W produkcji półprzewodników istnieje technika zwana „trawieniem” podczas przetwarzania podłoża lub cienkiej warstwy utworzonej na podłożu. Rozwój technologii trawienia odegrał rolę w urzeczywistnieniu przewidywań założyciela firmy Intel Gordona Moore'a z 1965 r., że „gęstość integracji tranzystorów podwoi się w ciągu 1,5 do 2 lat” (powszechnie znane jako „prawo Moore’a”).
Trawienie nie jest procesem „addytywnym”, takim jak osadzanie lub wiązanie, ale procesem „odejmującym”. Ponadto, zgodnie z różnymi metodami skrobania, dzieli się je na dwie kategorie, a mianowicie „trawienie na mokro” i „trawienie na sucho”. Mówiąc prościej, pierwsza jest metodą topienia, a druga metodą kopania.
W tym artykule pokrótce wyjaśnimy charakterystykę i różnice każdej technologii trawienia, trawienia na mokro i trawienia na sucho, a także obszary zastosowań, dla których każda z nich jest odpowiednia.
Omówienie procesu trawienia
Przyjmuje się, że technologia trawienia powstała w Europie w połowie XV wieku. W tym czasie do grawerowanej miedzianej płytki wlano kwas, aby skorodować gołą miedź, tworząc wklęsło. Techniki obróbki powierzchni wykorzystujące skutki korozji są powszechnie znane jako „trawienie”.
Celem procesu trawienia w produkcji półprzewodników jest przecięcie podłoża lub folii na podłożu zgodnie z rysunkiem. Powtarzając etapy przygotowawcze tworzenia filmu, fotolitografii i trawienia, płaska struktura jest przetwarzana w strukturę trójwymiarową.
Różnica między trawieniem na mokro a trawieniem na sucho
Po procesie fotolitografii naświetlone podłoże jest trawione na mokro lub na sucho w procesie trawienia.
Trawienie na mokro wykorzystuje roztwór do wytrawiania i zeskrobywania powierzchni. Chociaż tę metodę można przeprowadzić szybko i tanio, jej wadą jest nieco niższa dokładność przetwarzania. Dlatego też trawienie na sucho narodziło się około 1970 roku. Trawienie na sucho nie wykorzystuje roztworu, lecz wykorzystuje gaz uderzający w powierzchnię podłoża w celu jego zarysowania, co charakteryzuje się dużą dokładnością obróbki.
„Izotropia” i „Anizotropia”
Wprowadzając różnicę między trawieniem na mokro i trawieniem na sucho, podstawowymi słowami są „izotropowe” i „anizotropowe”. Izotropia oznacza, że właściwości fizyczne materii i przestrzeni nie zmieniają się wraz z kierunkiem, a anizotropia oznacza, że właściwości fizyczne materii i przestrzeni zmieniają się wraz z kierunkiem.
Trawienie izotropowe oznacza, że trawienie przebiega w tym samym stopniu wokół pewnego punktu, a trawienie anizotropowe oznacza, że trawienie przebiega w różnych kierunkach wokół określonego punktu. Na przykład podczas trawienia podczas produkcji półprzewodników często wybiera się trawienie anizotropowe w taki sposób, że zeskrobuje się tylko docelowy kierunek, pozostawiając inne kierunki nienaruszone.
Obrazy „Isotropic Etch” i „Anizotropic Etch”
Trawienie na mokro przy użyciu środków chemicznych.
Trawienie na mokro wykorzystuje reakcję chemiczną między substancją chemiczną a podłożem. Dzięki tej metodzie trawienie anizotropowe nie jest niemożliwe, ale jest znacznie trudniejsze niż trawienie izotropowe. Istnieje wiele ograniczeń dotyczących kombinacji roztworów i materiałów, a warunki takie jak temperatura podłoża, stężenie roztworu i ilość dodanej muszą być ściśle kontrolowane.
Niezależnie od tego, jak precyzyjnie dobrane zostaną warunki, trawienie na mokro jest trudne do uzyskania dokładnej obróbki poniżej 1 μm. Jednym z powodów jest konieczność kontrolowania trawienia bocznego.
