא תגובה פשוט יחסית, יש לו מגבלות מבחינת קצב תחריט, אחידות וסלקטיביות.
4.4 ציוד לחריטת יונים תגובתיים משופר שדה מגנטי
מכשיר MERIE (Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching) הוא מכשיר תחריט אשר נבנה על ידי הוספת שדה מגנטי DC למכשיר RIE שטוח ומיועד להגביר את קצב התחריט.
ציוד MERIE הוכנס לשימוש בקנה מידה גדול בשנות ה-90, כאשר ציוד תחריט של רקיק בודד הפך לציוד המיינסטרים בתעשייה. החיסרון הגדול ביותר של ציוד MERIE הוא שאי-הומוגניות ההפצה המרחבית של ריכוז הפלזמה הנגרמת על ידי השדה המגנטי תוביל להפרשי זרם או מתח בהתקן המעגל המשולב, ובכך תגרום נזק למכשיר. מכיוון שנזק זה נגרם מחוסר הומוגניות מיידית, סיבוב השדה המגנטי אינו יכול לבטל אותו. ככל שגודלם של מעגלים משולבים ממשיך להתכווץ, נזקי המכשיר שלהם רגישים יותר ויותר לאי-הומוגניות פלזמה, והטכנולוגיה של הגדלת קצב התחריט על ידי הגברת השדה המגנטי הוחלפה בהדרגה בטכנולוגיית תחריט יונים תגובתיים מישוריים של ספק כוח רב-RF. הוא, טכנולוגיית תחריט פלזמה בשילוב קיבולי.
4.5 ציוד תחריט פלזמה בשילוב קיבולי
ציוד תחריט פלזמה קיבולי (CCP) הוא מכשיר שמייצר פלזמה בתא תגובה באמצעות צימוד קיבולי על ידי הפעלת ספק כוח בתדר רדיו (או DC) על לוח האלקטרודה ומשמש לתחריט. עקרון התחריט שלו דומה לזה של ציוד תחריט יונים תגובתי.
התרשים הסכמטי הפשוט של ציוד התחריט של המק"ס מוצג להלן. הוא משתמש בדרך כלל בשניים או שלושה מקורות RF בתדרים שונים, וחלקם משתמשים גם בספקי כוח DC. התדר של ספק הכוח RF הוא 800kHz~162MHz, והנפוצים שבהם הם 2MHz, 4MHz, 13MHz, 27MHz, 40MHz ו-60MHz. ספקי כוח RF עם תדר של 2MHz או 4MHz נקראים בדרך כלל מקורות RF בתדר נמוך. בדרך כלל הם מחוברים לאלקטרודה התחתונה שבה ממוקם הפרוס. הם יעילים יותר בשליטה באנרגיית היונים, ולכן הם נקראים גם ספקי כוח הטיה; ספקי כוח RF עם תדר מעל 27MHz נקראים מקורות RF בתדר גבוה. ניתן לחבר אותם לאלקטרודה העליונה או לאלקטרודה התחתונה. הם יעילים יותר בשליטה בריכוז הפלזמה, ולכן הם נקראים גם ספקי כוח מקור. ספק הכוח של 13MHz RF נמצא באמצע ונחשב בדרך כלל כבעל שתי הפונקציות שלעיל אך חלשות יחסית. שימו לב שלמרות שניתן להתאים את ריכוז הפלזמה והאנרגיה בטווח מסוים על ידי הספק של מקורות RF בתדרים שונים (מה שנקרא אפקט הניתוק), בשל המאפיינים של צימוד קיבולי, לא ניתן לכוונן ולשלוט בהם באופן עצמאי לחלוטין.
לפיזור האנרגיה של יונים יש השפעה משמעותית על הביצועים המפורטים של תחריט ונזק למכשיר, ולכן התפתחות הטכנולוגיה למיטוב פיזור אנרגיית היונים הפכה לאחת מנקודות המפתח של ציוד תחריט מתקדם. נכון לעכשיו, הטכנולוגיות ששימשו בהצלחה בייצור כוללות כונן היברידי רב-RF, סופרפוזיציה DC, RF בשילוב עם הטיית דופק DC, ופלט RF פועם סינכרוני של ספק כוח הטיה ואספקת כוח מקור.
ציוד תחריט CCP הוא אחד משני הסוגים הנפוצים ביותר של ציוד תחריט פלזמה. הוא משמש בעיקר בתהליך התחריט של חומרים דיאלקטריים, כגון תחריט דופן השער וחריטת מסכה קשה בשלב הקדמי של תהליך שבב לוגי, תחריט חור מגע בשלב האמצעי, תחריט פסיפס ואלומיניום בשלב האחורי, כמו גם תחריט של תעלות עמוקות, חורים עמוקים וחורי מגע בחיווט בתהליך שבב זיכרון פלאש תלת מימדי (לוקח מבנה סיליקון ניטריד/תחמוצת סיליקון כדוגמה).
