Nell'articolo precedente abbiamo introdotto il processo di fotolitografia, che utilizza una fotomaschera per proiettare gli schemi circuitali progettati sulla superficie del wafer rivestito di fotoresist. Il passaggio successivo consiste nell'eseguire il processo di incisione sul wafer per rimuovere il materiale indesiderato e conservare solo il motivo desiderato.

L'acquaforte: una forma d'arte a sé stante

Quando frequentavi le lezioni d'arte, potresti aver creato "stampe", un tipo di opera d'arte creata disegnando forme sulla superficie di legno, metallo o pietra, quindi applicando inchiostro o vernice e premendolo su carta o tessuto. Il processo di incisione dei semiconduttori condivide principi simili con questa tecnica di incisione.

Nella stampa, un materiale anticorrosivo viene applicato su una piastra metallica e il disegno desiderato viene inciso sulla piastra utilizzando strumenti affilati. La piastra viene quindi immersa in materiali corrosivi come l'acido nitrico e il grado di corrosione viene controllato per formare il modello desiderato.

Allo stesso modo, nella produzione di semiconduttori, il processo di attacco utilizza agenti aggressivi liquidi o gassosi per rimuovere selettivamente i materiali indesiderati finché sulla superficie del wafer non vengono lasciati i modelli circuitali desiderati. Il materiale nelle aree prive di fotoresist viene rimosso dall'agente mordenzante per formare i modelli di circuito sul wafer. Una volta completato il processo di incisione, il fotoresist viene rimosso. Questi passaggi devono essere ripetuti più volte su livelli diversi.

L'incisione a secco, utilizzata nel processo di incisione, può essere classificata in due tipologie: incisione a secco e incisione a umido, a seconda dei materiali utilizzati. L'incisione a secco rimuove selettivamente i materiali indesiderati utilizzando gas e ioni reattivi, mentre l'incisione a umido utilizza soluzioni chimiche.

Rispetto alla mordenzatura a umido, la mordenzatura a secco ha costi più elevati ed è più complessa. Tuttavia, con il progresso della tecnologia dei semiconduttori su scala nanometrica, i circuiti stanno diventando sempre più complessi. Pertanto, l'incisione a secco è più ampiamente applicata e ha una resa maggiore (riferita alla percentuale di prodotti finiti).

L'incisione a secco, nota anche come incisione al plasma, viene utilizzata per rimuovere i materiali di substrato non necessari.
Il plasma viene generato iniettando gas in una camera a vuoto a una pressione inferiore a quella atmosferica e fornendo quindi energia elettrica. Il plasma è uno stato della materia (simile a solidi, liquidi e gas) composto da un gran numero di elettroni liberi, ioni e particelle neutre o gas ionizzati. Quando una sostanza viene ionizzata, significa che i neutroni o le molecole hanno cambiato il loro stato di carica perdendo o acquistando elettroni.

Quando un campo magnetico sufficientemente forte generato dall'energia elettrica viene applicato a un gas, provocando la collisione e la ionizzazione delle molecole del gas, si forma un plasma. In altre parole, gli elettroni liberi vengono accelerati dal campo magnetico e i successivi elettroni ad alta energia si scontrano con neutroni o molecole, ionizzandoli.

Questa cascata di ionizzazione, nota come effetto valanga, porta ad un aumento esponenziale del numero di ioni. Questo è ciò che chiamiamo "stato del plasma". Gli atomi dei radicali liberi si dissociano da questo stato di plasma ed evaporano lontano dalla superficie del wafer, rimuovendo così il materiale superficiale che in precedenza non era protetto dal rivestimento di fotoresist.

Ci sono diversi punti da notare nel processo di incisione a secco.

Innanzitutto, l'uniformità. L'uniformità indica la consistenza della velocità di incisione su tutta la superficie del wafer. Se la velocità di incisione non è uniforme nelle diverse aree del wafer, la profondità di incisione varierà, il che potrebbe portare a guasti del chip.

In secondo luogo, la velocità di incisione. Si riferisce alla quantità di materiale superficiale rimosso in un dato tempo. La velocità di attacco può variare a seconda del numero di atomi e ioni reattivi, nonché dell'energia trasportata dagli ioni che provocano le reazioni superficiali. In altre parole, dobbiamo controllare rigorosamente questi fattori per migliorare la resa complessiva.

Inoltre, anche la selettività (il rapporto tra la velocità di incisione del materiale target e la velocità di incisione di altri materiali) e il profilo di incisione sono considerati fattori importanti nell'incisione a secco.

Ora hai una migliore comprensione del processo di incisione per la costruzione di schemi di circuiti a semiconduttore. I semiconduttori sono l'epitome della tecnologia dei circuiti integrati, fabbricati attraverso la deposizione ripetuta dei materiali desiderati su un substrato di silicio, l'applicazione di strati protettivi e l'attacco selettivo delle parti non necessarie. L'intero processo viene eseguito in strumenti progettati pensando alla sicurezza.

Nel prossimo articolo introdurremo i processi di deposizione e impiantazione ionica, che conferiscono proprietà elettriche ai wafer attraverso queste tecniche.