توضیح مفصل در مورد مزایا و معایب اچ خشک و اچ مرطوب

در ساخت نیمه هادی، تکنیکی به نام "اچینگ" در حین پردازش یک بستر یا یک لایه نازک تشکیل شده روی زیرلایه وجود دارد. توسعه فناوری اچینگ در تحقق پیش بینی گوردون مور، بنیانگذار اینتل در سال 1965 نقشی ایفا کرده است که "چگالی یکپارچه سازی ترانزیستورها در 1.5 تا 2 سال دو برابر خواهد شد" (که معمولاً به عنوان "قانون مور" شناخته می شود).

اچ کردن یک فرآیند "افزودنی" مانند رسوب یا پیوند نیست، بلکه یک فرآیند "کاهشی" است. ضمناً با توجه به روش های مختلف سوهان کشی به دو دسته «اچینگ مرطوب» و «اچینگ خشک» تقسیم می شود. به بیان ساده، اولی روش ذوب و دومی روش حفاری است.

در این مقاله به طور مختصر ویژگی ها و تفاوت های هر یک از تکنولوژی های اچینگ، اچ مرطوب و اچ خشک و همچنین مناطق کاربردی که هر کدام برای آن مناسب هستند را توضیح خواهیم داد.

مروری بر فرآیند اچینگ

گفته می شود که فناوری اچینگ در اواسط قرن پانزدهم در اروپا پدید آمد. در آن زمان، اسید را در یک صفحه مسی حکاکی شده ریختند تا مس لخت را خورده کند و یک قلمه تشکیل دهد. تکنیک‌های تصفیه سطحی که از اثرات خوردگی استفاده می‌کنند، به طور گسترده به عنوان "اچ کردن" شناخته می‌شوند.

هدف از فرآیند اچینگ در تولید نیمه هادی برش زیرلایه یا فیلم بر روی بستر طبق نقشه است. با تکرار مراحل مقدماتی تشکیل فیلم، فوتولیتوگرافی و اچینگ، ساختار مسطح به یک ساختار سه بعدی تبدیل می شود.

تفاوت بین اچ مرطوب و اچ خشک

پس از فرآیند فوتولیتوگرافی، بستر در معرض در یک فرآیند اچینگ مرطوب یا خشک می شود.

حکاکی مرطوب از محلولی برای حکاکی و خراش دادن سطح استفاده می کند. اگرچه این روش را می توان به سرعت و ارزان پردازش کرد، اما نقطه ضعف آن این است که دقت پردازش کمی کمتر است. بنابراین، حکاکی خشک در حدود سال 1970 متولد شد. اچ کردن خشک از محلول استفاده نمی کند، بلکه از گاز برای ضربه زدن به سطح بستر برای خراش آن استفاده می کند که با دقت پردازش بالا مشخص می شود.

"همسانگردی" و "ناهمسانگردی"

هنگام معرفی تفاوت بین اچ مرطوب و اچ خشک، کلمات ضروری "همسانگرد" و "ناهمسانگرد" هستند. همسانگردی به این معنی است که خواص فیزیکی ماده و فضا با جهت تغییر نمی کند و ناهمسانگردی به این معنی است که خواص فیزیکی ماده و فضا با جهت تغییر می کند.

حکاکی ایزوتروپیک به این معنی است که اچ به همان میزان در اطراف یک نقطه خاص انجام می شود و اچ ناهمسانگرد به این معنی است که اچ در جهات مختلف در اطراف یک نقطه خاص انجام می شود. به عنوان مثال، در حکاکی در طول ساخت نیمه هادی، اچ ناهمسانگرد اغلب به گونه ای انتخاب می شود که فقط جهت هدف خراشیده شود و سایر جهات دست نخورده باقی بماند.

تصاویر «اچ همسانگرد» و «اچ ناهمسانگرد»

حکاکی مرطوب با استفاده از مواد شیمیایی

اچینگ مرطوب از یک واکنش شیمیایی بین یک ماده شیمیایی و یک بستر استفاده می کند. با این روش، اچ ناهمسانگرد غیرممکن نیست، اما بسیار دشوارتر از اچ همسانگرد است. محدودیت های زیادی برای ترکیب محلول ها و مواد وجود دارد و شرایطی مانند دمای بستر، غلظت محلول و مقدار افزودن باید به شدت کنترل شود.

مهم نیست که شرایط چقدر دقیق تنظیم شده است، حکاکی مرطوب برای دستیابی به پردازش خوب زیر 1 میکرومتر دشوار است. یکی از دلایل این امر نیاز به کنترل ساید اچینگ است.

