כיצד מחליפי פלואורופולימרים תומכים בתחריט רטוב של סיליקון ניטריד ותחמוצת באבקים?

ביצורים מוליכים למחצה, שתי כימיות קלאסיות משמשות לחריטה רטובה: חומצה זרחתית חמה לקילוף סיליקון ניטריד, וחומצה הידרופלואורית לחריטת תחמוצת סיליקון. שניהם אגרסיביים מאוד, דורשים חומר מחליף חום שלא יתכלה או יזהם.

טכניקות תחריט רטוב
תחריט רטוב הוא תהליך המשמש להסרה סלקטיבית של חומרים ממשטח רקיק בייצור מוליכים למחצה. שני תחריטים נפוצים המשמשים בספסלים רטובים של רקיק הם חומצה זרחתית (H3PO4) עבור תחריט סיליקון ניטריד וחומצה הידרופלואורית (HF) עבור תחריט תחמוצת סיליקון. שתי החומצות אגרסיביות מאוד ודורשות מחליפי חום שיכולים להתנגד להשפעות הקורוזיביות שלהן.

הסרת ניטריד באמצעות תחריט חומצה זרחתית
תחריט Si3N4. חומצה זרחתית משמשת בדרך כלל בריכוז של 85% ומחוממת ל-150-180 מעלות. הטמפרטורה הגבוהה והאופי האגרסיבי של החומצה מובילים לעתים קרובות למפרט של מחליפי PFA (פרפלואורואלקוקסי). Polytetrafluoroethylene (PTFE) עמיד לחומצה זרחתית אך דירוג הטמפרטורה המרבי שלו הוא 110C ולכן הוא אינו מתאים ליישום זה בטמפרטורה גבוהה. עם זאת, מחליפי PFA עשויים להיות מופעלים ברציפות בגבול טמפרטורה גבוה יותר של ~ 260 מעלות ולכן הם מתאימים לטיפול בחומצה זרחתית חמה ללא הידרדרות.

תחריט חומצה הידרופלואורית להסרת תחמוצת
תחריט HF מבוצע בדרך כלל בטמפרטורת הסביבה או בטמפרטורות מוגברות במקצת. PTFE ו-PFA מתאימים באותה מידה לניהול HF. PTFE משמש בתדירות גבוהה יותר מכיוון שהוא זול יותר ומספק התנגדות מספקת בטמפרטורות נמוכות יותר. הבעיה העיקרית עם תחריט HF היא לא הטמפרטורה אלא היכולת של החומר להתנגד לתוקפנות של HF. גם PTFE וגם PFA עמידים למדי בפני HF, מה שאומר שמחליף החום לא ייפגע ולא יזהם את תהליך התחריט.

היתרון של פלואורופולימר
PTFE ו-PFA מצוינים גם עבור חומצה זרחתית וחומצה הידרופלואורית, ולכן הם הכרחיים עבור הליכי תחריט מוליכים למחצה. השימוש בחומרים אלו במחלפי חום פלואורפולימריים לחריטת סיליקון ניטריד ותחמוצות מספק יתרונות עיקריים רבים:

עמידות בפני קורוזיה: PFA ו-PTFE עמידים לחלוטין להשפעות הקורוזיביות של חומצה זרחתית חמה ו-HF. מחליפי מתכת יתכלו במהירות, ויגרמו לזיהום עיבוד ולפגמים אפשריים בפרוסות.

זיהום-פעולה חופשית: פלואורופולימרים אינרטיים ואינם פולטים יונים לתמיסה ולכן הופכים את תהליך התחריט לנקי ויציב. זיהום עקבות ממתכות עלול לגרום לפגמים חמורים, מה שהופך מחליפי חום של פלואורפולימר למצוינים לחריטת סיליקון ניטריד ותחמוצת.

בקרת טמפרטורה יציבה מחליפי חום פלואורופולימר שומרים על יציבות טמפרטורה לקצבי חריטה עקביים. בקרת טמפרטורה זו היא חיונית כדי להבטיח תחריט הומוגנית על פני הפרוסה, וכדי לשמור על דיוק התהליך.

בחירת חומר עבור תחריט מוליכים למחצה טיפוסיים
טווח טמפרטורת תחריט חומר מחליף חום מומלץ
חומצה זרחתית (85%) 150-180 מעלות PFA
חומצה הידרופלואורית (HF) טמפרטורת חדר PTFE, PFA
חומצה חנקתית (HNO3) טמפ' חדר. PTFE, PFA
מַסְקָנָה
תחריט רטוב ללא זיהום-מדויק הוא קריטי בייצור מוליכים למחצה, ומחלפי חום פלואורפולימריים, במיוחד PTFE ו-PFA, הם המפתח לתהליך זה. הם עמידים יותר לחומצה זרחתית חמה וחומצה הידרופלואורית, מה שמאפשר טמפרטורות תהליך קבועות וללא זיהום מתכת. חומרי מחליפי החום במפעלי מוליכים למחצה נבחרים על סמך האגרסיביות הכימית של התחריטים ודרישות הטוהר של התהליכים. מחליפי הפלואורופולימר הם החומר המועדף לחריטת ניטריד ותחמוצת.