Na fabricação de semicondutores, existe uma técnica chamada “gravação” durante o processamento de um substrato ou de uma película fina formada no substrato. O desenvolvimento da tecnologia de gravação desempenhou um papel importante na concretização da previsão feita pelo fundador da Intel, Gordon Moore, em 1965, de que “a densidade de integração dos transistores dobrará em 1,5 a 2 anos” (comumente conhecida como “Lei de Moore”).
A gravação não é um processo “aditivo” como a deposição ou ligação, mas um processo “subtrativo”. Além disso, de acordo com os diferentes métodos de raspagem, está dividido em duas categorias, nomeadamente “gravura húmida” e “gravura seca”. Simplificando, o primeiro é um método de fusão e o último é um método de escavação.
Neste artigo explicaremos brevemente as características e diferenças de cada tecnologia de gravação, gravação úmida e gravação a seco, bem como as áreas de aplicação para as quais cada uma é adequada.
Visão geral do processo de gravação
Diz-se que a tecnologia de gravação se originou na Europa em meados do século XV. Naquela época, o ácido era derramado em uma placa de cobre gravada para corroer o cobre nu, formando um entalhe. As técnicas de tratamento de superfície que exploram os efeitos da corrosão são amplamente conhecidas como “decapagem”.
O objetivo do processo de gravação na fabricação de semicondutores é cortar o substrato ou filme no substrato de acordo com o desenho. Ao repetir as etapas preparatórias de formação do filme, fotolitografia e gravação, a estrutura planar é processada em uma estrutura tridimensional.
A diferença entre gravação úmida e gravação a seco
Após o processo de fotolitografia, o substrato exposto é gravado a úmido ou a seco em um processo de ataque químico.
A gravação úmida usa uma solução para gravar e raspar a superfície. Embora este método possa ser processado de forma rápida e barata, sua desvantagem é que a precisão do processamento é um pouco menor. Portanto, o ataque a seco nasceu por volta de 1970. O ataque a seco não utiliza solução, mas utiliza gás para atingir a superfície do substrato e arranhá-lo, o que se caracteriza pela alta precisão de processamento.
“Isotropia” e “Anisotropia”
Ao introduzir a diferença entre ataque úmido e ataque seco, as palavras essenciais são “isotrópico” e “anisotrópico”. Isotropia significa que as propriedades físicas da matéria e do espaço não mudam com a direção, e anisotropia significa que as propriedades físicas da matéria e do espaço variam com a direção.
A gravação isotrópica significa que a gravação ocorre na mesma proporção em torno de um determinado ponto, e a gravação anisotrópica significa que a gravação ocorre em direções diferentes em torno de um determinado ponto. Por exemplo, na gravação durante a fabricação de semicondutores, a gravação anisotrópica é frequentemente escolhida de modo que apenas a direção do alvo seja raspada, deixando as outras direções intactas.
Imagens de “Isotropic Etch” e “Anisotropic Etch”
Gravura úmida com produtos químicos.
A gravação úmida utiliza uma reação química entre um produto químico e um substrato. Com este método, o ataque anisotrópico não é impossível, mas é muito mais difícil do que o ataque isotrópico. Existem muitas restrições à combinação de soluções e materiais, e condições como temperatura do substrato, concentração da solução e quantidade de adição devem ser rigorosamente controladas.
Não importa o quão finamente as condições sejam ajustadas, é difícil obter um processamento fino abaixo de 1 μm na gravação úmida. Uma razão para isso é a necessidade de controlar o ataque lateral.
A subcotação é um fenômeno também conhecido como subcotação. Mesmo que se espere que o material seja dissolvido apenas na direção vertical (direção de profundidade) por ataque úmido, é impossível evitar completamente que a solução atinja as laterais, então a dissolução do material na direção paralela ocorrerá inevitavelmente . Devido a este fenômeno, a gravação úmida produz aleatoriamente seções mais estreitas que a largura do alvo. Desta forma, ao processar produtos que requerem controle preciso de corrente, a reprodutibilidade é baixa e a precisão não é confiável.
Exemplos de possíveis falhas na corrosão úmida
Por que o ataque a seco é adequado para microusinagem
Descrição da Técnica Relacionada A gravação a seco adequada para gravação anisotrópica é utilizada em processos de fabricação de semicondutores que requerem processamento de alta precisão. A gravação a seco é frequentemente referida como gravação com íons reativos (RIE), que também pode incluir gravação por plasma e gravação por pulverização catódica em um sentido amplo, mas este artigo se concentrará em RIE.
Para explicar por que o ataque anisotrópico é mais fácil com o ataque a seco, vamos dar uma olhada mais de perto no processo RIE. É fácil entender dividindo o processo de ataque a seco e raspagem do substrato em dois tipos: “gravura química” e “gravura física”.
O ataque químico ocorre em três etapas. Primeiro, os gases reativos são adsorvidos na superfície. Os produtos de reação são então formados a partir do gás de reação e do material do substrato e, finalmente, os produtos de reação são dessorvidos. Na gravação física subsequente, o substrato é gravado verticalmente para baixo aplicando gás argônio verticalmente ao substrato.
O ataque químico ocorre isotropicamente, enquanto o ataque físico pode ocorrer anisotropicamente, controlando a direção da aplicação do gás. Devido a esta gravação física, a gravação a seco permite mais controle sobre a direção da gravação do que a gravação a úmido.
A gravação a seco e a úmido também requer as mesmas condições rigorosas que a gravação a úmido, mas tem maior reprodutibilidade do que a gravação a úmido e possui muitos itens mais fáceis de controlar. Portanto, não há dúvida de que o ataque a seco é mais propício à produção industrial.
Por que a gravação úmida ainda é necessária
Depois de compreender a água-forte aparentemente onipotente, você pode se perguntar por que a água-forte ainda existe. Porém, o motivo é simples: o ataque úmido torna o produto mais barato.
A principal diferença entre a gravação a seco e a gravação a úmido é o custo. Os produtos químicos usados na gravação úmida não são tão caros, e o preço do equipamento em si é cerca de 1/10 do preço do equipamento de gravação a seco. Além disso, o tempo de processamento é curto e vários substratos podem ser processados ao mesmo tempo, reduzindo os custos de produção. Como resultado, podemos manter os custos dos produtos baixos, o que nos dá uma vantagem sobre os nossos concorrentes. Se os requisitos de precisão de processamento não forem altos, muitas empresas escolherão a gravação úmida para produção em massa.
O processo de gravação foi introduzido como um processo que desempenha um papel na tecnologia de microfabricação. O processo de gravação é basicamente dividido em gravação úmida e gravação a seco. Se o custo for importante, o primeiro é melhor, e se for necessário microprocessamento abaixo de 1 μm, o último é melhor. Idealmente, um processo pode ser escolhido com base no produto a ser produzido e no custo, e não em qual deles é melhor.
Horário da postagem: 16 de abril de 2024