W poprzednim artykule przedstawiliśmy proces fotolitografii, który wykorzystuje fotomaskę do rzutowania zaprojektowanych wzorów obwodów na powierzchnię płytki pokrytej fotomaską. Kolejnym krokiem jest wykonanie procesu trawienia płytki w celu usunięcia niepożądanego materiału i zachowania jedynie pożądanego wzoru.

Akwaforta: forma sztuki sama w sobie

Kiedy byłeś na zajęciach plastycznych, mogłeś tworzyć „odbitki”, rodzaj grafiki tworzonej poprzez rysowanie kształtów na powierzchni drewna, metalu lub kamienia, a następnie nakładanie atramentu lub farby i odciskanie ich na papierze lub tkaninie. Proces trawienia półprzewodników ma podobne zasady jak ta technika graficzna.

W grafice na metalową płytkę nakładany jest materiał antykorozyjny, a pożądany wzór jest wycinany w płycie za pomocą ostrych narzędzi. Następnie płytkę zanurza się w materiałach korozyjnych, takich jak kwas azotowy, i kontroluje stopień korozji w celu uzyskania pożądanego wzoru.

Podobnie w produkcji półprzewodników proces trawienia wykorzystuje środki trawiące w płynie lub gazie w celu selektywnego usuwania niepożądanych materiałów, aż do pozostawienia pożądanych wzorów obwodów na powierzchni płytki. Materiał w obszarach bez fotorezystu jest usuwany przez środek trawiący, tworząc wzory obwodów na płytce. Po zakończeniu procesu trawienia fotomaskę usuwa się. Czynności te należy powtórzyć wielokrotnie na różnych warstwach.

Trawienie na sucho, stosowane w procesie trawienia, można podzielić na dwa typy: trawienie na sucho i trawienie na mokro, w zależności od użytych materiałów. Trawienie na sucho selektywnie usuwa niepożądane materiały za pomocą reaktywnych gazów i jonów, natomiast trawienie na mokro wykorzystuje roztwory chemiczne.

W porównaniu z trawieniem na mokro, trawienie na sucho jest droższe i bardziej złożone. Jednakże wraz z rozwojem technologii półprzewodników w skali nano obwody stają się coraz bardziej złożone. Dlatego trawienie na sucho jest szerzej stosowane i ma wyższą wydajność (w odniesieniu do procentu gotowych produktów).

Trawienie na sucho, znane również jako trawienie plazmowe, służy do usuwania niepotrzebnych materiałów podłoża.
Plazma jest wytwarzana poprzez wtryskiwanie gazu do komory próżniowej pod ciśnieniem niższym niż ciśnienie atmosferyczne, a następnie dostarczanie energii elektrycznej. Plazma to stan materii (podobny do ciał stałych, cieczy i gazów) składający się z dużej liczby wolnych elektronów, jonów i cząstek obojętnych lub zjonizowanych gazów. Kiedy substancja jest zjonizowana, oznacza to, że neutrony lub cząsteczki zmieniły swój stan naładowania, tracąc lub zyskując elektrony.

Kiedy do gazu przykłada się wystarczająco silne pole magnetyczne generowane przez energię elektryczną, powodując zderzenie i jonizację cząsteczek gazu, powstaje plazma. Innymi słowy, wolne elektrony są przyspieszane przez pole magnetyczne, a kolejne elektrony o wysokiej energii zderzają się z neutronami lub cząsteczkami, jonizując je.

Ta kaskada jonizacji, znana jako efekt lawinowy, prowadzi do wykładniczego wzrostu liczby jonów. Nazywamy to „stanem plazmowym”. Atomy wolnych rodników oddzielają się od tego stanu plazmy i odparowują z powierzchni płytki, usuwając w ten sposób materiał powierzchniowy, który wcześniej nie był chroniony powłoką fotomaski.

W procesie trawienia na sucho należy zwrócić uwagę na kilka punktów.

Po pierwsze, jednolitość. Jednorodność wskazuje na stałą szybkość trawienia na całej powierzchni płytki. Jeśli szybkość trawienia jest niespójna w różnych obszarach płytki, głębokość trawienia będzie się różnić, co może prowadzić do uszkodzeń chipa.

Po drugie, szybkość trawienia. Odnosi się to do ilości materiału powierzchniowego usuniętego w danym czasie. Szybkość trawienia może się różnić w zależności od liczby reaktywnych atomów i jonów, a także energii przenoszonej przez jony, która powoduje wystąpienie reakcji powierzchniowych. Innymi słowy, musimy ściśle kontrolować te czynniki, aby poprawić ogólną wydajność.

Ponadto selektywność (stosunek szybkości trawienia materiału docelowego do szybkości trawienia innych materiałów) i profil trawienia są również uważane za ważne czynniki w procesie trawienia na sucho.

Teraz lepiej rozumiesz proces wytrawiania służący do konstruowania wzorów obwodów półprzewodnikowych. Półprzewodniki są uosobieniem technologii układów scalonych, wytwarzanych poprzez wielokrotne osadzanie pożądanych materiałów na podłożu krzemowym, nakładanie warstw ochronnych i selektywne trawienie niepotrzebnych części. Cały proces odbywa się na instrumentach zaprojektowanych z myślą o bezpieczeństwie.

W następnym artykule przedstawimy procesy osadzania i implantacji jonów, które za pomocą tych technik nadają płytkom właściwości elektryczne.