Trong sản xuất chất bán dẫn, có một kỹ thuật gọi là “khắc” trong quá trình xử lý chất nền hoặc một màng mỏng hình thành trên chất nền. Sự phát triển của công nghệ khắc đã góp phần hiện thực hóa lời dự đoán của người sáng lập Intel, Gordon Moore vào năm 1965 rằng “mật độ tích hợp của bóng bán dẫn sẽ tăng gấp đôi sau 1,5 đến 2 năm” (thường được gọi là “Định luật Moore”).
Khắc không phải là một quá trình “phụ gia” như lắng đọng hoặc liên kết, mà là một quá trình “trừ”. Ngoài ra, theo các phương pháp cạo khác nhau, nó được chia thành hai loại là “khắc ướt” và “khắc khô”. Nói một cách đơn giản, cái trước là phương pháp nấu chảy và cái sau là phương pháp đào.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ giải thích ngắn gọn các đặc điểm và sự khác biệt của từng công nghệ khắc, khắc ướt và khắc khô, cũng như các lĩnh vực ứng dụng mà mỗi công nghệ phù hợp.
Tổng quan về quá trình khắc
Công nghệ khắc được cho là có nguồn gốc từ châu Âu vào giữa thế kỷ 15. Khi đó, người ta đổ axit vào một tấm đồng có khắc để ăn mòn phần đồng trần, tạo thành vết khắc. Các kỹ thuật xử lý bề mặt khai thác tác động của sự ăn mòn được biết đến rộng rãi là “khắc”.
Mục đích của quá trình khắc trong sản xuất chất bán dẫn là cắt lớp nền hoặc lớp màng trên nền theo bản vẽ. Bằng cách lặp lại các bước chuẩn bị tạo màng, quang khắc và khắc, cấu trúc phẳng được xử lý thành cấu trúc ba chiều.
Sự khác biệt giữa khắc ướt và khắc khô
Sau quá trình quang khắc, chất nền tiếp xúc sẽ được khắc ướt hoặc khô trong quy trình khắc.
Khắc ướt sử dụng dung dịch để khắc và cạo đi bề mặt. Mặc dù phương pháp này có thể được xử lý nhanh chóng và rẻ tiền nhưng nhược điểm của nó là độ chính xác xử lý thấp hơn một chút. Do đó, khắc khô ra đời vào khoảng năm 1970. Khắc khô không sử dụng dung dịch mà sử dụng khí đập vào bề mặt đế để làm xước nó, đặc điểm là độ chính xác xử lý cao.
“Đẳng hướng” và “Bất đẳng hướng”
Khi giới thiệu sự khác biệt giữa khắc ướt và khắc khô, các từ thiết yếu là “đẳng hướng” và “dị hướng”. Đẳng hướng có nghĩa là các tính chất vật lý của vật chất và không gian không thay đổi theo hướng, và dị hướng có nghĩa là các tính chất vật lý của vật chất và không gian thay đổi theo hướng.
Ăn mòn đẳng hướng có nghĩa là quá trình ăn mòn tiến hành với cùng một lượng xung quanh một điểm nhất định và ăn mòn dị hướng có nghĩa là quá trình ăn mòn tiến hành theo các hướng khác nhau xung quanh một điểm nhất định. Ví dụ, trong quá trình khắc trong quá trình sản xuất chất bán dẫn, phương pháp khắc dị hướng thường được chọn sao cho chỉ cạo hướng mục tiêu, giữ nguyên các hướng khác.
Hình ảnh “Ăn mòn đẳng hướng” và “Ăn mòn dị hướng”
Khắc ướt bằng hóa chất.
Khắc ướt sử dụng phản ứng hóa học giữa hóa chất và chất nền. Với phương pháp này, việc ăn mòn dị hướng không phải là không thể nhưng khó hơn nhiều so với ăn mòn đẳng hướng. Có nhiều hạn chế đối với sự kết hợp giữa dung dịch và vật liệu, đồng thời phải kiểm soát chặt chẽ các điều kiện như nhiệt độ cơ chất, nồng độ dung dịch và lượng bổ sung.
Cho dù các điều kiện được điều chỉnh tinh vi đến đâu, quá trình khắc ướt khó đạt được khả năng xử lý tốt dưới 1 μm. Một lý do cho điều này là sự cần thiết phải kiểm soát việc khắc bên.
