الحفر الجاف

يشير الحفر الجاف إلى إزالة المادة، وعادةً ما تكون نمطًا مُقنّعًا من مادة أشباه الموصلات ، عن طريق تعريض المادة لقصف أيوني (عادةً بلازما من غازات تفاعلية مثل مركبات الفلوروكربون والأكسجين والكلور وثلاثي كلوريد البورون ؛ وأحيانًا مع إضافة النيتروجين والأرجون والهيليوم وغازات أخرى) التي تُزيل أجزاءً من المادة من السطح المكشوف. يُعدّ الحفر الأيوني التفاعلي نوعًا شائعًا من الحفر الجاف. على عكس العديد من المواد الكيميائية المستخدمة في الحفر الرطب (وليس جميعها، انظر الحفر المتساوي الخواص)، فإن عملية الحفر الجاف عادةً ما تكون موجهة أو غير متساوية الخواص.

يتم استخدام الحفر الجاف بالتزامن مع تقنيات الطباعة الضوئية لمعالجة مناطق معينة من سطح أشباه الموصلات من أجل تشكيل تجاويف في المادة.

تشمل التطبيقات فتحات التلامس (وهي نقاط اتصال بالركيزة شبه الموصلة الأساسية )، وفتحات التوصيل (وهي فتحات تُشكّل لتوفير مسار توصيل بين الطبقات الموصلة في جهاز أشباه الموصلات متعدد الطبقات )، وبوابات الترانزستور لتقنية FinFET، أو لإزالة أجزاء من طبقات أشباه الموصلات حيث يُفضّل وجود جوانب عمودية في الغالب. إلى جانب تصنيع أشباه الموصلات ، والتصنيع الدقيق، وإنتاج الشاشات، يُوصف أحيانًا إزالة المخلفات العضوية بواسطة بلازما الأكسجين بشكل صحيح بأنه عملية حفر جاف. ويمكن استخدام مصطلح " التنظيف بالبلازما" بدلاً من ذلك.

يُعد الحفر الجاف مفيدًا بشكل خاص للمواد وأشباه الموصلات المقاومة كيميائيًا والتي لا يمكن حفرها بالحفر الرطب، مثل كربيد السيليكون أو نتريد الغاليوم .

تُتيح تقنية البلازما منخفضة الكثافة (LDP) إنتاج تفاعلات عالية الطاقة بتكلفة طاقة منخفضة بفضل ضغطها المنخفض، مما يعني أن الحفر الجاف يتطلب كمية قليلة نسبيًا من المواد الكيميائية والكهرباء. إضافةً إلى ذلك، فإن معدات الحفر الجاف عادةً ما تكون أرخص بعشر مرات من معدات الطباعة الضوئية، لذا يعتمد العديد من المصنّعين على استراتيجيات الحفر الجاف، مثل مضاعفة أو تقليل المسافة بين الرقائق، للحصول على دقة عالية (14 نانومتر فأكثر) مع الحاجة إلى أدوات طباعة ضوئية أقل تطورًا.

يستخدم الحفر الجاف حاليًا في عمليات تصنيع أشباه الموصلات نظرًا لقدرته الفريدة على الحفر الرطب على القيام بالحفر غير المتناحي (إزالة المواد) لإنشاء هياكل ذات نسبة أبعاد عالية (مثل الثقوب العميقة أو أخاديد المكثفات).

يتضمن تصميم أجهزة الحفر الجاف بشكل أساسي غرفة فراغ ، ونظام توصيل غاز خاص، ومولد موجات ترددات الراديو (RF) لتزويد البلازما بالطاقة، ومثبت ساخن لتثبيت الرقاقة، ونظام عادم.

تختلف التصاميم بين الشركات المصنعة مثل طوكيو إلكترونيك، وأبلايد ماتيريالز، ولام. ورغم أن جميع التصاميم تتبع نفس المبادئ الفيزيائية، إلا أن تنوعها يستهدف خصائص معالجة أكثر تخصصًا. فعلى سبيل المثال، قد تتطلب خطوات الحفر الجاف التي تتلامس مع أجزاء حيوية من الجهاز أو تشكلها مستويات أعلى من التوجيه والانتقائية والتجانس. لكن في المقابل، تأتي معدات الحفر الجاف الأكثر تعقيدًا بتكلفة شراء أعلى، وفهم أصعب، وصيانة أكثر تكلفة، وقد تعمل ببطء أكبر.

تتيح معدات الحفر الجاف التحكم في تجانس العملية باستخدام عدة مقابض. ويمكن تغيير درجة حرارة قاعدة التثبيت للتحكم في حرارة الرقاقة على امتداد نصف قطرها، مما يؤثر على معدل التفاعلات وبالتالي معدل الحفر في مختلف مناطق الرقاقة. كما يمكن التحكم في تجانس البلازما عن طريق حصرها، والذي يمكن تحقيقه باستخدام مغناطيس عالي السرعة يدور حول الحجرة، أو بتغيير تدفق الغاز إلى الحجرة وضخه منها، أو باستخدام جدائل الترددات الراديوية حول الحجرة. وتختلف هذه الاستراتيجيات باختلاف الشركة المصنعة للمعدات والتطبيق المقصود.

اخترع ستيفن إم. إيرفينغ عملية الحفر الجاف، وهو نفسه مخترع عملية الحفر بالبلازما . ^{[ 1 ] [ 2 ]} طوّر هوا-نين يو عملية الحفر الجاف غير المتناحي في مركز أبحاث آي بي إم تي جيه واتسون في أوائل سبعينيات القرن العشرين. استخدمها يو بالتعاون مع روبرت إتش. دينارد لتصنيع أول ترانزستورات MOSFET (ترانزستورات تأثير المجال لأشباه الموصلات المعدنية المؤكسدة) على مستوى الميكرون في سبعينيات القرن العشرين. ^{[ 3 ]}

• جهاز حفر بالبلازما
• الحفر (التصنيع الدقيق)