В предыдущей статье мы познакомили вас с процессом фотолитографии, при котором фотошаблон проецирует спроектированные рисунки схем на поверхность пластины, покрытой фоторезистом. Следующим шагом является выполнение процесса травления пластины, чтобы удалить нежелательный материал и сохранить только желаемый рисунок.

Офорт: самостоятельная форма искусства

Когда вы посещали уроки рисования, вы, возможно, создавали «отпечатки» — вид произведений искусства, создаваемый путем рисования фигур на поверхности дерева, металла или камня, а затем нанесения чернил или краски и прижимания их к бумаге или ткани. Процесс травления полупроводников имеет схожие принципы с этой техникой печати.

При изготовлении гравюр на металлическую пластину наносится антикоррозионный материал, и с помощью острых инструментов на пластине вырезается желаемый рисунок. Затем пластину погружают в коррозийные материалы, такие как азотная кислота, и контролируют степень коррозии для формирования желаемого рисунка.

Аналогичным образом, при производстве полупроводников в процессе травления используются жидкие или газовые травители для выборочного удаления нежелательных материалов до тех пор, пока на поверхности пластины не останутся нужные рисунки схемы. Материал в областях без фоторезиста удаляется травителем для формирования рисунка схемы на пластине. После завершения процесса травления фоторезист удаляется. Эти шаги необходимо повторить несколько раз на разных слоях.

Сухое травление, используемое в процессе травления, можно разделить на два типа: сухое травление и влажное травление, в зависимости от используемых материалов. При сухом травлении избирательно удаляются нежелательные материалы с помощью химически активных газов и ионов, а при влажном травлении используются химические растворы.

По сравнению с мокрым травлением, сухое травление требует более высоких затрат и является более сложным процессом. Однако с развитием наноразмерных полупроводниковых технологий схемы становятся все более сложными. Поэтому сухое травление применяется более широко и имеет более высокий выход (в процентном отношении к готовой продукции).

Сухое травление, также известное как плазменное травление, используется для удаления ненужных материалов подложки.
Плазма генерируется путем впрыскивания газа в вакуумную камеру при давлении ниже атмосферного давления и последующей подачи электрической энергии. Плазма — это состояние вещества (похожее на твердые тела, жидкости и газы), состоящее из большого количества свободных электронов, ионов и нейтральных частиц или ионизированных газов. Когда вещество ионизируется, это означает, что нейтроны или молекулы изменили свое зарядовое состояние, потеряв или приняв электроны.

Когда к газу прикладывается достаточно сильное магнитное поле, создаваемое электрической энергией, заставляя молекулы газа сталкиваться и ионизироваться, образуется плазма. Другими словами, свободные электроны ускоряются магнитным полем, а последующие высокоэнергетические электроны сталкиваются с нейтронами или молекулами, ионизируя их.

Этот каскад ионизации, известный как лавинный эффект, приводит к экспоненциальному увеличению количества ионов. Это то, что мы называем «плазменным состоянием». Атомы свободных радикалов диссоциируют из этого состояния плазмы и испаряются с поверхности пластины, тем самым удаляя поверхностный материал, который ранее не был защищен фоторезистивным покрытием.

В процессе сухого травления следует отметить несколько моментов.

Во-первых, единообразие. Однородность указывает на постоянство скорости травления по всей поверхности пластины. Если скорость травления неодинакова в разных областях пластины, глубина травления будет различаться, что может привести к поломке чипа.

Во-вторых, скорость травления. Это относится к количеству поверхностного материала, удаленного за определенный период времени. Скорость травления может варьироваться в зависимости от количества реакционноспособных атомов и ионов, а также от энергии, переносимой ионами, вызывающими поверхностные реакции. Другими словами, нам необходимо строго контролировать эти факторы, чтобы повысить общую урожайность.

Кроме того, важными факторами сухого травления также считаются селективность (отношение скорости травления целевого материала к скорости травления других материалов) и профиль травления.

Теперь вы лучше понимаете процесс травления для построения рисунков полупроводниковых схем. Полупроводники — это воплощение технологии интегральных схем, производимые путем многократного нанесения нужных материалов на кремниевую подложку, нанесения защитных слоев и выборочного травления ненужных частей. Весь процесс осуществляется с помощью инструментов, разработанных с учетом требований безопасности.

В следующей статье мы познакомим вас с процессами осаждения и ионной имплантации, которые с помощью этих методов придают пластинам электрические свойства.