Puolijohteiden valmistuksessa käytetään tekniikkaa nimeltä "etsaus" substraatin tai substraatille muodostuneen ohuen kalvon käsittelyn aikana. Etsaustekniikan kehitys on vaikuttanut Intelin perustajan Gordon Mooren vuonna 1965 tekemän ennusteen toteutumiseen, että "transistorien integraatiotiheys kaksinkertaistuu 1,5–2 vuodessa" (tunnetaan yleisesti nimellä "Mooren laki").
Etsaus ei ole "additiivinen" prosessi, kuten kerrostaminen tai liimaus, vaan "vähennysprosessi". Lisäksi se on jaettu eri kaavintamenetelmien mukaan kahteen luokkaan, nimittäin "märkäetsaus" ja "kuivaetsaus". Yksinkertaisesti sanottuna edellinen on sulatusmenetelmä ja jälkimmäinen kaivausmenetelmä.
Tässä artikkelissa selitämme lyhyesti kunkin etsaustekniikan, märkäetsauksen ja kuivaetsauksen ominaisuudet ja erot sekä käyttöalueet, joille kukin sopii.
Yleiskatsaus etsausprosessiin
Etsaustekniikan sanotaan syntyneen Euroopassa 1400-luvun puolivälissä. Tuolloin kaiverrettuun kuparilevyyn kaadettiin happoa, joka syövyttää paljaan kuparin muodostaen syväpainon. Pintakäsittelytekniikat, jotka käyttävät hyväkseen korroosion vaikutuksia, tunnetaan yleisesti "etsauksina".
Puolijohteiden valmistuksen etsausprosessin tarkoituksena on leikata substraatti tai kalvo alustalle piirustuksen mukaisesti. Toistamalla kalvonmuodostuksen, fotolitografian ja etsauksen valmisteluvaiheet tasorakenne käsitellään kolmiulotteiseksi rakenteeksi.
Ero märkäetsauksen ja kuivaetsauksen välillä
Fotolitografiaprosessin jälkeen paljastettu substraatti märkä- tai kuivaetsataan etsausprosessissa.
Märkäsyövytys käyttää liuosta pinnan syövytykseen ja raapimiseen. Vaikka tämä menetelmä voidaan käsitellä nopeasti ja halvalla, sen haittana on, että käsittelyn tarkkuus on hieman pienempi. Siksi kuivaetsaus syntyi noin 1970. Kuivaetsauksessa ei käytetä liuosta, vaan kaasulla isketään substraatin pintaan raaputtamaan sitä, jolle on ominaista korkea prosessointitarkkuus.
"Isotropia" ja "Anisotropia"
Kun esitellään ero märkäetsauksen ja kuivaetsauksen välillä, keskeiset sanat ovat "isotrooppinen" ja "anisotrooppinen". Isotropia tarkoittaa, että aineen ja avaruuden fysikaaliset ominaisuudet eivät muutu suunnan mukaan, ja anisotropia tarkoittaa, että aineen ja avaruuden fysikaaliset ominaisuudet vaihtelevat suunnan mukaan.
Isotrooppinen etsaus tarkoittaa, että etsaus etenee saman verran tietyn pisteen ympärillä, ja anisotrooppinen etsaus tarkoittaa, että etsaus etenee eri suuntiin tietyn pisteen ympärillä. Esimerkiksi etsauksessa puolijohteiden valmistuksen aikana anisotrooppinen syövytys valitaan usein siten, että vain kohdesuunta kaavitaan, jolloin muut suunnat jäävät koskemattomiksi.
Kuvia "isotrooppisesta etsauksesta" ja "anisotrooppisesta etsauksesta"
Märkäsyövytys kemikaaleilla.
Märkäsyövytys hyödyntää kemiallista reaktiota kemikaalin ja substraatin välillä. Tällä menetelmällä anisotrooppinen etsaus ei ole mahdotonta, mutta se on paljon vaikeampaa kuin isotrooppinen etsaus. Liuosten ja materiaalien yhdistämisessä on monia rajoituksia, ja olosuhteita, kuten alustan lämpötilaa, liuoksen konsentraatiota ja lisäysmäärää, on valvottava tarkasti.
Huolimatta siitä, kuinka hienosti olosuhteet on säädetty, märkäsyövytystä on vaikea saavuttaa alle 1 μm:n hienokäsittelyssä. Yksi syy tähän on tarve hallita sivusyövytystä.
