Gailu erdieroaleen fabrikazio-prozesu osoa ulertzea

1. Fotolitografia 

Fotolitografia, askotan patroiaren sorreraren sinonimoa, erdieroaleen teknologiaren aurrerapen bizkorren bultzatzailerik kritikoenetako bat da, inprimaketan argazki plakak egiteko prozesuetatik sortua. Teknika honek edozein eredu aurkeztea ahalbidetzen du mikro- edo nano-eskala erabiliz. photoresist, eta beste prozesu-teknologiekin konbinatuta, eredu horiek materialetara transferitzen ditu, material erdieroaleen eta gailuen hainbat diseinu eta kontzeptu gauzatuz. Fotolitografian erabiltzen den argi-iturburuak zuzenean eragiten du ereduen zehaztasunean, ultramoretik, ultramore sakonetik, X izpietatik eta elektroi-izpietaraino, bakoitza aipatutako ordenan ereduen fideltasun-maila gero eta handiagoari dagozkionak.

Fotolitografia-prozesuaren fluxu estandarrak gainazalaren prestaketa, atxikimendua, labe leuna, esposizioa, esposizio osteko labea, garapena, labe gogorra eta ikuskapena barne hartzen ditu.

Gainazalaren tratamendua ezinbestekoa da substratuek normalean airetik H2O molekulak xurgatzen dituztelako, eta hori kaltegarria da fotolitografiarentzat. Hori dela eta, substratuek hasieran deshidratazio-prozesamendua jasaten dute gozogintzaren bidez.

Substratu hidrofiloetarako, fotoresist hidrofobikoarekin duten atxikimendua ez da nahikoa, eta potentzialki fotorresist urruntzea edo eredu desegokia eragin dezake, beraz, atxikimendu-sustatzaile baten beharra. Gaur egun, hexametil disilazane (HMDS) eta tri-metil-silil-dietil-amina (TMSDEA) oso erabiliak dira atxikimendu-hobetzaileak.

Gainazaleko tratamenduaren ondoren, fotoresistaren aplikazioa hasten da. Aplikaturiko foto-erresistentziaren lodiera biskositatearekin ez ezik, spin-estaldura-abiadurak ere eragiten du, oro har, spin-abiaduraren erro karratuaren alderantziz proportzionala. Estalduraren ondoren, labe leun bat egiten da foto-erresistentziako disolbatzailea lurruntzeko, aurrebake deritzon prozesu batean atxikimendua hobetuz.

Urrats hauek amaitutakoan, esposizioa egiten da. Fotorresistenteak positibo edo negatibo gisa sailkatzen dira, esposizioaren ondoren aurkako propietateekin.

Hartu fotorresistentzia positiboa adibide gisa, non esposiziorik gabeko fotorresistentea disolbaezina den garatzailean, baina esposizioaren ondoren disolbagarri bihurtzen den. Esposizioan zehar, argi-iturria, ereduzko maskara batetik igaroz, estalitako substratua argitzen du, fotorresistentea modelizatuz. Normalean, esposizioa baino lehen substratua maskararekin lerrokatu behar da esposizio-posizioa zehatz-mehatz kontrolatzeko. Esposizioaren iraupena zorrotz kudeatu behar da ereduen distortsioa saihesteko. Esposizioaren osteko, gozogintza gehigarria behar izan daiteke uhin geldikorreko efektuak arintzeko, nahiz eta urrats hau aukerakoa den eta garapen zuzenaren alde saihestu daitekeen. Garapenak agerian uzten duen foto-erresistentzia disolbatzen du, maskara-eredua foto-erresistentzia geruzara zehaztasunez transferituz. Garapen-denbora ere kritikoa da: laburregiak garapen osatugabea dakar, luzeegiak ereduen distortsioa eragiten du.

Ondoren, gozogintza gogorrak foto-erresistentzia-filmaren atxikimendua indartzen du substratuarekin eta haren erresistentzia hobetzen du. Labeketa gogorraren tenperatura, oro har, labea baino apur bat handiagoa da.

Azkenik, ikuskapen mikroskopikoak eredua itxaropenekin bat datorren egiaztatzen du. Eredua beste prozesu batzuen bidez materialari transferitu ondoren, fotorresistenteak bere helburua bete du eta kendu egin behar da. Erauzketa-metodoak hezea (azetona bezalako disolbatzaile organiko indartsuak erabiliz) eta lehorra (oxigeno plasma erabiliz filma grabatzeko).

2. Dopin-teknikak 

Dopina ezinbestekoa da erdieroaleen teknologian, material erdieroaleen propietate elektrikoak behar bezala aldatuz. Dopin-metodo arrunten artean difusio termikoa eta ioien inplantazioa daude.

(1) Ioien inplantazioa 

Ioien ezarpenak substratu erdieroalea dopatzen du, energia handiko ioiekin bonbardatuz. Difusio termikoarekin alderatuta, abantaila asko ditu. Masa analizatzaile batek hautatutako ioiek dopinaren garbitasun handia bermatzen dute. Inplantazioan zehar, substratua giro-tenperaturan edo pixka bat gorago geratzen da. Maskara-film asko erabil daitezke, hala nola, silizio dioxidoa (SiO2), silizio nitruroa (Si3N4) eta fotorresistentzia, malgutasun handia emanez auto-lerrotutako maskara teknikekin. Inplanteen dosiak zehatz-mehatz kontrolatzen dira, eta inplantatutako ezpurutasun ioien banaketa uniformea ​​da plano berean, eta ondorioz errepikakortasun handia da.

