V proizvodnji polprevodnikov obstaja tehnika, imenovana "jedkanje" med obdelavo substrata ali tankega filma, oblikovanega na substratu. Razvoj tehnologije jedkanja je igral vlogo pri uresničevanju napovedi ustanovitelja Intela Gordona Moora leta 1965, da se bo "gostota integracije tranzistorjev podvojila v 1,5 do 2 letih" (splošno znano kot "Moorov zakon").
Jedkanje ni "aditivni" postopek, kot je nanašanje ali lepljenje, ampak "subtraktivni" postopek. Poleg tega je glede na različne metode strganja razdeljen v dve kategoriji, in sicer na "mokro jedkanje" in "suho jedkanje". Preprosto povedano, prva je metoda taljenja, druga pa metoda kopanja.
V tem članku bomo na kratko razložili značilnosti in razlike posameznih tehnologij jedkanja, mokrega in suhega jedkanja, ter področja uporabe, za katera je vsaka primerna.
Pregled postopka jedkanja
Tehnologija jedkanja naj bi izvirala iz Evrope sredi 15. stoletja. Takrat je bila kislina vlita v gravirano bakreno ploščo, da je razjedla goli baker in oblikovala intaglio. Tehnike površinske obdelave, ki izkoriščajo učinke korozije, so splošno znane kot "jedkanje".
Namen postopka jedkanja v proizvodnji polprevodnikov je izrezati substrat ali film na substrat v skladu z risbo. S ponavljanjem pripravljalnih korakov oblikovanja filma, fotolitografije in jedkanja se ravninska struktura predela v tridimenzionalno strukturo.
Razlika med mokrim in suhim jedkanjem
Po postopku fotolitografije se izpostavljeni substrat mokro ali suho jedka v postopku jedkanja.
Mokro jedkanje uporablja raztopino za jedkanje in strganje površine. Čeprav je to metodo mogoče obdelati hitro in poceni, je njena slabost ta, da je natančnost obdelave nekoliko nižja. Zato se je okoli leta 1970 rodilo suho jedkanje. Pri suhem jedkanju se ne uporablja raztopina, ampak se uporablja plin, s katerim udari po površini podlage, da jo opraska, za kar je značilna visoka natančnost obdelave.
"Izotropija" in "Anizotropija"
Pri uvajanju razlike med mokrim in suhim jedkanjem sta bistveni besedi "izotropno" in "anizotropno". Izotropija pomeni, da se fizikalne lastnosti snovi in prostora ne spreminjajo s smerjo, anizotropija pa pomeni, da se fizikalne lastnosti snovi in prostora spreminjajo s smerjo.
Izotropno jedkanje pomeni, da se jedkanje nadaljuje z enako količino okoli določene točke, anizotropno jedkanje pa pomeni, da jedkanje poteka v različnih smereh okoli določene točke. Na primer, pri jedkanju med proizvodnjo polprevodnikov je anizotropno jedkanje pogosto izbrano tako, da se strga samo ciljna smer, druge smeri pa ostanejo nedotaknjene.
Slike "Isotropic Etch" in "Anisotropic Etch"
Mokro jedkanje s kemikalijami.
Mokro jedkanje uporablja kemično reakcijo med kemikalijo in substratom. S to metodo anizotropno jedkanje ni nemogoče, vendar je veliko težje kot izotropno jedkanje. Obstaja veliko omejitev glede kombinacije raztopin in materialov, pogoji, kot so temperatura substrata, koncentracija raztopine in količina dodatka, pa morajo biti strogo nadzorovani.
Ne glede na to, kako natančno so nastavljeni pogoji, je z mokrim jedkanjem težko doseči fino obdelavo pod 1 μm. Eden od razlogov za to je potreba po nadzoru stranskega jedkanja.
Nelojalno nižanje cen je pojav, znan tudi kot nelojalno nižanje cen. Tudi če upamo, da se bo material z mokrim jedkanjem raztopil le v navpični smeri (smer globine), je nemogoče popolnoma preprečiti, da bi raztopina udarila ob stranice, zato bo neizogibno prišlo do raztapljanja materiala v vzporedni smeri. . Zaradi tega pojava mokro jedkanje naključno ustvari odseke, ki so ožji od ciljne širine. Na ta način je pri obdelavi izdelkov, ki zahtevajo natančno kontrolo toka, ponovljivost nizka in natančnost nezanesljiva.
Primeri možnih napak pri mokrem jedkanju
Zakaj je suho jedkanje primerno za mikroobdelovanje
Opis sorodne tehnike Suho jedkanje, primerno za anizotropno jedkanje, se uporablja v postopkih izdelave polprevodnikov, ki zahtevajo visoko natančno obdelavo. Suho jedkanje se pogosto imenuje reaktivno ionsko jedkanje (RIE), ki lahko vključuje tudi plazemsko jedkanje in razpršilno jedkanje v širšem smislu, vendar se bo ta članek osredotočil na RIE.
Da bi pojasnili, zakaj je anizotropno jedkanje lažje s suhim jedkanjem, si podrobneje oglejmo postopek RIE. To je enostavno razumeti, če postopek suhega jedkanja in strganja s substrata razdelimo na dve vrsti: "kemično jedkanje" in "fizično jedkanje".
Kemično jedkanje poteka v treh korakih. Najprej se reaktivni plini adsorbirajo na površini. Reakcijski produkti se nato tvorijo iz reakcijskega plina in substratnega materiala, nazadnje pa se reakcijski produkti desorbirajo. Pri kasnejšem fizičnem jedkanju se substrat jedka navpično navzdol z nanašanjem plina argona navpično na substrat.
Kemično jedkanje poteka izotropno, medtem ko lahko fizično jedkanje poteka anizotropno z nadzorom smeri nanašanja plina. Zaradi tega fizičnega jedkanja suho jedkanje omogoča večji nadzor nad smerjo jedkanja kot mokro jedkanje.
Suho in mokro jedkanje prav tako zahteva enake stroge pogoje kot mokro jedkanje, vendar ima večjo ponovljivost kot mokro jedkanje in ima veliko elementov, ki jih je lažje nadzorovati. Zato ni dvoma, da je suho jedkanje bolj ugodno za industrijsko proizvodnjo.
Zakaj je mokro jedkanje še vedno potrebno
Ko boste razumeli na videz vsemogočno suho jedkanje, se boste morda vprašali, zakaj mokro jedkanje še vedno obstaja. Vendar je razlog preprost: mokro jedkanje poceni izdelek.
Glavna razlika med suhim in mokrim jedkanjem je cena. Kemikalije, ki se uporabljajo pri mokrem jedkanju, niso tako drage, cena same opreme pa naj bi bila približno 1/10 cene opreme za suho jedkanje. Poleg tega je čas obdelave kratek in hkrati je mogoče obdelati več substratov, kar zmanjša proizvodne stroške. Posledično lahko ohranimo nizke stroške izdelkov, kar nam daje prednost pred našimi konkurenti. Če zahteve po natančnosti obdelave niso visoke, bo veliko podjetij izbralo mokro jedkanje za grobo masovno proizvodnjo.
Postopek jedkanja je bil uveden kot postopek, ki igra vlogo v tehnologiji mikrofabrikacije. Postopek jedkanja v grobem delimo na mokro in suho jedkanje. Če so stroški pomembni, je prvo boljše, če pa je potrebna mikroprocesiranje pod 1 μm, je boljše drugo. V idealnem primeru je mogoče postopek izbrati na podlagi izdelka, ki ga je treba izdelati, in stroškov, ne pa na podlagi tega, kateri je boljši.
Čas objave: 16. aprila 2024