No artigo anterior, apresentamos o processo de fotolitografia, que utiliza uma máscara fotográfica para projetar os padrões de circuito projetados na superfície do wafer revestido com fotorresiste. A próxima etapa é realizar o processo de gravação no wafer para remover o material indesejado e reter apenas o padrão desejado.

Gravura: uma forma de arte por direito próprio

Quando você estava nas aulas de arte, você pode ter criado "impressões", um tipo de arte criada desenhando formas na superfície de madeira, metal ou pedra e, em seguida, aplicando tinta ou tinta e pressionando-as sobre papel ou tecido. O processo de gravação de semicondutores compartilha princípios semelhantes com esta técnica de impressão.

Na gravura, um material anticorrosivo é aplicado a uma placa de metal e o desenho desejado é esculpido na placa usando ferramentas afiadas. A placa é então imersa em materiais corrosivos, como ácido nítrico, e o grau de corrosão é controlado para formar o padrão desejado.

Da mesma forma, na fabricação de semicondutores, o processo de gravação utiliza agentes de gravação líquidos ou gasosos para remover seletivamente materiais indesejados até que os padrões de circuito desejados sejam deixados na superfície do wafer. O material em áreas sem fotorresiste é removido pelo ácido para formar os padrões de circuito no wafer. Após a conclusão do processo de gravação, o fotorresiste é removido. Essas etapas precisam ser repetidas várias vezes em camadas diferentes.

A gravação a seco, utilizada no processo de gravação, pode ser classificada em dois tipos: gravação a seco e gravação a úmido, dependendo dos materiais utilizados. A gravação a seco remove seletivamente materiais indesejados usando gases e íons reativos, enquanto a gravação a úmido usa soluções químicas.

Comparada à gravação úmida, a gravação a seco tem custos mais elevados e é mais complexa. No entanto, com o avanço da tecnologia de semicondutores em nanoescala, os circuitos estão se tornando mais complexos. Portanto, o ataque a seco é mais amplamente aplicado e apresenta maior rendimento (referente ao percentual de produtos acabados).

A gravação a seco, também conhecida como gravação a plasma, é usada para remover materiais de substrato desnecessários.
O plasma é gerado pela injeção de gás em uma câmara de vácuo a uma pressão inferior à pressão atmosférica e, em seguida, fornecendo energia elétrica. Plasma é um estado da matéria (semelhante a sólidos, líquidos e gases) composto por um grande número de elétrons livres, íons e partículas neutras ou gases ionizados. Quando uma substância é ionizada, significa que nêutrons ou moléculas mudaram seu estado de carga, perdendo ou ganhando elétrons.

Quando um campo magnético suficientemente forte gerado por energia elétrica é aplicado a um gás, fazendo com que as moléculas do gás colidam e ionizem, um plasma é formado. Em outras palavras, os elétrons livres são acelerados pelo campo magnético, e os elétrons de alta energia subsequentes colidem com nêutrons ou moléculas, ionizando-os.

Esta cascata de ionização, conhecida como efeito avalanche, leva a um aumento exponencial no número de íons. Isto é o que chamamos de “estado de plasma”. Os átomos de radicais livres dissociam-se deste estado de plasma e evaporam-se da superfície do wafer, removendo assim o material da superfície que estava anteriormente desprotegido pelo revestimento fotorresistente.

Existem vários pontos a serem observados no processo de ataque a seco.

Primeiro, uniformidade. A uniformidade indica a consistência da taxa de gravação em toda a superfície do wafer. Se a taxa de gravação for inconsistente em diferentes áreas do wafer, a profundidade da gravação irá variar, o que pode levar a falhas do chip.

Em segundo lugar, taxa de gravação. Isto se refere à quantidade de material de superfície removido em um determinado tempo. A taxa de corrosão pode variar dependendo do número de átomos e íons reativos, bem como da energia transportada pelos íons que causam a ocorrência de reações de superfície. Em outras palavras, precisamos controlar rigorosamente esses fatores para melhorar o rendimento geral.

Além disso, a seletividade (a relação entre a taxa de ataque do material alvo e a taxa de ataque de outros materiais) e o perfil de ataque também são considerados fatores importantes no ataque a seco.

Agora você entende melhor o processo de gravação para construir padrões de circuitos semicondutores. Os semicondutores são o epítome da tecnologia de circuitos integrados, fabricados através da deposição repetida de materiais desejados em um substrato de silício, aplicação de camadas protetoras e gravação seletiva de peças desnecessárias. Todo o processo é realizado em instrumentos projetados pensando na segurança.

No próximo artigo, apresentaremos os processos de deposição e implantação iônica, que conferem propriedades elétricas aos wafers por meio dessas técnicas.