У виробництві напівпровідників існує техніка, яка називається «травлінням» під час обробки підкладки або тонкої плівки, сформованої на підкладці. Розвиток технології травлення зіграв певну роль у реалізації прогнозу засновника Intel Гордона Мура в 1965 році про те, що «щільність інтеграції транзисторів подвоїться за 1,5-2 роки» (широко відомий як «закон Мура»).
Травлення — це не «додатковий» процес, як осадження або склеювання, а «субтрактивний» процес. Крім того, відповідно до різних методів скребка, він поділяється на дві категорії, а саме «мокре травлення» та «сухе травлення». Простіше кажучи, перше — метод плавлення, а друге — метод копання.
У цій статті ми коротко пояснимо характеристики та відмінності кожної технології травлення, мокрого травлення та сухого травлення, а також області застосування, для яких підходить кожна.
Огляд процесу травлення
Вважається, що технологія травлення виникла в Європі в середині 15 століття. У той час кислоту виливали в гравіровану мідну пластину, щоб роз'їсти голу мідь, утворюючи глибоку печатку. Методи обробки поверхні, які використовують вплив корозії, широко відомі як «травлення».
Метою процесу травлення у виробництві напівпровідників є вирізання підкладки або плівки на підкладці відповідно до креслення. Повторюючи підготовчі етапи формування плівки, фотолітографії та травлення, плоска структура перетворюється на тривимірну структуру.
Різниця між мокрим і сухим травленням
Після процесу фотолітографії експонована підкладка піддається вологому або сухому травленню в процесі травлення.
Для вологого травлення використовується розчин для травлення та зішкрябування поверхні. Хоча цей метод можна обробити швидко і дешево, його недоліком є те, що точність обробки трохи нижча. Таким чином, сухе травлення народилося приблизно в 1970 році. Сухе травлення не використовує розчин, а використовує газ для удару по поверхні підкладки, щоб подряпати її, що характеризується високою точністю обробки.
«Ізотропія» та «Анізотропія»
Коли вводимо різницю між мокрим і сухим травленням, основними словами є «ізотропний» і «анізотропний». Ізотропія означає, що фізичні властивості матерії та простору не змінюються залежно від напрямку, а анізотропія означає, що фізичні властивості матерії та простору змінюються залежно від напрямку.
Ізотропне травлення означає, що травлення відбувається однаково навколо певної точки, а анізотропне травлення означає, що травлення відбувається в різних напрямках навколо певної точки. Наприклад, під час травлення під час виробництва напівпровідників часто вибирають анізотропне травлення, щоб зіскоблювати лише цільовий напрямок, залишаючи інші напрямки недоторканими.
Зображення «Isotropic Etch» і «Anisotropic Etch»
Мокре травлення з використанням хімікатів.
Вологе травлення використовує хімічну реакцію між хімікатом і підкладкою. За допомогою цього методу анізотропне травлення неможливе, але це набагато складніше, ніж ізотропне травлення. Існує багато обмежень щодо поєднання розчинів і матеріалів, і такі умови, як температура основи, концентрація розчину та кількість додавання, повинні суворо контролюватися.
Незалежно від того, наскільки точно налаштовані умови, мокрим травленням важко досягти тонкої обробки нижче 1 мкм. Однією з причин цього є необхідність контролювати бокове травлення.
Підрізання — це явище, також відоме як підрізання. Навіть якщо сподіватися, що матеріал буде розчинятися тільки у вертикальному напрямку (напрямку глибини) шляхом мокрого травлення, неможливо повністю запобігти потраплянню розчину на боки, тому розчинення матеріалу в паралельному напрямку неминуче буде тривати. . Завдяки цьому явищу вологе травлення випадково створює ділянки, які є вужчими за цільову ширину. Таким чином, при обробці продуктів, які потребують точного контролю струму, відтворюваність низька, а точність ненадійна.
Приклади можливих несправностей під час мокрого травлення
Чому сухе травлення підходить для мікрообробки
Опис рівня техніки Сухе травлення, придатне для анізотропного травлення, використовується в процесах виробництва напівпровідників, які вимагають високоточної обробки. Сухе травлення часто називають реактивним іонним травленням (RIE), яке також може включати плазмове травлення та розпилення в широкому сенсі, але ця стаття буде зосереджена на RIE.
Щоб пояснити, чому анізотропне травлення легше з сухим травленням, давайте детальніше розглянемо процес RIE. Це легко зрозуміти, розділивши процес сухого травлення та зішкрібання підкладки на два типи: «хімічне травлення» та «фізичне травлення».
Хімічне травлення відбувається в три етапи. Спочатку реакційноздатні гази адсорбуються на поверхні. Продукти реакції потім утворюються з реакційного газу та матеріалу підкладки, і, нарешті, продукти реакції десорбуються. Під час подальшого фізичного травлення підкладку витравлюють вертикально вниз шляхом подачі газу аргону вертикально на підкладку.
Хімічне травлення відбувається ізотропно, тоді як фізичне травлення може відбуватися анізотропно шляхом контролю напрямку подачі газу. Завдяки цьому фізичному травленню сухе травлення дозволяє краще контролювати напрямок травлення, ніж вологе травлення.
Сухе та вологе травлення також вимагає таких самих суворих умов, як і вологе травлення, але воно має вищу відтворюваність, ніж вологе травлення, і має багато елементів, які легше контролювати. Тому немає сумніву, що сухе травлення є більш сприятливим для промислового виробництва.
Чому мокре травлення все ще потрібне
Коли ви зрозумієте, здавалося б, всемогутнє сухе травлення, ви можете задатися питанням, чому все ще існує мокре травлення. Однак причина проста: вологе травлення здешевлює продукт.
Основна відмінність між сухим травленням і мокрим травленням – вартість. Хімічні речовини, які використовуються для мокрого травлення, не такі вже й дорогі, а ціна самого обладнання становить приблизно 1/10 від ціни обладнання для сухого травлення. Крім того, тривалість обробки коротка, і одночасно можна обробляти кілька субстратів, що знижує виробничі витрати. У результаті ми можемо підтримувати низькі витрати на продукт, що дає нам перевагу перед нашими конкурентами. Якщо вимоги до точності обробки невисокі, багато компаній виберуть вологе травлення для грубого масового виробництва.
Процес травлення був представлений як процес, який відіграє важливу роль у технології мікрофабрикації. Процес травлення приблизно поділяється на вологе травлення та сухе травлення. Якщо вартість важлива, краще перше, а якщо необхідна мікрообробка менше 1 мкм, краще друге. В ідеалі процес можна вибрати на основі продукту, який буде вироблено, і вартості, а не того, який із них кращий.
Час публікації: 16 квітня 2024 р