Undercutting là một hiện tượng còn được gọi là undercutting. Ngay cả khi người ta hy vọng rằng vật liệu sẽ chỉ bị hòa tan theo hướng thẳng đứng (hướng sâu) bằng phương pháp ăn mòn ướt, thì cũng không thể ngăn chặn hoàn toàn dung dịch va vào các mặt, do đó việc hòa tan vật liệu theo hướng song song chắc chắn sẽ tiếp tục. . Do hiện tượng này, quá trình khắc ướt ngẫu nhiên tạo ra các phần hẹp hơn chiều rộng mục tiêu. Bằng cách này, khi xử lý các sản phẩm yêu cầu kiểm soát dòng điện chính xác, độ tái lập thấp và độ chính xác không đáng tin cậy.
Ví dụ về các lỗi có thể xảy ra khi khắc ướt
Tại sao khắc khô lại phù hợp với vi cơ khí
Mô tả nghệ thuật liên quan Khắc khô thích hợp cho khắc dị hướng được sử dụng trong các quy trình sản xuất chất bán dẫn yêu cầu xử lý có độ chính xác cao. Khắc khô thường được gọi là khắc ion phản ứng (RIE), cũng có thể bao gồm ăn mòn plasma và khắc phun theo nghĩa rộng, nhưng bài viết này sẽ tập trung vào RIE.
Để giải thích tại sao phương pháp ăn mòn dị hướng lại dễ dàng hơn so với phương pháp ăn mòn khô, chúng ta hãy xem xét kỹ hơn quy trình RIE. Có thể hiểu dễ dàng bằng cách chia quá trình khắc khô và cạo bỏ lớp nền thành hai loại: “ăn mòn hóa học” và “ăn mòn vật lý”.
Khắc hóa học xảy ra trong ba bước. Đầu tiên, khí phản ứng được hấp phụ trên bề mặt. Các sản phẩm phản ứng sau đó được hình thành từ khí phản ứng và vật liệu nền, và cuối cùng các sản phẩm phản ứng được giải hấp. Trong quá trình ăn mòn vật lý tiếp theo, chất nền được ăn mòn theo chiều dọc hướng xuống dưới bằng cách áp dụng khí argon theo chiều dọc vào chất nền.
Ăn mòn hóa học xảy ra đẳng hướng, trong khi ăn mòn vật lý có thể xảy ra dị hướng bằng cách kiểm soát hướng ứng dụng khí. Do quá trình khắc vật lý này, khắc khô cho phép kiểm soát hướng khắc tốt hơn so với khắc ướt.
Khắc khô và khắc ướt cũng yêu cầu các điều kiện nghiêm ngặt tương tự như khắc ướt, nhưng nó có độ tái lập cao hơn khắc ướt và có nhiều hạng mục dễ kiểm soát hơn. Vì vậy, không còn nghi ngờ gì nữa, việc khắc khô có lợi hơn cho sản xuất công nghiệp.
Tại sao vẫn cần khắc ướt
Một khi bạn hiểu được khả năng khắc khô dường như toàn năng, bạn có thể thắc mắc tại sao kỹ thuật khắc ướt vẫn tồn tại. Tuy nhiên, lý do rất đơn giản: khắc ướt khiến sản phẩm có giá thành rẻ hơn.
Sự khác biệt chính giữa khắc khô và khắc ướt là chi phí. Các hóa chất được sử dụng trong khắc ướt không quá đắt và giá của thiết bị được cho là chỉ bằng khoảng 1/10 so với thiết bị khắc khô. Ngoài ra, thời gian xử lý ngắn và có thể xử lý nhiều chất nền cùng lúc, giúp giảm chi phí sản xuất. Kết quả là chúng tôi có thể giữ giá thành sản phẩm ở mức thấp, mang lại lợi thế cho chúng tôi so với các đối thủ cạnh tranh. Nếu yêu cầu về độ chính xác gia công không cao, nhiều công ty sẽ chọn phương pháp khắc ướt để sản xuất thô hàng loạt.
Quá trình khắc được giới thiệu như một quá trình đóng vai trò trong công nghệ chế tạo vi mô. Quá trình khắc được chia thành khắc ướt và khắc khô. Nếu chi phí là quan trọng thì cái trước sẽ tốt hơn và nếu yêu cầu xử lý vi mô dưới 1 μm thì cái sau sẽ tốt hơn. Lý tưởng nhất là có thể chọn quy trình dựa trên sản phẩm được sản xuất và chi phí, thay vì quy trình nào tốt hơn.
Thời gian đăng: 16-04-2024