زیر برش پدیده ای است که به آن زیر برش نیز می گویند. حتی اگر امید باشد که ماده فقط در جهت عمودی (جهت عمق) با حکاکی مرطوب حل شود، نمی توان به طور کامل از برخورد محلول به طرفین جلوگیری کرد، بنابراین انحلال مواد در جهت موازی به ناچار ادامه خواهد داشت. . با توجه به این پدیده، اچ مرطوب به طور تصادفی بخش هایی باریک تر از عرض هدف ایجاد می کند. به این ترتیب، هنگام پردازش محصولاتی که نیاز به کنترل دقیق جریان دارند، تکرارپذیری پایین و دقت غیرقابل اعتماد است.

نمونه هایی از خرابی های احتمالی در حکاکی مرطوب

چرا اچینگ خشک برای میکروماشینینگ مناسب است؟

شرح هنر مرتبط حکاکی خشک مناسب برای اچ ناهمسانگرد در فرآیندهای تولید نیمه هادی که نیاز به پردازش با دقت بالا دارد استفاده می شود. اچ خشک اغلب به عنوان اچ یون واکنشی (RIE) شناخته می شود، که ممکن است شامل اچ پلاسما و اچینگ کندوپاش در معنای وسیع باشد، اما این مقاله بر روی RIE تمرکز خواهد کرد.

برای توضیح اینکه چرا اچ ناهمسانگرد با اچ خشک آسان تر است، اجازه دهید نگاهی دقیق تر به فرآیند RIE بیندازیم. با تقسیم فرآیند اچ کردن خشک و خراشیدن بستر به دو نوع "اچ شیمیایی" و "اچ فیزیکی" به راحتی قابل درک است.

اچینگ شیمیایی در سه مرحله انجام می شود. ابتدا گازهای راکتیو روی سطح جذب می شوند. سپس محصولات واکنش از گاز واکنش و مواد بستر تشکیل شده و در نهایت محصولات واکنش واجذب می شوند. در حکاکی فیزیکی بعدی، با استفاده از گاز آرگون به صورت عمودی به زیرلایه، زیرلایه به صورت عمودی به سمت پایین حک می شود.

اچ شیمیایی به صورت همسانگرد اتفاق می افتد، در حالی که اچ فیزیکی می تواند به صورت ناهمسانگرد با کنترل جهت اعمال گاز رخ دهد. به دلیل این اچ فیزیکی، اچ خشک اجازه می دهد تا کنترل بیشتری بر جهت اچ نسبت به اچ مرطوب داشته باشید.

اچ کردن خشک و مرطوب نیز به همان شرایط سختگیرانه ای نیاز دارد که اچ مرطوب دارد، اما قابلیت تکرارپذیری بالاتری نسبت به اچ مرطوب دارد و موارد بسیار آسان تری برای کنترل دارد. بنابراین، شکی نیست که اچ خشک برای تولید صنعتی مساعدتر است.

چرا حکاکی مرطوب هنوز مورد نیاز است؟

هنگامی که حکاکی خشک به ظاهر همه کاره را درک کردید، ممکن است تعجب کنید که چرا حکاکی مرطوب هنوز وجود دارد. با این حال، دلیل ساده است: حکاکی مرطوب محصول را ارزان تر می کند.

تفاوت اصلی بین اچ خشک و اچ مرطوب در هزینه است. مواد شیمیایی مورد استفاده در اچینگ مرطوب آنقدر گران نیستند و قیمت خود تجهیزات حدود 1/10 قیمت تجهیزات اچینگ خشک است. علاوه بر این، زمان پردازش کوتاه است و چندین بستر را می توان به طور همزمان پردازش کرد و هزینه های تولید را کاهش می دهد. در نتیجه، می‌توانیم هزینه‌های محصول را پایین نگه داریم و به ما برتری نسبت به رقبای خود بدهیم. اگر الزامات برای دقت پردازش بالا نباشد، بسیاری از شرکت ها اچ مرطوب را برای تولید انبوه خشن انتخاب می کنند.

فرآیند اچینگ به عنوان فرآیندی معرفی شد که در فناوری میکروساخت نقش دارد. فرآیند اچینگ تقریباً به دو دسته اچ مرطوب و اچ خشک تقسیم می شود. اگر هزینه مهم است، اولی بهتر است، و اگر ریزپردازش زیر 1 میکرومتر مورد نیاز باشد، دومی بهتر است. در حالت ایده آل، فرآیندی را می توان بر اساس محصولی که قرار است تولید شود و هزینه آن انتخاب شود، نه اینکه کدام یک بهتر است.