Στην κατασκευή ημιαγωγών, υπάρχει μια τεχνική που ονομάζεται «εγχάραξη» κατά την επεξεργασία ενός υποστρώματος ή μιας λεπτής μεμβράνης που σχηματίζεται στο υπόστρωμα. Η ανάπτυξη της τεχνολογίας χάραξης έπαιξε ρόλο στην υλοποίηση της πρόβλεψης που έκανε ο ιδρυτής της Intel, Gordon Moore το 1965, ότι «η πυκνότητα ολοκλήρωσης των τρανζίστορ θα διπλασιαστεί σε 1,5 έως 2 χρόνια» (κοινώς γνωστός ως «Νόμος του Moore»).
Η χάραξη δεν είναι μια «προσθετική» διαδικασία όπως η εναπόθεση ή η συγκόλληση, αλλά μια «αφαιρετική» διαδικασία. Επιπλέον, σύμφωνα με τις διαφορετικές μεθόδους απόξεσης, χωρίζεται σε δύο κατηγορίες, δηλαδή «υγρή χάραξη» και «ξηρή χάραξη». Για να το θέσω απλά, η πρώτη είναι μια μέθοδος τήξης και η δεύτερη είναι μια μέθοδος εκσκαφής.
Σε αυτό το άρθρο, θα εξηγήσουμε εν συντομία τα χαρακτηριστικά και τις διαφορές κάθε τεχνολογίας χάραξης, υγρής και ξηρής χάραξης, καθώς και τις περιοχές εφαρμογής για τις οποίες είναι κατάλληλο το καθένα.
Επισκόπηση της διαδικασίας χάραξης
Η τεχνολογία χάραξης λέγεται ότι ξεκίνησε στην Ευρώπη στα μέσα του 15ου αιώνα. Εκείνη την εποχή, το οξύ χύθηκε σε μια χαραγμένη χάλκινη πλάκα για να διαβρώσει τον γυμνό χαλκό, σχηματίζοντας ένα βαθύ πλάγιο. Οι τεχνικές επιφανειακής επεξεργασίας που εκμεταλλεύονται τις επιπτώσεις της διάβρωσης είναι ευρέως γνωστές ως «χαρακτική».
Ο σκοπός της διαδικασίας χάραξης στην κατασκευή ημιαγωγών είναι η κοπή του υποστρώματος ή του φιλμ στο υπόστρωμα σύμφωνα με το σχέδιο. Επαναλαμβάνοντας τα προπαρασκευαστικά στάδια του σχηματισμού φιλμ, της φωτολιθογραφίας και της χάραξης, η επίπεδη δομή μετατρέπεται σε τρισδιάστατη δομή.
Η διαφορά μεταξύ υγρής και ξηρής χάραξης
Μετά τη διαδικασία της φωτολιθογραφίας, το εκτεθειμένο υπόστρωμα χαράζεται υγρό ή ξηρό σε μια διαδικασία χάραξης.
Η υγρή χάραξη χρησιμοποιεί ένα διάλυμα για να χαράξει και να ξύσει την επιφάνεια. Αν και αυτή η μέθοδος μπορεί να επεξεργαστεί γρήγορα και φθηνά, το μειονέκτημά της είναι ότι η ακρίβεια επεξεργασίας είναι ελαφρώς χαμηλότερη. Επομένως, η ξηρή χάραξη γεννήθηκε γύρω στο 1970. Η ξηρή χάραξη δεν χρησιμοποιεί διάλυμα, αλλά χρησιμοποιεί αέριο για να χτυπήσει την επιφάνεια του υποστρώματος για να το ξύσει, το οποίο χαρακτηρίζεται από υψηλή ακρίβεια επεξεργασίας.
