En la fabricació de semiconductors, hi ha una tècnica anomenada "gravat" durant el processament d'un substrat o una pel·lícula fina formada sobre el substrat. El desenvolupament de la tecnologia de gravat ha jugat un paper important en la realització de la predicció feta pel fundador d'Intel, Gordon Moore, l'any 1965, que "la densitat d'integració dels transistors es duplicarà en 1,5 o 2 anys" (coneguda comunament com a "Llei de Moore").
L'aiguafort no és un procés "additiu" com la deposició o l'enllaç, sinó un procés "subtractiu". A més, segons els diferents mètodes de raspat, es divideix en dues categories, a saber, "aiguafort humit" i "aiguafort en sec". Per dir-ho simplement, el primer és un mètode de fusió i el segon és un mètode d'excavació.
En aquest article, explicarem breument les característiques i les diferències de cada tecnologia de gravat, gravat humit i gravat en sec, així com les àrees d'aplicació per a les quals cada una és adequada.
Visió general del procés de gravat
Es diu que la tecnologia de gravat es va originar a Europa a mitjans del segle XV. En aquell moment, s'abocava àcid en una placa de coure gravada per corroir el coure nu, formant una intaglio. Les tècniques de tractament de superfícies que exploten els efectes de la corrosió es coneixen àmpliament com a "gravat".
El propòsit del procés de gravat en la fabricació de semiconductors és tallar el substrat o la pel·lícula sobre el substrat segons el dibuix. En repetir els passos preparatoris de formació de pel·lícules, fotolitografia i gravat, l'estructura plana es processa en una estructura tridimensional.
La diferència entre l'aiguafort humit i l'aiguafort en sec
Després del procés de fotolitografia, el substrat exposat es grava en humit o en sec en un procés de gravat.
L'aiguafort humit utilitza una solució per gravar i raspar la superfície. Tot i que aquest mètode es pot processar de manera ràpida i econòmica, el seu desavantatge és que la precisió del processament és lleugerament inferior. Per tant, el gravat en sec va néixer cap al 1970. El gravat en sec no utilitza una solució, sinó que utilitza gas per colpejar la superfície del substrat per ratllar-la, que es caracteritza per una gran precisió de processament.
"Isotropia" i "Anisotropia"
Quan s'introdueix la diferència entre l'aiguafort humit i l'aiguafort en sec, les paraules essencials són "isòtrop" i "anisòtrop". La isotropia significa que les propietats físiques de la matèria i l'espai no canvien amb la direcció, i l'anisotropia significa que les propietats físiques de la matèria i l'espai varien amb la direcció.
L'aiguafort isotròpic significa que l'aiguafort avança en la mateixa quantitat al voltant d'un punt determinat, i l'aiguafort anisòtrop significa que l'aiguafort es desenvolupa en diferents direccions al voltant d'un punt determinat. Per exemple, en el gravat durant la fabricació de semiconductors, sovint s'escull el gravat anisotròpic de manera que només es raspa la direcció objectiu, deixant intactes altres direccions.
Imatges de "Isotropic Etch" i "Anisotropic Etch"
Gravat humit amb productes químics.
El gravat humit utilitza una reacció química entre un producte químic i un substrat. Amb aquest mètode, el gravat anisotròpic no és impossible, però és molt més difícil que el gravat isotròpic. Hi ha moltes restriccions sobre la combinació de solucions i materials, i s'han de controlar estrictament condicions com la temperatura del substrat, la concentració de la solució i la quantitat d'addició.
Per molt que s'ajustin les condicions, el gravat humit és difícil d'aconseguir un processament fi per sota d'1 μm. Una de les raons d'això és la necessitat de controlar el gravat lateral.
La subcotització és un fenomen també conegut com a sotacotat. Fins i tot si s'espera que el material es dissol només en la direcció vertical (direcció de la profunditat) mitjançant un gravat humit, és impossible evitar completament que la solució toqui els costats, de manera que la dissolució del material en la direcció paral·lela continuarà inevitablement. . A causa d'aquest fenomen, el gravat humit produeix aleatòriament seccions més estretes que l'amplada objectiu. D'aquesta manera, quan es processen productes que requereixen un control de corrent precís, la reproductibilitat és baixa i la precisió no és fiable.
Exemples de possibles errors en el gravat humit
Per què el gravat en sec és adequat per al micromecanitzat
Descripció de la tècnica relacionada El gravat en sec adequat per al gravat anisotròpic s'utilitza en processos de fabricació de semiconductors que requereixen un processament d'alta precisió. El gravat en sec sovint es coneix com a gravat d'ions reactius (RIE), que també pot incloure gravat amb plasma i gravat per pulverització en un sentit ampli, però aquest article se centrarà en RIE.
Per explicar per què el gravat anisotròpic és més fàcil amb el gravat en sec, fem una ullada més de prop al procés RIE. És fàcil d'entendre dividint el procés de gravat en sec i raspat del substrat en dos tipus: "gravat químic" i "gravat físic".
El gravat químic es produeix en tres passos. En primer lloc, els gasos reactius s'adsorbeixen a la superfície. Aleshores es formen productes de reacció a partir del gas de reacció i el material del substrat i, finalment, es desorbeixen els productes de reacció. En el gravat físic posterior, el substrat es grava verticalment cap avall aplicant gas argó verticalment al substrat.
El gravat químic es produeix de manera isotròpica, mentre que el gravat físic es pot produir de manera anisotròpica controlant la direcció d'aplicació del gas. A causa d'aquest gravat físic, el gravat en sec permet més control sobre la direcció del gravat que el gravat humit.
El gravat sec i humit també requereix les mateixes condicions estrictes que el gravat humit, però té una reproductibilitat més alta que el gravat humit i té molts elements més fàcils de controlar. Per tant, no hi ha dubte que el gravat en sec és més propici per a la producció industrial.
Per què encara es necessita un gravat humit
Un cop entengueu l'aiguafort en sec aparentment omnipotent, potser us preguntareu per què encara existeix l'aiguafort humit. Tanmateix, el motiu és senzill: el gravat humit fa que el producte sigui més barat.
La principal diferència entre el gravat en sec i el gravat humit és el cost. Els productes químics utilitzats en el gravat humit no són tan cars i es diu que el preu de l'equip en si és aproximadament 1/10 del dels equips de gravat en sec. A més, el temps de processament és curt i es poden processar múltiples substrats al mateix temps, reduint els costos de producció. Com a resultat, podem mantenir els costos del producte baixos, donant-nos un avantatge sobre els nostres competidors. Si els requisits per a la precisió del processament no són alts, moltes empreses triaran el gravat humit per a la producció en massa bruta.
El procés de gravat es va introduir com un procés que juga un paper en la tecnologia de microfabricació. El procés de gravat es divideix aproximadament en gravat humit i gravat en sec. Si el cost és important, el primer és millor, i si es requereix un microprocessament inferior a 1 μm, el segon és millor. Idealment, es pot triar un procés en funció del producte a produir i del cost, en lloc de quin és millor.
Hora de publicació: 16-abril-2024