Pri výrobe polovodičov existuje technika nazývaná „leptanie“ počas spracovania substrátu alebo tenkého filmu vytvoreného na substráte. Vývoj technológie leptania zohral úlohu pri realizácii predpovede zakladateľa spoločnosti Intel Gordona Moora v roku 1965, že „hustota integrácie tranzistorov sa zdvojnásobí za 1,5 až 2 roky“ (bežne známy ako „Mooreov zákon“).
Leptanie nie je „aditívny“ proces ako nanášanie alebo lepenie, ale „subtraktívny“ proces. Okrem toho sa podľa rôznych metód zoškrabovania delí na dve kategórie, a to „mokré leptanie“ a „suché leptanie“. Zjednodušene povedané, prvá je metóda tavenia a druhá je metóda kopania.
V tomto článku stručne vysvetlíme vlastnosti a rozdiely jednotlivých technológií leptania, mokrého leptania a suchého leptania, ako aj oblasti použitia, pre ktoré je každá vhodná.
Prehľad procesu leptania
Technológia leptania údajne pochádza z Európy v polovici 15. storočia. V tom čase sa kyselina naliala do rytého medeného plechu, aby korodovala holú meď a vytvorila hĺbkotlač. Techniky povrchovej úpravy, ktoré využívajú účinky korózie, sú všeobecne známe ako „leptanie“.
Účelom procesu leptania pri výrobe polovodičov je rezanie substrátu alebo filmu na substráte podľa výkresu. Opakovaním prípravných krokov tvorby filmu, fotolitografie a leptania sa plošná štruktúra spracuje do trojrozmernej štruktúry.
Rozdiel medzi mokrým leptaním a suchým leptaním
Po procese fotolitografie sa exponovaný substrát leptá za mokra alebo za sucha v procese leptania.
Mokré leptanie používa roztok na leptanie a zoškrabovanie povrchu. Aj keď sa tento spôsob dá spracovať rýchlo a lacno, jeho nevýhodou je o niečo nižšia presnosť spracovania. Suché leptanie sa preto zrodilo okolo roku 1970. Suché leptanie nepoužíva roztok, ale pomocou plynu naráža na povrch substrátu na jeho poškriabanie, ktorý sa vyznačuje vysokou presnosťou spracovania.
"Izotropia" a "Anizotropia"
Pri uvádzaní rozdielu medzi mokrým leptaním a suchým leptaním sú základné slová „izotropný“ a „anizotropný“. Izotropia znamená, že fyzikálne vlastnosti hmoty a priestoru sa nemenia so smerom a anizotropia znamená, že fyzikálne vlastnosti hmoty a priestoru sa menia so smerom.
Izotropné leptanie znamená, že leptanie prebieha v rovnakom množstve okolo určitého bodu a anizotropné leptanie znamená, že leptanie prebieha v rôznych smeroch okolo určitého bodu. Napríklad pri leptaní počas výroby polovodičov sa anizotropné leptanie často volí tak, že sa zoškrabuje iba smer cieľa, pričom ostatné smery zostávajú nedotknuté.
Obrázky „Izotropného leptania“ a „Anisotropného leptania“
Mokré leptanie pomocou chemikálií.
Mokré leptanie využíva chemickú reakciu medzi chemikáliou a substrátom. Pri tejto metóde nie je anizotropné leptanie nemožné, ale je oveľa náročnejšie ako izotropné leptanie. Existuje mnoho obmedzení na kombináciu roztokov a materiálov a podmienky, ako je teplota substrátu, koncentrácia roztoku a množstvo prídavku, musia byť prísne kontrolované.
Bez ohľadu na to, ako jemne sú nastavené podmienky, mokré leptanie je ťažké dosiahnuť jemné spracovanie pod 1 μm. Jedným z dôvodov je potreba kontrolovať bočné leptanie.