Alittavuus on ilmiö, joka tunnetaan myös nimellä alittavuus. Vaikka materiaalin toivottaisiin liukenevan vain pystysuunnassa (syvyyssuunnassa) märkäsyövytyksellä, on mahdotonta täysin estää liuoksen osumista sivuille, joten materiaalin liukeneminen rinnakkaisessa suunnassa väistämättä etenee. . Tästä ilmiöstä johtuen märkäetsaus tuottaa satunnaisesti tavoiteleveyttä kapeampia osia. Tällä tavoin tarkkaa virransäätöä vaativia tuotteita käsiteltäessä toistettavuus on alhainen ja tarkkuus epäluotettava.
Esimerkkejä märkäetsauksen mahdollisista vioista
Miksi kuivaetsaus sopii mikrokoneistukseen
Tunnetun tekniikan kuvaus Anisotrooppiseen syövytykseen sopivaa kuivasyövytystä käytetään puolijohteiden valmistusprosesseissa, jotka vaativat suurta tarkkuutta. Kuivaetsausta kutsutaan usein reaktiiviseksi ionietsaukseksi (RIE), joka voi sisältää myös plasmaetsauksen ja sputterietsauksen laajassa merkityksessä, mutta tässä artikkelissa keskitytään RIE:hen.
Selvittääksemme, miksi anisotrooppinen etsaus on helpompaa kuivaetsauksella, katsotaanpa tarkemmin RIE-prosessia. Se on helppo ymmärtää jakamalla kuivaetsaus ja alustan kaapiminen kahteen tyyppiin: "kemiallinen syövytys" ja "fyysinen syövytys".
Kemiallinen syövytys tapahtuu kolmessa vaiheessa. Ensin reaktiiviset kaasut adsorboidaan pintaan. Sitten reaktiokaasusta ja substraattimateriaalista muodostuu reaktiotuotteita ja lopuksi reaktiotuotteet desorboidaan. Seuraavassa fysikaalisessa syövytyksessä substraatti syövytetään pystysuunnassa alaspäin levittämällä argonkaasua pystysuoraan substraattiin.
Kemiallinen syövytys tapahtuu isotrooppisesti, kun taas fyysinen syövytys voi tapahtua anisotrooppisesti säätelemällä kaasun levityssuuntaa. Tämän fysikaalisen syövytyksen ansiosta kuivaetsaus mahdollistaa etsauksen suunnan hallinnan paremmin kuin märkäetsaus.
Kuiva- ja märkäetsaus vaatii myös samat tiukat ehdot kuin märkäetsaus, mutta sillä on parempi toistettavuus kuin märkäetsaus, ja siinä on monia helpommin hallittavia kohteita. Siksi ei ole epäilystäkään siitä, että kuivaetsaus edistää teollista tuotantoa.
Miksi märkäetsaus on edelleen tarpeen
Kun ymmärrät näennäisen kaikkivoivan kuivaetsauksen, saatat ihmetellä, miksi märkäetsaus on edelleen olemassa. Syy on kuitenkin yksinkertainen: märkäetsaus tekee tuotteesta halvemman.
Suurin ero kuivaetsauksen ja märkäetsauksen välillä on hinta. Märkäetsauksessa käytetyt kemikaalit eivät ole niin kalliita, ja itse laitteiston hinnan sanotaan olevan noin 1/10 kuivaetsauslaitteiston hinnasta. Lisäksi käsittelyaika on lyhyt ja useita substraatteja voidaan käsitellä samanaikaisesti, mikä vähentää tuotantokustannuksia. Tämän ansiosta voimme pitää tuotekustannukset alhaisina, mikä antaa meille etua kilpailijoihimme verrattuna. Jos käsittelytarkkuuden vaatimukset eivät ole korkeat, monet yritykset valitsevat märkäetsauksen karkeaan massatuotantoon.
Etsausprosessi esiteltiin prosessina, jolla on rooli mikrovalmistustekniikassa. Etsausprosessi jaetaan karkeasti märkäetsaukseen ja kuivaetsaukseen. Jos hinta on tärkeä, ensimmäinen on parempi, ja jos tarvitaan alle 1 μm:n mikroprosessointia, jälkimmäinen on parempi. Ihannetapauksessa prosessi voidaan valita valmistettavan tuotteen ja kustannusten perusteella sen sijaan, että kumpi on parempi.
Postitusaika: 16.4.2024