Nella produzione di semiconduttori, esiste una tecnica chiamata “etching” durante la lavorazione di un substrato o di una pellicola sottile formata sul substrato. Lo sviluppo della tecnologia di incisione ha avuto un ruolo nella realizzazione della previsione fatta dal fondatore di Intel Gordon Moore nel 1965 secondo cui "la densità di integrazione dei transistor raddoppierà in 1,5 o 2 anni" (comunemente nota come "Legge di Moore").
L'incisione non è un processo “additivo” come la deposizione o l'incollaggio, ma un processo “sottrattivo”. Inoltre, a seconda dei diversi metodi di raschiatura, si divide in due categorie, ovvero “incisione a umido” e “incisione a secco”. Per dirla semplicemente, il primo è un metodo di fusione e il secondo è un metodo di scavo.
In questo articolo spiegheremo brevemente le caratteristiche e le differenze di ciascuna tecnologia di incisione, incisione a umido e incisione a secco, nonché le aree di applicazione per le quali ciascuna è adatta.
Panoramica del processo di incisione
Si dice che la tecnologia dell'acquaforte abbia avuto origine in Europa a metà del XV secolo. A quel tempo, l'acido veniva versato in una lastra di rame incisa per corrodere il rame nudo, formando un intaglio. Le tecniche di trattamento superficiale che sfruttano gli effetti della corrosione sono ampiamente conosciute come “etching”.
Lo scopo del processo di incisione nella produzione di semiconduttori è tagliare il substrato o la pellicola sul substrato secondo il disegno. Ripetendo le fasi preparatorie di formazione del film, fotolitografia e incisione, la struttura planare viene trasformata in una struttura tridimensionale.
La differenza tra incisione a umido e incisione a secco
Dopo il processo di fotolitografia, il substrato esposto viene inciso a umido o a secco in un processo di incisione.
L'incisione a umido utilizza una soluzione per incidere e raschiare via la superficie. Sebbene questo metodo possa essere elaborato in modo rapido ed economico, lo svantaggio è che la precisione di elaborazione è leggermente inferiore. Pertanto, l'incisione a secco è nata intorno al 1970. L'incisione a secco non utilizza una soluzione, ma utilizza il gas per colpire la superficie del substrato per graffiarla, che è caratterizzata da un'elevata precisione di lavorazione.
“Isotropia” e “Anisotropia”
Quando si introduce la differenza tra incisione a umido e incisione a secco, le parole essenziali sono “isotropa” e “anisotropa”. Isotropia significa che le proprietà fisiche della materia e dello spazio non cambiano con la direzione, mentre anisotropia significa che le proprietà fisiche della materia e dello spazio variano con la direzione.
L'incisione isotropa significa che l'incisione procede nella stessa misura attorno a un certo punto, mentre l'incisione anisotropa significa che l'incisione procede in direzioni diverse attorno a un certo punto. Ad esempio, nell'attacco durante la produzione di semiconduttori, viene spesso scelto l'attacco anisotropo in modo che venga raschiata solo la direzione target, lasciando intatte le altre direzioni.
Immagini di “Isotropic Etch” e “Anisotropic Etch”
Incisione a umido utilizzando prodotti chimici.
L'incisione a umido utilizza una reazione chimica tra una sostanza chimica e un substrato. Con questo metodo l'incisione anisotropa non è impossibile, ma è molto più difficile dell'incisione isotropa. Esistono molte restrizioni sulla combinazione di soluzioni e materiali e condizioni come la temperatura del substrato, la concentrazione della soluzione e la quantità aggiunta devono essere rigorosamente controllate.
Indipendentemente dalla precisione con cui vengono regolate le condizioni, l'incisione a umido è difficile da ottenere una lavorazione fine inferiore a 1 μm. Uno dei motivi è la necessità di controllare l'incisione laterale.
L'undercutting è un fenomeno noto anche come undercutting. Anche se si spera che il materiale venga sciolto solo nella direzione verticale (direzione della profondità) mediante attacco a umido, è impossibile impedire completamente che la soluzione colpisca i lati, quindi la dissoluzione del materiale nella direzione parallela procederà inevitabilmente . A causa di questo fenomeno, l'incisione a umido produce in modo casuale sezioni più strette della larghezza target. In questo modo, durante la lavorazione di prodotti che richiedono un controllo preciso della corrente, la riproducibilità è bassa e la precisione non è affidabile.
Esempi di possibili guasti nell'incisione a umido
Perché l'incisione a secco è adatta alla microlavorazione
Descrizione della tecnica correlata L'incisione a secco adatta per l'incisione anisotropa viene utilizzata nei processi di produzione di semiconduttori che richiedono una lavorazione ad alta precisione. L'attacco a secco viene spesso definito attacco con ioni reattivi (RIE), che può includere anche l'attacco al plasma e l'attacco a spruzzo in senso lato, ma questo articolo si concentrerà sul RIE.
Per spiegare perché l'incisione anisotropa è più semplice con l'incisione a secco, diamo uno sguardo più da vicino al processo RIE. È facile capirlo dividendo il processo di attacco a secco e raschiatura del substrato in due tipologie: “attacco chimico” e “attacco fisico”.
L'attacco chimico avviene in tre fasi. Innanzitutto i gas reattivi vengono adsorbiti sulla superficie. I prodotti di reazione vengono quindi formati dal gas di reazione e dal materiale del substrato e infine i prodotti di reazione vengono desorbiti. Nella successiva incisione fisica, il substrato viene inciso verticalmente verso il basso applicando gas argon verticalmente al substrato.
L'attacco chimico avviene in modo isotropico, mentre l'attacco fisico può avvenire in modo anisotropico controllando la direzione di applicazione del gas. A causa di questa incisione fisica, l'incisione a secco consente un maggiore controllo sulla direzione dell'incisione rispetto all'incisione a umido.
Anche l'incisione a secco e a umido richiede le stesse rigorose condizioni dell'incisione a umido, ma ha una riproducibilità maggiore rispetto all'incisione a umido e presenta molti elementi più facili da controllare. Pertanto, non vi è dubbio che l’incisione a secco sia più favorevole alla produzione industriale.
Perché l'incisione a umido è ancora necessaria
Una volta compresa l'apparentemente onnipotente incisione a secco, potresti chiederti perché esiste ancora l'incisione a umido. Tuttavia, il motivo è semplice: l’incisione a umido rende il prodotto più economico.
La differenza principale tra l'incisione a secco e l'incisione a umido è il costo. I prodotti chimici utilizzati nell'incisione a umido non sono così costosi e si dice che il prezzo dell'attrezzatura stessa sia circa 1/10 di quello dell'attrezzatura per l'incisione a secco. Inoltre, il tempo di lavorazione è breve ed è possibile lavorare più substrati contemporaneamente, riducendo i costi di produzione. Di conseguenza, possiamo mantenere bassi i costi dei prodotti, dandoci un vantaggio rispetto ai nostri concorrenti. Se i requisiti di precisione della lavorazione non sono elevati, molte aziende sceglieranno l'incisione a umido per la produzione di massa grezza.
Il processo di incisione è stato introdotto come processo che svolge un ruolo nella tecnologia di microfabbricazione. Il processo di incisione è approssimativamente suddiviso in incisione a umido e incisione a secco. Se il costo è importante, il primo è migliore e se è necessaria una microelaborazione inferiore a 1 μm, il secondo è migliore. Idealmente, un processo può essere scelto in base al prodotto da realizzare e al costo, piuttosto che a quale sia migliore.
Orario di pubblicazione: 16 aprile 2024