موضوع مقاله: حکاکی یون واکنشی عمیق | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # حکاکی یون واکنشی عمیق | مقدمه: حکاکی یون واکنشی عمیق (DRIE) یک فرایند اچ بسیار ناهمسانگرد است که برای ایجاد نفوذ عمیق، سوراخ‌ها و ترانشه‌های شیب‌دار در ویفرها / بسترها، معمولاً با نسبت‌های تصویر بالا استفاده می‌شود. | ## بخش 1: حکاکی یون واکنشی عمیق | این برای سیستم‌های میکروالکترومکانیکی (MEMS) که به این ویژگی‌ها نیاز دارند، توسعه داده شد، اما همچنین برای حفاری ترانشه‌ها برای خازن‌های با چگالی بالا برای DRAM و اخیراً برای ایجاد از طریق vias سیلیکونی (TSVs) در فناوری پیشرفته بسته‌بندی سطح ویفر سه بعدی استفاده می‌شود. یون‌ها به سمت سطح ماده حکاکی شده شتاب می‌گیرند و با آن واکنش می‌دهند و عنصر گازی دیگری را تشکیل می‌دهند. یک بخش فیزیکی نیز وجود دارد، اگر یون‌ها انرژی کافی داشته باشند، می‌توانند بدون واکنش شیمیایی، اتم‌ها را از ماده خارج کنند. دو فناوری اصلی برای DRIE با نرخ بالا وجود دارد: برودتی و بوش، اگرچه فرایند بوش تنها تکنیک تولید شناخته شده‌است. هر دو فرایند بوش و کریو می‌توانند دیوارهای ۹۰ درجه (واقعاً عمودی) بسازند، اما اغلب دیوارها کمی مخروطی هستند، به عنوان مثال ۸۸ درجه ("بازگشت") یا ۹۲ درجه ("بازگشت"). مکانیسم دیگر غیرفعال سازی دیواره جانبی: گروه‌های عاملی SiOx Fy (که از هگزافلوورید گوگرد و گازهای اچ اکسیژن منشأ می‌گیرند) روی دیواره‌های جانبی متراکم می‌شوند و از آنها در برابر اچ جانبی محافظت می‌کنند. دمای پایین باعث کند شدن واکنش شیمیایی می‌شود که منجر به حکاکی ایزوتروپیک می‌شود. با این حال، یون‌ها به بمباران سطوح رو به بالا ادامه می‌دهند و آنها را از بین می‌برند و روی بسترها در سرمای شدید ترک می‌خورند، به‌علاوه محصولات جانبی اچ تمایل دارند روی نزدیک‌ترین سطح سرد، یعنی زیرلایه یا الکترود رسوب کنند. | ## بخش 2: حکاکی یون واکنشی عمیق | لایه غیرفعال از کل بستر در برابر حملات شیمیایی بیشتر محافظت می‌کند و از اچ شدن بیشتر جلوگیری می‌کند. با این حال، در طول مرحله اچینگ، یون‌های جهت‌دار که زیرلایه را بمباران می‌کنند، به لایه غیرفعال سازی در پایین ترانشه (اما نه در امتداد طرفین) حمله می‌کنند. آنها با آن برخورد می‌کنند و آن را پاشیده می‌کنند و بستر را در معرض مواد شیمیایی قرار می‌دهند. این مراحل اچ/رسوب بارها تکرار می‌شوند و در نتیجه تعداد زیادی از مراحل اچ همسانگرد بسیار کوچک فقط در پایین حفره‌های اچ‌شده انجام می‌شوند. برای اچ کردن از طریق ویفر سیلیکونی ۰٫۵ میلی‌متر، فرایند دو فازی باعث می‌شود که دیواره‌های جانبی با دامنه‌ای در حدود ۱۰۰ تا ۵۰۰ نانومتر موج‌دار شوند. زمان چرخه را می‌توان تنظیم کرد: چرخه‌های کوتاه دیواره‌های صاف تری را ایجاد می‌کنند و چرخه‌های طولانی نرخ اچ بالاتری را ایجاد می‌کنند. آنچه DRIE را از RIE متمایز می‌کند عمق اچ است: عمق اچ عملی برای RIE (همان‌طور که در تولید آی سی استفاده می‌شود) به حدود ۱۰ میکرومتر محدود می‌شود. در حالی که DRIE می‌تواند ویژگی‌های بسیار بزرگ‌تر، از ۲۰ میکرومتر تا ۶۰۰ میکرومتر یا بیشتر در در دقیقه را حک کند. | ## بخش 3: حکاکی یون واکنشی عمیق | DRIE شیشه به قدرت پلاسمای بالایی نیاز دارد که یافتن مواد ماسک مناسب برای حکاکی عمیق را دشوار می‌کند. پلی سیلیکون و نیکل برای ۱۰–۵۰ میکرومتر استفاده می‌شود اعماق حکاکی شده در DRIE پلیمرها، فرایند بوش با مراحل متناوب اچینگ SF 6 و غیرفعال سازی C 4 F 8 انجام می‌شود. ماسک‌های فلزی (Si [تا ۸۰۰ میکرومتر]، InP [تا ۴۰ میکرومتر] یا شیشه [تا ۱۲ میکرومتر را می‌توان استفاده کرد، اما استفاده از آنها گران است زیرا چندین مرحله عکس و رسوب اضافی همیشه مورد نیاز است. ماسک‌های فلزی در بسترهای مختلف ضروری نیستند در صورتی ضروری هستند که استفاده از مقاومت‌های منفی تقویت شده شیمیایی باشد. ماشین آلات دقیق DRIE امکان استفاده از اجزای مکانیکی سیلیکونی را در ساعت‌های مچی پیشرفته فراهم کرده‌است. به گفته یک مهندس در Cartier، «هیچ محدودیتی برای اشکال هندسی با DRIE وجود ندارد.» با DRIE می‌توان نسبت ابعاد ۳۰ یا بیشتر را بدست آورد، به این معنی که یک سطح را می‌توان با یک ترانشه با دیواره عمودی ۳۰ برابر عمیق‌تر از عرض آن حک کرد. این باعث شده‌است که اجزای سیلیکونی جایگزین برخی از قطعاتی که معمولاً از فولاد هستند، مانند فنر مو، شوند. | ## جمع‌بندی | سیلیکون سبک‌تر و سخت‌تر از فولاد است، که مزایایی دارد اما فرایند تولید را چالش‌برانگیزتر می‌کند.