«Ισοτροπία» και «Ανισοτροπία»
Όταν εισάγουμε τη διαφορά μεταξύ υγρής και ξηρής χάραξης, οι βασικές λέξεις είναι «ισότροπο» και «ανισότροπο». Ισοτροπία σημαίνει ότι οι φυσικές ιδιότητες της ύλης και του χώρου δεν αλλάζουν ανάλογα με την κατεύθυνση και η ανισοτροπία σημαίνει ότι οι φυσικές ιδιότητες της ύλης και του χώρου ποικίλλουν ανάλογα με την κατεύθυνση.
Η ισότροπη χάραξη σημαίνει ότι η χάραξη προχωρά με την ίδια ποσότητα γύρω από ένα συγκεκριμένο σημείο και η ανισότροπη χάραξη σημαίνει ότι η χάραξη προχωρά σε διαφορετικές κατευθύνσεις γύρω από ένα συγκεκριμένο σημείο. Για παράδειγμα, στη χάραξη κατά την κατασκευή ημιαγωγών, η ανισότροπη χάραξη επιλέγεται συχνά έτσι ώστε μόνο η κατεύθυνση στόχος να ξύνεται, αφήνοντας τις άλλες κατευθύνσεις ανέπαφες.
Εικόνες "Isotropic Etch" και "Anisotropic Etch"
Υγρή χάραξη με χρήση χημικών.
Η υγρή χάραξη χρησιμοποιεί μια χημική αντίδραση μεταξύ μιας χημικής ουσίας και ενός υποστρώματος. Με αυτή τη μέθοδο, η ανισότροπη χάραξη δεν είναι αδύνατη, αλλά είναι πολύ πιο δύσκολη από την ισότροπη χάραξη. Υπάρχουν πολλοί περιορισμοί στον συνδυασμό διαλυμάτων και υλικών και συνθήκες όπως η θερμοκρασία του υποστρώματος, η συγκέντρωση του διαλύματος και η ποσότητα προσθήκης πρέπει να ελέγχονται αυστηρά.
Ανεξάρτητα από το πόσο καλά ρυθμίζονται οι συνθήκες, η υγρή χάραξη είναι δύσκολο να επιτευχθεί λεπτή επεξεργασία κάτω από 1 μm. Ένας λόγος για αυτό είναι η ανάγκη ελέγχου της πλευρικής χάραξης.
Η υποτιμολόγηση είναι ένα φαινόμενο γνωστό και ως υποτιμολόγηση. Ακόμα κι αν υπάρχει ελπίδα ότι το υλικό θα διαλυθεί μόνο στην κατακόρυφη κατεύθυνση (κατεύθυνση βάθους) με υγρή χάραξη, είναι αδύνατο να αποτραπεί τελείως το να χτυπήσει το διάλυμα στις πλευρές, επομένως η διάλυση του υλικού στην παράλληλη κατεύθυνση θα προχωρήσει αναπόφευκτα . Λόγω αυτού του φαινομένου, η υγρή χάραξη παράγει τυχαία τμήματα που είναι στενότερα από το πλάτος του στόχου. Με αυτόν τον τρόπο, κατά την επεξεργασία προϊόντων που απαιτούν ακριβή έλεγχο ρεύματος, η αναπαραγωγιμότητα είναι χαμηλή και η ακρίβεια είναι αναξιόπιστη.
Παραδείγματα πιθανών αστοχιών στην υγρή χάραξη
Γιατί η ξηρή χάραξη είναι κατάλληλη για μικρομηχανική
Περιγραφή σχετικής τέχνης Η ξηρή χάραξη κατάλληλη για ανισότροπη χάραξη χρησιμοποιείται σε διαδικασίες κατασκευής ημιαγωγών που απαιτούν επεξεργασία υψηλής ακρίβειας. Η ξηρή χάραξη αναφέρεται συχνά ως χάραξη αντιδραστικών ιόντων (RIE), η οποία μπορεί επίσης να περιλαμβάνει χάραξη πλάσματος και χάραξη διασκορπισμού με ευρεία έννοια, αλλά αυτό το άρθρο θα επικεντρωθεί στο RIE.
