واژه Etching به معنی «قلم زدن» است. همانطور که از معنی آن بر می آید برای قلم زدن سطوح لایه نشانی شده است. پس از اینکه لایه نشانی انجام شد برای ایجاد الگویی خاص بر روی ویفر لایه نشانی شده، عمل اِچینگ بر روی آن انجام می شود. در واقع عمل اِچینگ عکس لایه نشانی است و لایه ی نشانده شده بر سطح را به روش های مختلف می کند و الگویی خاص را بر جای می گذارد.
اِچینگ به طور کلی بر دو نوع است:
- اِچینگ تر(Wet Etching)
- اِچینگ خشک (Dry Etching)
اِچینگ تر (Wet Etching)
این روش ساده ترین روش اِچینگ است. آنچه احتیاج دارد ظرفی محتوی مایع حلال است که بتواند لایه مورد نظر را در خود حل کند. البته این روش پیچیدگی هایی هم دارد. باید ماسک یا پوششی انتخاب شود که خود در معرض ماده حلال حل نشود یا سرعت حل شدن آن بسیار کم باشد. علاوه بر آن در مورد برخی تک کریستال ها چون سیلیکون، فرآیند اِچینگ برای برخی حلال ها به صورت ناهمسانگرد اتفاق می افتد. اِچینگ ناهمسانگرد در مقابل اِچینگ همسانگرد قرار دارد و به معنی نرخ اچینگ متفاوت در جهت های مختلف است. نتیجه اچینگ ناهمسانگرد، حفره ای هرمی شکل است در حالیکه اچینگ همسانگرد حفره ای گرد ایجاد می کند. در شکل زیر مقاطع اچینگ همسانگرد و ناهمسانگرد قابل مشاهده است.
چه موقع می توان از اچینگِ تَر استفاده کرد؟
این تکنولوژی زمانی به نتیجه مناسب می انجامد که ترکیب مناسبی از ماسک و حلال برای کاربرد مورد نظرتان پیدا کنید. یکی از مشکلات این روش در اچینگ همسانگرد بروز زیر-برش (Undercutting) یا خورده شدن ماده زیر ماسک است. در اچینگ ناهمسانگرد عمل خورده شدن در جایی متوقف شده و از ایجاد زیر-برش جلوگیری می شود اما خوردگی آن عمود بر سطح نیست و همانطور که گفته شد به صورت مایل و هرمی شکل است. همچنین باید توجه داشت اگر برش های مورد نظر شما توسط عمل اچینگ از مرتبه ضخامت لایه است در اچینگ همسانگرد به دلیل بروز زیر-برش دچار مشکل خواهید شد و عمل اچینگ با دقت خوبی انجام نخواهد شد و لازم است از روش اچینگ خشک استفاده کنید.
اچینگ خشک (Dry Etching)
اچینگ خشک خود به سه دسته تقسیم می شود:
- Reactive Ion Etching (RIE)
- Sputter Etching
- Vapor Phase Etching
(Reactive Ion Etching (RIE
در این روش سطح لایه نشانی شده در محفظه ای شامل چند گاز واکنش دهنده قرار می گیرد. گاز های موجود از طریق یک منبع RF (موج الکترومغناطیسی با فرکانس رادیویی) یونیزه می شوند و به سمت سطح شتاب داده می شوند. ترکیب این گازها ترکیب شیمیایی جدیدی را ایجاد می کند که باعث اچینگ شیمیایی سطح می شود. اما در این روش، اچینگ به صورت فیزیکی هم صورت می گیرد. فرآیندی شبیه به لایه نشانی به روش کند‌وپاش یا اسپاترینگ. یون های گازی که خود دارای انرژی جنبشی کافی هستند با برخورد مستقیم به سطح لایه عمل اچینگ را بدون یک واکنش شیمیایی و به صورت فیزیکی انجام می دهند. این یک فرآیند بسیار پیچیده است تا بتوان اچینگ شیمیایی و فیزیکی را به تعادل رساند زیرا پارامتر های زیادی در ایجاد این تعادل نقش دارند. از آنجا که بخش شیمیایی، اچینگ همسانگرد ایجاد می کند و بخش فیزیکی آن اچینگی به شدت ناهمسانگرد، با تعادل این دو روش می توان اچینگی از حالت گرد تا دیواره عمودی ایجاد کرد. در شکل زیر نمای شماتیکی از این روش را می بینید.
(Deep Reactive Ion Etching (DRIE
یک رده خاص از اچینگ RIE است. در این روش هر عمقی از مرتبه چند صد میکرون با دیواره عمودی قابل دستیابی است. در این روش از دو نوع گاز استفاده می شود. یکی از آنها لایه ای از جنس پلیمر بر روی سطح ایجاد می کند و گاز دیگر به اچینگ سطح می پردازد. پلیمر بلافاصله از طریق بخش فیزیکی اچینگ دچار اسپاترینگ می شود اما به صورت افقی و نه عمودی. از آنجا که پلیمر خیلی آهسته در مقابل بخش شیمیایی اچینگ حل می شود، دیواره ها را از خوردگی محافظت می کند. از این طریق حفره هایی با نسبت سطح 50 به 1 قابل ایجاد است. این روش از اچینگ دارای سرعتی سه تا چهار برابر اچینگِ تَر است.
Sputter Etching
اساس کار این روش همانند لایه نشانی به روش اسپاترینگ است. در این روش هم سطح، زیر بمباران یون های پر انرژی قرار می گیرد.
Vapor Phase Etching
در این روش هم عمل اچینگ همانند روش RIE اما با تجهیزات ساده تری انجام می شود. در این روش سطح لایه نشانی شده در محفظه ای در معرض یک یا چند گاز قرار می گیرد. لایه مورد نظر توسط ماده حاصل از واکنش شیمیایی گازها خورده می شود. دو ماده مورد استفاده متداول در این روش فلوئورید هیدروژن (HF) برای اچینگ دی اکسید سیلیکون است و دیگری دی فلوئورید زنون XeF2)) برای اچینگ سیلیکون که هر دو حفره های همسانگرد ایجاد می کنند. البته در طراحی چنین سیستمی باید دقت شود تا محصولات ثانویه ای علاوه بر ترکیبات مورد نیاز ایجاد نشوند و فرآیند اچینک را دچار اختلال نکنند.
منبع مطلب : واحد تحقیقات شرکت نانو آداک فناور