En el artículo anterior, presentamos el proceso de fotolitografía, que utiliza una fotomáscara para proyectar los patrones de circuito diseñados sobre la superficie de la oblea recubierta con fotoprotector. El siguiente paso es realizar el proceso de grabado en la oblea para eliminar el material no deseado y conservar sólo el patrón deseado.

Grabado: una forma de arte por derecho propio

Cuando estaba en clases de arte, es posible que haya creado "grabados", un tipo de obra de arte creada dibujando formas en la superficie de madera, metal o piedra, luego aplicando tinta o pintura y presionándola sobre papel o tela. El proceso de grabado de semiconductores comparte principios similares con esta técnica de grabado.

En el grabado, se aplica un material anticorrosivo a una placa de metal y se talla el diseño deseado en la placa utilizando herramientas afiladas. Luego, la placa se sumerge en materiales corrosivos como el ácido nítrico y se controla el grado de corrosión para formar el patrón deseado.

De manera similar, en la fabricación de semiconductores, el proceso de grabado utiliza grabadores líquidos o gaseosos para eliminar selectivamente materiales no deseados hasta que queden los patrones de circuito deseados en la superficie de la oblea. El grabador elimina el material de las zonas sin fotorresistente para formar los patrones del circuito en la oblea. Una vez finalizado el proceso de grabado, se retira el fotoprotector. Estos pasos deben repetirse varias veces en diferentes capas.

El grabado en seco, utilizado en el proceso de grabado, se puede clasificar en dos tipos: grabado seco y grabado húmedo, dependiendo de los materiales utilizados. El grabado en seco elimina selectivamente materiales no deseados utilizando iones y gases reactivos, mientras que el grabado en húmedo utiliza soluciones químicas.

En comparación con el grabado en húmedo, el grabado en seco tiene mayores costes y es más complejo. Sin embargo, con el avance de la tecnología de semiconductores a nanoescala, los circuitos se están volviendo más complejos. Por tanto, el grabado en seco se aplica más ampliamente y tiene un mayor rendimiento (refiriéndose al porcentaje de productos terminados).

El grabado en seco, también conocido como grabado con plasma, se utiliza para eliminar materiales de sustrato innecesarios.
El plasma se genera inyectando gas en una cámara de vacío a una presión inferior a la atmosférica y luego proporcionando energía eléctrica. El plasma es un estado de la materia (similar a los sólidos, líquidos y gases) compuesto por una gran cantidad de electrones libres, iones y partículas neutras o gases ionizados. Cuando una sustancia está ionizada, significa que los neutrones o moléculas han cambiado su estado de carga perdiendo o ganando electrones.

Cuando se aplica a un gas un campo magnético suficientemente fuerte generado por energía eléctrica, lo que hace que las moléculas del gas colisionen y se ionicen, se forma un plasma. En otras palabras, los electrones libres son acelerados por el campo magnético y los electrones de alta energía posteriores chocan con neutrones o moléculas, ionizándolos.

Esta cascada de ionización, conocida como efecto avalancha, provoca un aumento exponencial del número de iones. Esto es lo que llamamos el "estado plasmático". Los átomos de radicales libres se disocian de este estado de plasma y se evaporan de la superficie de la oblea, eliminando así el material de la superficie que anteriormente no estaba protegido por el recubrimiento fotorresistente.

Hay varios puntos a tener en cuenta en el proceso de grabado en seco.

Primero, la uniformidad. La uniformidad indica la consistencia de la tasa de grabado en toda la superficie de la oblea. Si la velocidad de grabado es inconsistente en diferentes áreas de la oblea, la profundidad del grabado variará, lo que podría provocar fallas en el chip.

En segundo lugar, la tasa de grabado. Se refiere a la cantidad de material superficial eliminado en un tiempo determinado. La velocidad de grabado puede variar dependiendo de la cantidad de átomos e iones reactivos, así como de la energía transportada por los iones que provocan que se produzcan reacciones superficiales. En otras palabras, debemos controlar estrictamente estos factores para mejorar el rendimiento general.

Además, la selectividad (la relación entre la tasa de grabado del material objetivo y la tasa de grabado de otros materiales) y el perfil de grabado también se consideran factores importantes en el grabado en seco.

Ahora comprende mejor el proceso de grabado para construir patrones de circuitos semiconductores. Los semiconductores son el epítome de la tecnología de circuitos integrados, fabricados mediante la deposición repetida de materiales deseados sobre un sustrato de silicio, la aplicación de capas protectoras y el grabado selectivo de piezas innecesarias. Todo el proceso se lleva a cabo en instrumentos diseñados pensando en la seguridad.

En el próximo artículo, presentaremos los procesos de deposición e implantación de iones, que imparten propiedades eléctricas a las obleas mediante estas técnicas.