Podcięcie cenowe to zjawisko zwane także podcięciem. Nawet jeśli istnieje nadzieja, że materiał zostanie rozpuszczony tylko w kierunku pionowym (kierunek głębokości) poprzez trawienie na mokro, nie można całkowicie zapobiec uderzaniu roztworu w boki, więc rozpuszczanie materiału w kierunku równoległym nieuchronnie będzie postępować . Z powodu tego zjawiska podczas trawienia na mokro losowo powstają sekcje węższe niż szerokość docelowa. W ten sposób podczas przetwarzania produktów wymagających precyzyjnej kontroli prądu powtarzalność jest niska, a dokładność niepewna.
Przykłady możliwych błędów w procesie trawienia na mokro
Dlaczego trawienie na sucho nadaje się do mikroobróbki?
Opis pokrewnego stanu techniki Trawienie na sucho odpowiednie do trawienia anizotropowego jest stosowane w procesach produkcji półprzewodników, które wymagają przetwarzania o wysokiej precyzji. Trawienie na sucho jest często określane jako trawienie jonami reaktywnymi (RIE), które może obejmować również trawienie plazmowe i trawienie napylane w szerokim znaczeniu, ale w tym artykule skupimy się na RIE.
Aby wyjaśnić, dlaczego trawienie anizotropowe jest łatwiejsze w przypadku trawienia na sucho, przyjrzyjmy się bliżej procesowi RIE. Łatwo to zrozumieć, dzieląc proces trawienia na sucho i zdrapywania podłoża na dwa rodzaje: „trawienie chemiczne” i „trawienie fizyczne”.
Trawienie chemiczne odbywa się w trzech etapach. Najpierw reaktywne gazy są adsorbowane na powierzchni. Następnie z gazu reakcyjnego i materiału substratu powstają produkty reakcji, a na koniec produkty reakcji są desorbowane. W późniejszym trawieniu fizycznym podłoże jest trawione pionowo w dół poprzez nałożenie argonu pionowo na podłoże.
Trawienie chemiczne zachodzi izotropowo, podczas gdy trawienie fizyczne może zachodzić anizotropowo poprzez kontrolowanie kierunku stosowania gazu. Ze względu na to fizyczne trawienie, trawienie na sucho pozwala na większą kontrolę nad kierunkiem trawienia niż trawienie na mokro.
Trawienie na sucho i na mokro również wymaga tych samych rygorystycznych warunków, co trawienie na mokro, ale ma wyższą powtarzalność niż trawienie na mokro i ma wiele łatwiejszych do kontrolowania elementów. Dlatego nie ma wątpliwości, że trawienie na sucho bardziej sprzyja produkcji przemysłowej.
Dlaczego trawienie na mokro jest nadal potrzebne
Kiedy już zrozumiesz pozornie wszechmocne trawienie na sucho, możesz się zastanawiać, dlaczego trawienie na mokro wciąż istnieje. Powód jest jednak prosty: trawienie na mokro sprawia, że produkt jest tańszy.
Główną różnicą między trawieniem na sucho a trawieniem na mokro jest koszt. Chemikalia stosowane do trawienia na mokro nie są aż tak drogie, a cena samego sprzętu szacuje się na około 1/10 ceny sprzętu do trawienia na sucho. Ponadto czas obróbki jest krótki i można przetwarzać wiele podłoży jednocześnie, co zmniejsza koszty produkcji. Dzięki temu możemy utrzymać koszty produktów na niskim poziomie, co daje nam przewagę nad konkurencją. Jeśli wymagania dotyczące dokładności obróbki nie są wysokie, wiele firm wybierze trawienie na mokro do zgrubnej produkcji masowej.
Wprowadzono proces trawienia jako proces odgrywający rolę w technologii mikrofabrykacji. Proces trawienia dzieli się z grubsza na trawienie na mokro i trawienie na sucho. Jeśli ważny jest koszt, lepszy będzie ten pierwszy, a jeśli wymagana jest mikroobróbka poniżej 1 μm, lepszy będzie ten drugi. W idealnym przypadku proces można wybrać w oparciu o wytwarzany produkt i koszt, a nie w oparciu o to, który z nich jest lepszy.
Czas publikacji: 16 kwietnia 2024 r