ישנם שני אתגרים עיקריים וכיווני שיפור העומדים בפני ציוד התחריט של המק"ס. ראשית, ביישום אנרגיית יונים גבוהה במיוחד, יכולת התחריט של מבנים ביחס רוחב-גובה גבוה (כגון תחריט חור וחריץ של זיכרון פלאש תלת-ממדי דורש יחס גבוה מ-50:1). השיטה הנוכחית להגדלת הספק ההטיה להגדלת אנרגיית היונים השתמשה באספקת כוח RF של עד 10,000 וואט. לאור כמות החום הגדולה שנוצרת, יש לשפר באופן מתמיד את טכנולוגיית הקירור ובקרת הטמפרטורה של תא התגובה. שנית, צריכה להיות פריצת דרך בפיתוח גזי תחריט חדשים כדי לפתור באופן יסודי את בעיית יכולת התחריט.
4.6 ציוד תחריט פלזמה בשילוב אינדוקטיבי
ציוד תחריט פלזמה (ICP) הוא מכשיר המחבר את האנרגיה של מקור כוח בתדר רדיו לתוך תא תגובה בצורה של שדה מגנטי באמצעות סליל משרן, ובכך מייצר פלזמה לצריבה. עקרון התחריט שלו שייך גם לחריטת יונים תגובתיים כללית.
ישנם שני סוגים עיקריים של עיצובי מקור פלזמה עבור ציוד תחריט ICP. האחת היא טכנולוגיית הפלזמה המצמדת שנאי (TCP) שפותחה ויוצרת על ידי Lam Research. סליל המשרן שלו ממוקם על מישור החלון הדיאלקטרי מעל תא התגובה. אות RF 13.56MHz יוצר שדה מגנטי מתחלף בסליל הניצב לחלון הדיאלקטרי ומתפצל רדיאלית עם ציר הסליל כמרכז.
השדה המגנטי נכנס לתא התגובה דרך החלון הדיאלקטרי, והשדה המגנטי המתחלף יוצר שדה חשמלי מתחלף במקביל לחלון הדיאלקטרי בתא התגובה, ובכך משיג את הניתוק של גז התחריט ויוצר פלזמה. מכיוון שניתן להבין את העיקרון הזה כשנאי עם סליל משרן בתור הפיתול הראשוני והפלזמה בתא התגובה בתור הפיתול המשני, תחריט ICP נקרא על שם זה.
היתרון העיקרי של טכנולוגיית TCP הוא שקל להגדיל את המבנה. לדוגמה, מחיקת 200 מ"מ ועד לפריסת 300 מ"מ, TCP יכול לשמור על אותו אפקט תחריט פשוט על ידי הגדלת גודל הסליל.
עיצוב מקור פלזמה נוסף הוא טכנולוגיית מקור הפלזמה המנותק (DPS) שפותחה ויוצרת על ידי Applied Materials, Inc. מארצות הברית. סליל המשרן שלו מלופף בתלת מימד על חלון דיאלקטרי חצי כדורי. עקרון הפקת הפלזמה דומה לטכנולוגיית ה-TCP הנ"ל, אך יעילות פירוק הגז גבוהה יחסית, דבר המסייע להשגת ריכוז פלזמה גבוה יותר.
מאחר והיעילות של צימוד אינדוקטיבי ליצירת פלזמה גבוהה מזו של צימוד קיבולי, והפלזמה נוצרת בעיקר באזור הקרוב לחלון הדיאלקטרי, ריכוז הפלזמה שלה נקבע בעצם על ידי הספק של ספק הכוח המקור המחובר למשרן. סליל, ואנרגיית היונים במעטפת היונים על פני הרקיק נקבעת בעצם על ידי הספק של ספק הכוח ההטיה, כך שניתן לשלוט בריכוז ובאנרגיה של היונים באופן עצמאי, ובכך להשיג ניתוק.
ציוד תחריט ICP הוא אחד משני הסוגים הנפוצים ביותר של ציוד תחריט פלזמה. הוא משמש בעיקר לחריטה של תעלות סיליקון רדודות, גרמניום (Ge), מבני שערים מפוליסיליקון, מבני שער מתכת, סיליקון מתוח (Strained-Si), חוטי מתכת, רפידות מתכת (Pads), מסכות מתכת קשות לחריטת פסיפס ותהליכים מרובים ב טכנולוגיית הדמיה מרובה.
בנוסף, עם עלייתם של מעגלים משולבים תלת מימדיים, חיישני תמונה CMOS ומערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות (MEMS), כמו גם הגידול המהיר ביישום של דרך סיליקון דרך (TSV), חורים אלכסוניים בגודל גדול. תחריט סיליקון עמוק עם מורפולוגיות שונות, יצרנים רבים השיקו ציוד תחריט שפותח במיוחד עבור יישומים אלו. המאפיינים שלו הם עומק תחריט גדול (עשרות או אפילו מאות מיקרונים), כך שהוא עובד בעיקר בזרימת גז גבוהה, לחץ גבוה ותנאי הספק גבוהים.
———————————————————————————————————————————————— ———————————-
Semicera יכול לספקחלקי גרפיט, לבד רך/נוקשה, חלקי סיליקון קרביד, חלקי סיליקון קרביד CVD, וחלקים מצופים SiC/TaCעם 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
זמן פרסום: 31 באוגוסט 2024