Dans la fabrication de semi-conducteurs, il existe une technique appelée « gravure » lors du traitement d'un substrat ou d'un film mince formé sur le substrat. Le développement de la technologie de gravure a joué un rôle dans la réalisation de la prédiction faite par le fondateur d'Intel, Gordon Moore, en 1965, selon laquelle « la densité d'intégration des transistors doublerait en 1,5 à 2 ans » (communément connue sous le nom de « loi de Moore »).
La gravure n'est pas un processus « additif » comme le dépôt ou le collage, mais un processus « soustractif ». De plus, selon les différentes méthodes de grattage, elle se divise en deux catégories, à savoir « gravure humide » et « gravure sèche ». Pour faire simple, la première est une méthode de fusion et la seconde est une méthode de creusement.
Dans cet article, nous expliquerons brièvement les caractéristiques et les différences de chaque technologie de gravure, gravure humide et gravure sèche, ainsi que les domaines d'application pour lesquels chacune est adaptée.
Aperçu du processus de gravure
La technologie de la gravure serait née en Europe au milieu du XVe siècle. À cette époque, de l’acide était versé dans une plaque de cuivre gravée pour corroder le cuivre nu, formant ainsi une intaille. Les techniques de traitement de surface qui exploitent les effets de la corrosion sont largement connues sous le nom de « gravure ».
Le but du processus de gravure dans la fabrication de semi-conducteurs est de découper le substrat ou le film sur le substrat selon le dessin. En répétant les étapes préparatoires de formation du film, de photolithographie et de gravure, la structure planaire est transformée en une structure tridimensionnelle.
La différence entre la gravure humide et la gravure sèche
Après le processus de photolithographie, le substrat exposé est gravé à sec ou humide dans un processus de gravure.
La gravure humide utilise une solution pour graver et gratter la surface. Bien que cette méthode puisse être traitée rapidement et à moindre coût, son inconvénient est que la précision du traitement est légèrement inférieure. Par conséquent, la gravure sèche est née vers 1970. La gravure sèche n'utilise pas de solution, mais utilise du gaz pour frapper la surface du substrat afin de la rayer, ce qui se caractérise par une grande précision de traitement.
« Isotropie » et « Anisotropie »
Lors de l'introduction de la différence entre la gravure humide et la gravure sèche, les mots essentiels sont « isotrope » et « anisotrope ». L'isotropie signifie que les propriétés physiques de la matière et de l'espace ne changent pas avec la direction, et l'anisotropie signifie que les propriétés physiques de la matière et de l'espace varient avec la direction.
La gravure isotrope signifie que la gravure se déroule de la même manière autour d'un certain point, et la gravure anisotrope signifie que la gravure se déroule dans des directions différentes autour d'un certain point. Par exemple, lors de la gravure lors de la fabrication de semi-conducteurs, la gravure anisotrope est souvent choisie de manière à ce que seule la direction cible soit grattée, laissant les autres directions intactes.
Images de « Gravure isotrope » et « Gravure anisotrope »
Gravure humide à l'aide de produits chimiques.
La gravure humide utilise une réaction chimique entre un produit chimique et un substrat. Avec cette méthode, la gravure anisotrope n'est pas impossible, mais elle est beaucoup plus difficile que la gravure isotrope. Il existe de nombreuses restrictions sur la combinaison de solutions et de matériaux, et des conditions telles que la température du substrat, la concentration de la solution et la quantité ajoutée doivent être strictement contrôlées.
Quelle que soit la précision avec laquelle les conditions sont ajustées, la gravure humide est difficile à réaliser un traitement fin en dessous de 1 μm. Une des raisons en est la nécessité de contrôler la gravure latérale.
La sous-cotation est un phénomène également connu sous le nom de sous-cotation. Même si l'on espère que le matériau sera dissous uniquement dans le sens vertical (sens de la profondeur) par gravure humide, il est impossible d'empêcher complètement la solution de heurter les côtés, de sorte que la dissolution du matériau dans le sens parallèle se poursuivra inévitablement. . En raison de ce phénomène, la gravure humide produit de manière aléatoire des sections plus étroites que la largeur cible. De cette manière, lors du traitement de produits nécessitant un contrôle précis du courant, la reproductibilité est faible et la précision n'est pas fiable.
Exemples d'échecs possibles en gravure humide
Pourquoi la gravure sèche convient au micro-usinage
Description de l'art connexe Une gravure sèche adaptée à une gravure anisotrope est utilisée dans des processus de fabrication de semi-conducteurs qui nécessitent un traitement de haute précision. La gravure sèche est souvent appelée gravure ionique réactive (RIE), qui peut également inclure la gravure au plasma et la gravure par pulvérisation cathodique au sens large, mais cet article se concentrera sur la RIE.
Pour expliquer pourquoi la gravure anisotrope est plus facile avec la gravure sèche, examinons de plus près le processus RIE. Il est facile de comprendre en divisant le processus de gravure sèche et de grattage du substrat en deux types : « gravure chimique » et « gravure physique ».
La gravure chimique se déroule en trois étapes. Premièrement, les gaz réactifs sont adsorbés à la surface. Des produits de réaction sont ensuite formés à partir du gaz de réaction et du matériau de substrat, et finalement les produits de réaction sont désorbés. Lors de la gravure physique ultérieure, le substrat est gravé verticalement vers le bas en appliquant de l'argon gazeux verticalement sur le substrat.
La gravure chimique se produit de manière isotrope, tandis que la gravure physique peut se produire de manière anisotrope en contrôlant la direction d'application du gaz. En raison de cette gravure physique, la gravure sèche permet un meilleur contrôle sur la direction de gravure que la gravure humide.
La gravure sèche et humide nécessite également les mêmes conditions strictes que la gravure humide, mais elle a une reproductibilité plus élevée que la gravure humide et comporte de nombreux éléments plus faciles à contrôler. Il ne fait donc aucun doute que la gravure sèche est plus propice à la production industrielle.
Pourquoi la gravure humide est toujours nécessaire
Une fois que vous aurez compris la gravure sèche apparemment omnipotente, vous vous demanderez peut-être pourquoi la gravure humide existe encore. Cependant, la raison est simple : la gravure humide rend le produit moins cher.
La principale différence entre la gravure sèche et la gravure humide est le coût. Les produits chimiques utilisés dans la gravure humide ne sont pas si chers et le prix de l'équipement lui-même est estimé à environ 1/10 de celui de l'équipement de gravure sèche. De plus, le temps de traitement est court et plusieurs substrats peuvent être traités en même temps, réduisant ainsi les coûts de production. En conséquence, nous pouvons maintenir les coûts des produits à un niveau bas, ce qui nous donne un avantage sur nos concurrents. Si les exigences en matière de précision de traitement ne sont pas élevées, de nombreuses entreprises choisiront la gravure humide pour la production de masse brute.
Le processus de gravure a été introduit comme un processus jouant un rôle dans la technologie de microfabrication. Le processus de gravure est grossièrement divisé en gravure humide et gravure sèche. Si le coût est important, le premier est meilleur, et si un microtraitement inférieur à 1 μm est requis, le second est meilleur. Idéalement, un processus peut être choisi en fonction du produit à fabriquer et de son coût, plutôt que du meilleur.
Heure de publication : 16 avril 2024