En la fabricación de semiconductores, existe una técnica llamada "grabado" durante el procesamiento de un sustrato o de una película delgada formada sobre el sustrato. El desarrollo de la tecnología de grabado ha contribuido a hacer realidad la predicción hecha por el fundador de Intel, Gordon Moore, en 1965 de que “la densidad de integración de los transistores se duplicará en 1,5 a 2 años” (comúnmente conocida como “Ley de Moore”).
El grabado no es un proceso “aditivo” como la deposición o la unión, sino un proceso “sustractivo”. Además, según los diferentes métodos de raspado, se divide en dos categorías, a saber, "grabado húmedo" y "grabado seco". En pocas palabras, el primero es un método de fusión y el segundo es un método de excavación.
En este artículo, explicaremos brevemente las características y diferencias de cada tecnología de grabado, grabado en húmedo y grabado en seco, así como las áreas de aplicación para las que cada una es adecuada.
Descripción general del proceso de grabado
Se dice que la tecnología del grabado se originó en Europa a mediados del siglo XV. En ese momento, se vertió ácido en una placa de cobre grabada para corroer el cobre desnudo, formando un huecograbado. Las técnicas de tratamiento de superficies que aprovechan los efectos de la corrosión se conocen ampliamente como "grabado".
El propósito del proceso de grabado en la fabricación de semiconductores es cortar el sustrato o la película sobre el sustrato según el dibujo. Al repetir los pasos preparatorios de formación de película, fotolitografía y grabado, la estructura plana se procesa en una estructura tridimensional.
La diferencia entre grabado húmedo y grabado seco.
Después del proceso de fotolitografía, el sustrato expuesto se graba en húmedo o en seco mediante un proceso de grabado.
El grabado húmedo utiliza una solución para grabar y raspar la superficie. Aunque este método se puede procesar de forma rápida y económica, su desventaja es que la precisión del procesamiento es ligeramente menor. Por lo tanto, el grabado en seco nació alrededor de 1970. El grabado en seco no utiliza una solución, sino que utiliza gas para golpear la superficie del sustrato y rayarlo, lo que se caracteriza por una alta precisión de procesamiento.
“Isotropía” y “Anisotropía”
Al introducir la diferencia entre grabado húmedo y grabado seco, las palabras esenciales son "isotrópico" y "anisotrópico". Isotropía significa que las propiedades físicas de la materia y el espacio no cambian con la dirección, y anisotropía significa que las propiedades físicas de la materia y el espacio varían con la dirección.
El grabado isotrópico significa que el grabado avanza en la misma cantidad alrededor de un punto determinado, y el grabado anisotrópico significa que el grabado avanza en diferentes direcciones alrededor de un punto determinado. Por ejemplo, en el grabado durante la fabricación de semiconductores, a menudo se elige el grabado anisotrópico de modo que sólo se raspe la dirección objetivo, dejando intactas las demás direcciones.
Imágenes de “Grabado isotrópico” y “Grabado anisotrópico”
Grabado húmedo con productos químicos.
El grabado húmedo utiliza una reacción química entre una sustancia química y un sustrato. Con este método, el grabado anisotrópico no es imposible, pero es mucho más difícil que el grabado isotrópico. Existen muchas restricciones sobre la combinación de soluciones y materiales, y condiciones como la temperatura del sustrato, la concentración de la solución y la cantidad agregada deben controlarse estrictamente.
No importa cuán finamente se ajusten las condiciones, es difícil lograr un procesamiento fino con grabado húmedo por debajo de 1 μm. Una razón para esto es la necesidad de controlar el grabado lateral.
La subcotización es un fenómeno también conocido como subcotización. Incluso si se espera que el material se disuelva sólo en la dirección vertical (dirección de profundidad) mediante grabado húmedo, es imposible evitar por completo que la solución golpee los lados, por lo que la disolución del material en la dirección paralela ocurrirá inevitablemente. . Debido a este fenómeno, el grabado húmedo produce aleatoriamente secciones más estrechas que el ancho objetivo. De esta manera, cuando se procesan productos que requieren un control de corriente preciso, la reproducibilidad es baja y la precisión no es confiable.
Ejemplos de posibles fallos en el grabado húmedo
Por qué el grabado en seco es adecuado para el micromecanizado
Descripción de la técnica relacionada El grabado en seco adecuado para el grabado anisotrópico se utiliza en procesos de fabricación de semiconductores que requieren un procesamiento de alta precisión. El grabado en seco a menudo se denomina grabado con iones reactivos (RIE), que también puede incluir el grabado con plasma y el grabado por pulverización catódica en un sentido amplio, pero este artículo se centrará en el RIE.
Para explicar por qué el grabado anisotrópico es más fácil con el grabado en seco, echemos un vistazo más de cerca al proceso RIE. Es fácil de entender dividiendo el proceso de grabado en seco y raspado del sustrato en dos tipos: “grabado químico” y “grabado físico”.
El grabado químico se produce en tres pasos. Primero, los gases reactivos se adsorben en la superficie. A continuación se forman productos de reacción a partir del gas de reacción y el material del sustrato y finalmente se desorben los productos de reacción. En el ataque físico posterior, el sustrato se ataca verticalmente hacia abajo aplicando gas argón verticalmente al sustrato.
El grabado químico se produce de forma isotrópica, mientras que el grabado físico puede producirse de forma anisotrópica controlando la dirección de aplicación del gas. Debido a este grabado físico, el grabado en seco permite un mayor control sobre la dirección del grabado que el grabado en húmedo.
El grabado en seco y en húmedo también requiere las mismas condiciones estrictas que el grabado en húmedo, pero tiene una mayor reproducibilidad que el grabado en húmedo y tiene muchos elementos más fáciles de controlar. Por tanto, no hay duda de que el grabado en seco es más propicio para la producción industrial.
Por qué sigue siendo necesario el grabado húmedo
Una vez que entiendas el aparentemente omnipotente grabado en seco, te preguntarás por qué todavía existe el grabado en húmedo. Sin embargo, la razón es simple: el grabado húmedo abarata el producto.
La principal diferencia entre el grabado en seco y el grabado en húmedo es el costo. Los productos químicos utilizados en el grabado húmedo no son tan caros y se dice que el precio del equipo en sí es aproximadamente una décima parte del precio del equipo de grabado seco. Además, el tiempo de procesamiento es corto y se pueden procesar múltiples sustratos al mismo tiempo, lo que reduce los costos de producción. Como resultado, podemos mantener bajos los costos de los productos, lo que nos da una ventaja sobre nuestros competidores. Si los requisitos de precisión del procesamiento no son altos, muchas empresas optarán por el grabado en húmedo para la producción en masa en bruto.
El proceso de grabado se introdujo como un proceso que desempeña un papel en la tecnología de microfabricación. El proceso de grabado se divide a grandes rasgos en grabado húmedo y grabado seco. Si el costo es importante, lo primero es mejor, y si se requiere un microprocesamiento por debajo de 1 μm, lo segundo es mejor. Idealmente, se puede elegir un proceso en función del producto que se va a producir y del coste, en lugar de cuál es mejor.
Hora de publicación: 16 de abril de 2024