В производстве полупроводников существует технология, называемая «травлением», при обработке подложки или тонкой пленки, образующейся на подложке. Развитие технологии травления сыграло роль в реализации предсказания основателя Intel Гордона Мура, сделанного в 1965 году, о том, что «плотность интеграции транзисторов удвоится через 1,5–2 года» (широко известное как «Закон Мура»).
Травление — это не «аддитивный» процесс, подобный осаждению или склеиванию, а «субтрактивный» процесс. Кроме того, в зависимости от различных методов очистки его разделяют на две категории: «мокрое травление» и «сухое травление». Проще говоря, первый — метод плавления, а второй — метод рытья.
В этой статье мы кратко объясним характеристики и различия каждой технологии травления, мокрого травления и сухого травления, а также области применения, для которых каждая из них подходит.
Обзор процесса травления
Считается, что технология офорта зародилась в Европе в середине 15 века. В то время в выгравированную медную пластину залили кислоту, которая разъела голую медь, образовав глубокую печать. Методы обработки поверхности, использующие эффекты коррозии, широко известны как «травление».
Целью процесса травления при производстве полупроводников является вырезание подложки или пленки на подложке в соответствии с чертежом. Повторяя подготовительные этапы формирования пленки, фотолитографии и травления, плоская структура преобразуется в трехмерную структуру.
Разница между мокрым травлением и сухим травлением
После процесса фотолитографии экспонированную подложку подвергают мокрому или сухому травлению в процессе травления.
При влажном травлении используется раствор для травления и соскабливания поверхности. Хотя этот метод можно обработать быстро и дешево, его недостатком является то, что точность обработки немного ниже. Поэтому примерно в 1970 году зародилось сухое травление. Сухое травление не использует раствор, а использует газ для удара по поверхности подложки, чтобы поцарапать ее, что характеризуется высокой точностью обработки.
«Изотропия» и «Анизотропия».
При объяснении разницы между мокрым травлением и сухим травлением основными словами являются «изотропный» и «анизотропный». Изотропия означает, что физические свойства материи и пространства не меняются в зависимости от направления, а анизотропия означает, что физические свойства материи и пространства изменяются в зависимости от направления.
Изотропное травление означает, что травление происходит в одинаковой степени вокруг определенной точки, а анизотропное травление означает, что травление происходит в разных направлениях вокруг определенной точки. Например, при травлении при производстве полупроводников часто выбирают анизотропное травление, при котором очищается только целевое направление, оставляя другие направления нетронутыми.
Изображения «Изотропного травления» и «Анизотропного травления»
Мокрое травление химическими веществами.
Влажное травление использует химическую реакцию между химическим веществом и подложкой. При этом методе анизотропное травление не является невозможным, но оно намного сложнее, чем изотропное травление. Существует множество ограничений на сочетание растворов и материалов, и такие условия, как температура субстрата, концентрация раствора и количество добавок, должны строго контролироваться.
Независимо от того, насколько точно настроены условия, мокрым травлением трудно добиться тонкой обработки ниже 1 мкм. Одной из причин этого является необходимость контроля бокового травления.
Подрезка — это явление, также известное как подрезка. Даже если надеяться, что при мокром травлении материал будет растворяться только в вертикальном направлении (направлении глубины), полностью предотвратить попадание раствора в боковые стороны невозможно, поэтому неизбежно будет происходить растворение материала в параллельном направлении. . Из-за этого явления при влажном травлении случайным образом образуются участки уже заданной ширины. Таким образом, при обработке продуктов, требующих точного контроля тока, воспроизводимость низкая, а точность ненадежная.
Примеры возможных неудач при мокром травлении
Почему сухое травление подходит для микрообработки
Описание предшествующего уровня техники Сухое травление, подходящее для анизотропного травления, используется в процессах производства полупроводников, требующих высокоточной обработки. Сухое травление часто называют реактивным ионным травлением (РИЭ), которое также может включать в себя плазменное травление и травление распылением в широком смысле, но в этой статье основное внимание будет уделено РИТ.
Чтобы объяснить, почему анизотропное травление проще при сухом травлении, давайте более подробно рассмотрим процесс RIE. Это легко понять, разделив процесс сухого травления и соскабливания подложки на два типа: «химическое травление» и «физическое травление».
Химическое травление происходит в три этапа. Сначала химически активные газы адсорбируются на поверхности. Продукты реакции затем образуются из реакционного газа и материала подложки и, наконец, продукты реакции десорбируются. При последующем физическом травлении подложка травится вертикально вниз путем вертикальной подачи на подложку газообразного аргона.
Химическое травление происходит изотропно, тогда как физическое травление может происходить анизотропно за счет контроля направления подачи газа. Из-за физического травления сухое травление позволяет лучше контролировать направление травления, чем влажное травление.
Сухое и влажное травление также требует таких же строгих условий, как и влажное травление, но оно имеет более высокую воспроизводимость, чем влажное травление, и имеет множество элементов, которые легче контролировать. Поэтому нет сомнения, что сухое травление более благоприятно для промышленного производства.
Почему влажное травление все еще необходимо
Как только вы поймете, казалось бы, всемогущее сухое травление, вы можете задаться вопросом, почему мокрое травление все еще существует. Однако причина проста: мокрое травление удешевляет изделие.
Основное различие между сухим травлением и мокрым травлением – стоимость. Химические вещества, используемые при мокром травлении, не так уж и дороги, а цена самого оборудования, как говорят, составляет около 1/10 от цены оборудования для сухого травления. Кроме того, время обработки короткое, и одновременно можно обрабатывать несколько подложек, что снижает производственные затраты. В результате мы можем поддерживать низкую себестоимость продукции, что дает нам преимущество перед конкурентами. Если требования к точности обработки не высоки, многие компании для грубого массового производства выбирают мокрое травление.
Процесс травления был представлен как процесс, играющий роль в технологии микрообработки. Процесс травления условно можно разделить на влажное травление и сухое травление. Если стоимость важна, первое лучше, а если требуется микрообработка менее 1 мкм, то лучше второе. В идеале процесс можно выбрать на основе производимого продукта и его стоимости, а не на основе того, какой из них лучше.
Время публикации: 16 апреля 2024 г.