Podrezanie je fenomén známy aj ako podrezanie. Aj keď je nádej, že sa materiál mokrým leptaním rozpustí len vo vertikálnom smere (smer hĺbky), nie je možné úplne zabrániť tomu, aby roztok narazil do strán, takže rozpúšťanie materiálu bude nevyhnutne pokračovať v paralelnom smere. . V dôsledku tohto javu mokré leptanie náhodne vytvára časti, ktoré sú užšie ako cieľová šírka. Týmto spôsobom pri spracovaní produktov, ktoré vyžadujú presnú kontrolu prúdu, je reprodukovateľnosť nízka a presnosť nespoľahlivá.
Príklady možných porúch mokrého leptania
Prečo je suché leptanie vhodné na mikroobrábanie
Opis súvisiaceho stavu techniky Suché leptanie vhodné na anizotropné leptanie sa používa v procesoch výroby polovodičov, ktoré vyžadujú vysoko presné spracovanie. Suché leptanie sa často označuje ako reaktívne iónové leptanie (RIE), ktoré môže zahŕňať aj plazmové leptanie a leptanie rozprašovaním v širšom zmysle, ale tento článok sa zameria na RIE.
Aby sme vysvetlili, prečo je anizotropné leptanie jednoduchšie so suchým leptaním, pozrime sa bližšie na proces RIE. Je ľahké to pochopiť rozdelením procesu suchého leptania a zoškrabovania substrátu na dva typy: „chemické leptanie“ a „fyzikálne leptanie“.
Chemické leptanie prebieha v troch krokoch. Najprv sa reaktívne plyny adsorbujú na povrchu. Z reakčného plynu a substrátového materiálu sa potom vytvoria reakčné produkty a nakoniec sa reakčné produkty desorbujú. Pri následnom fyzickom leptaní sa substrát leptá vertikálne smerom nadol aplikáciou plynu argónu vertikálne na substrát.
Chemické leptanie prebieha izotropne, zatiaľ čo fyzikálne leptanie môže prebiehať anizotropne riadením smeru aplikácie plynu. Kvôli tomuto fyzickému leptaniu umožňuje suché leptanie väčšiu kontrolu nad smerom leptania ako mokré leptanie.
Suché a mokré leptanie tiež vyžaduje rovnaké prísne podmienky ako mokré leptanie, ale má vyššiu reprodukovateľnosť ako mokré leptanie a má veľa vecí, ktoré sa ľahšie ovládajú. Preto niet pochýb o tom, že suché leptanie je vhodnejšie pre priemyselnú výrobu.
Prečo je mokré leptanie stále potrebné
Keď pochopíte zdanlivo všemocné suché leptanie, možno sa budete čudovať, prečo ešte stále existuje mokré leptanie. Dôvod je však jednoduchý: mokré leptanie zlacňuje výrobok.
Hlavným rozdielom medzi suchým a mokrým leptaním je cena. Chemikálie používané pri mokrom leptaní nie sú také drahé a cena samotného zariadenia je údajne asi 1/10 oproti zariadeniam na suché leptanie. Okrem toho je doba spracovania krátka a je možné spracovať viacero substrátov súčasne, čím sa znižujú výrobné náklady. V dôsledku toho môžeme udržiavať nízke náklady na produkty, čo nám dáva výhodu oproti našim konkurentom. Ak požiadavky na presnosť spracovania nie sú vysoké, veľa firiem zvolí mokré leptanie pre hrubú hromadnú výrobu.
Proces leptania bol predstavený ako proces, ktorý hrá úlohu v technológii mikrovýroby. Proces leptania je zhruba rozdelený na mokré leptanie a suché leptanie. Ak je dôležitá cena, prvá je lepšia a ak sa vyžaduje mikrospracovanie pod 1 μm, druhá je lepšia. V ideálnom prípade možno postup zvoliť skôr na základe produktu, ktorý sa má vyrobiť, a nákladov, než podľa toho, ktorý z nich je lepší.
Čas odoslania: 16. apríla 2024