Για να εξηγήσουμε γιατί η ανισότροπη χάραξη είναι ευκολότερη με την ξηρή χάραξη, ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στη διαδικασία RIE. Είναι εύκολο να γίνει κατανοητό χωρίζοντας τη διαδικασία ξηρής χάραξης και απόξεσης του υποστρώματος σε δύο τύπους: «χημική χάραξη» και «φυσική χάραξη».
Η χημική χάραξη γίνεται σε τρία στάδια. Πρώτον, τα αντιδρώντα αέρια προσροφούνται στην επιφάνεια. Στη συνέχεια σχηματίζονται προϊόντα αντίδρασης από το αέριο της αντίδρασης και το υλικό του υποστρώματος και τελικά τα προϊόντα της αντίδρασης εκροφούνται. Στην επακόλουθη φυσική χάραξη, το υπόστρωμα χαράσσεται κατακόρυφα προς τα κάτω με εφαρμογή αερίου αργού κάθετα στο υπόστρωμα.
Η χημική χάραξη λαμβάνει χώρα ισότροπα, ενώ η φυσική χάραξη μπορεί να συμβεί ανισότροπα ελέγχοντας την κατεύθυνση εφαρμογής του αερίου. Λόγω αυτής της φυσικής χάραξης, η ξηρή χάραξη επιτρέπει περισσότερο έλεγχο της κατεύθυνσης χάραξης από την υγρή χάραξη.
Η ξηρή και υγρή χάραξη απαιτεί επίσης τις ίδιες αυστηρές συνθήκες με την υγρή χάραξη, αλλά έχει μεγαλύτερη αναπαραγωγιμότητα από την υγρή χάραξη και έχει πολλά αντικείμενα ευκολότερα στον έλεγχο. Επομένως, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η ξηρή χάραξη ευνοεί περισσότερο τη βιομηχανική παραγωγή.
Γιατί χρειάζεται ακόμα η υγρή χάραξη
Μόλις καταλάβετε τη φαινομενικά παντοδύναμη ξηρή χάραξη, ίσως αναρωτηθείτε γιατί η υγρή χάραξη εξακολουθεί να υπάρχει. Ωστόσο, ο λόγος είναι απλός: η υγρή χάραξη κάνει το προϊόν φθηνότερο.
Η κύρια διαφορά μεταξύ ξηρής και υγρής χάραξης είναι το κόστος. Τα χημικά που χρησιμοποιούνται στην υγρή χάραξη δεν είναι τόσο ακριβά και η τιμή του ίδιου του εξοπλισμού λέγεται ότι είναι περίπου το 1/10 της τιμής του εξοπλισμού ξηρής χάραξης. Επιπλέον, ο χρόνος επεξεργασίας είναι σύντομος και πολλά υποστρώματα μπορούν να υποστούν επεξεργασία ταυτόχρονα, μειώνοντας το κόστος παραγωγής. Ως αποτέλεσμα, μπορούμε να διατηρήσουμε το κόστος των προϊόντων σε χαμηλά επίπεδα, δίνοντάς μας πλεονέκτημα έναντι των ανταγωνιστών μας. Εάν οι απαιτήσεις για την ακρίβεια επεξεργασίας δεν είναι υψηλές, πολλές εταιρείες θα επιλέξουν την υγρή χάραξη για ακατέργαστη μαζική παραγωγή.
Η διαδικασία χάραξης εισήχθη ως μια διαδικασία που παίζει ρόλο στην τεχνολογία μικροκατασκευής. Η διαδικασία χάραξης χωρίζεται χονδρικά σε υγρή και ξηρή χάραξη. Εάν το κόστος είναι σημαντικό, το πρώτο είναι καλύτερο και εάν απαιτείται μικροεπεξεργασία κάτω από 1 μm, το δεύτερο είναι καλύτερο. Στην ιδανική περίπτωση, μια διαδικασία μπορεί να επιλεγεί με βάση το προϊόν που θα παραχθεί και το κόστος, και όχι το ποια είναι καλύτερη.
Ώρα δημοσίευσης: Απρ-16-2024