Inplantazio-sakonera ioien energiaren arabera zehazten da. Energia eta dosia erregulatuz, ezpurutasun ioien banaketa manipulatu daiteke substratuaren ondorengo inplantazioan. Hainbat eskema dituzten inplantazio anitzak etengabe egin daitezke ezpurutasun-profil desberdinak lortzeko. Nabarmentzekoa, kristal bakarreko substratuetan, inplantazio-norabidea norabide kristalografikoarekiko paraleloa bada, kanalizazio-efektuak gertatzen dira: ioi batzuk kanaletan zehar ibiliko dira, sakoneraren kontrola zaila bihurtuz.

Kanalizazioa saihesteko, inplantazioa normalean kristal bakarreko substratuaren ardatz nagusiarekiko 7° inguruko angeluarekin egiten da edo substratua geruza amorfo batekin estaliz.

Hala ere, ioien ezarpenak substratuaren kristal-egitura nabarmen kaltetu dezake. Energia handiko ioiek, talka egitean, energia transferitzen dute substratuko nukleoetara eta elektroietara, saretik irten eta hutsune interstizialeko akatsen bikoteak eratuz. Kasu larrietan, zenbait eskualdetako kristal-egitura suntsitu daiteke, zona amorfoak sortuz.

Sarearen kalteek asko eragiten dute material erdieroalearen propietate elektrikoetan, hala nola garraiolarien mugikortasuna edo orekarik gabeko eramaileen bizitza murriztea. Garrantzitsuena, inplantatutako ezpurutasun gehienek gune interstizial irregularrak okupatzen dituzte, doping eraginkorra osatu gabe. Hori dela eta, inplantazio osteko sarearen kalteen konponketa eta ezpurutasunen aktibazio elektrikoa ezinbestekoak dira.

(2)Prozesamendu termiko azkarra (RTP)

 Errezifratze termikoa ioien ezarpenak eta elektrikoki aktibatzen diren ezpurutasunak eragindako sarearen kalteak zuzentzeko metodorik eraginkorrena da. Tenperatura altuetan, substratuaren kristal-sareko interstizial-hutsuneko akatsen bikoteak birkonbinatu eta desagertu egingo dira; eskualde amorfoak ere kristal bakarreko eremuen mugatik berkristalizatuko dira fase solidoko epitaxiaren bidez. Substratuaren materiala tenperatura altuetan oxida ez dadin, errezistu termikoa hutsean edo gas geldoen atmosferan egin behar da. Errekuzitu tradizionalak denbora luzea hartzen du eta difusioaren ondorioz ezpurutasunen birbanaketa garrantzitsua eragin dezake.

-ren etorreraRTP teknologiaarazo honi aurre egiten dio, neurri handi batean sarearen kalteen konponketa eta ezpurutasunen aktibazioa lortuz annealing iraupen laburtu batean.

Bero iturriaren arabera,RTPhainbat motatan sailkatuta dago: elektroi-sorta eskaneatzea, pultsatuko elektroi- eta ioi-izpiak, pultsatuko laserrak, uhin etengabeko laserrak eta banda zabaleko argi-iturri inkoherenteak (lanpara halogenoak, grafitozko berogailuak, arku-lanparak), azken hauek gehien erabiltzen direnak. Iturri hauek substratua behar den tenperaturara berotu dezakete instant batean, denbora laburrean errekostea osatuz eta ezpurutasunen difusioa eraginkortasunez murriztuz.

3. Filma ipintzeko teknikak

(1) Plasma-hobetutako lurrun kimikoen deposizioa (PECVD)

PECVD filmaren metaketa egiteko Chemical Vapor Deposition (CVD) teknika bat da, eta beste biak Atmospheric Pressure CVD (APCVD) eta Low Pressure CVD (LPCVD) dira.

Gaur egun, PECVD da hiru moten artean gehien aplikatzen dena. Irrati-maiztasuneko (RF) plasma erabiltzen du tenperatura baxu samarretan erreakzio kimikoak abiarazteko eta mantentzeko, eta, beraz, tenperatura baxuko filmaren deposizioa errazten du deposizio-tasa handiekin. Bere ekipamenduaren eskema ilustratua da. 

Metodo honen bidez ekoitzitako filmek atxikimendu eta propietate elektriko apartak, mikroporositate minimoa, uniformitate handia eta eskala txikiko betetzeko gaitasun sendoak erakusten dituzte. PECVD deposizioaren kalitatean eragiten duten faktoreak substratuaren tenperatura, gas-emaria, presioa, RF potentzia eta maiztasuna dira.

(2) Sputtering 

Sputtering lurrun-jadapen fisikoa (PVD) metodo bat da. Kargatutako ioiak (argon ioiak, Ar+ normalean) eremu elektriko batean bizkortzen dira, energia zinetikoa irabazten dute. Xede-materialera zuzentzen dira, xede-molekularekin talka egiten dute eta haiek askatu eta urrundu egiten dira. Molekula hauek energia zinetiko esanguratsua dute eta substraturantz mugitzen dira, haren gainean metatuz.

Normalean sputtering energia iturriak korronte zuzena (DC) eta irrati-maiztasuna (RF) dira, non DC sputtering metalak bezalako material eroaleei zuzenean aplikatzekoa den, material isolatzaileek RF sputtering behar duten bitartean filma ipintzeko.

Conventional sputtering suffers from low deposition rates and high working pressures, resulting in lower film quality. Magnetron sputtering addresses these issues more ideally. It employs an external magnetic field to alter the ions’ linear trajectory to a helical path around the magnetic field direction, lengthening their path and improving collision efficiency with target molecules, thereby enhancing sputtering efficiency. This results in increased deposition rates, reduced working pressures, and significantly improved film quality.

4. Aguafortea Teknikak

Aguafortea modu lehor eta hezeetan sailkatzen da, hurrenez hurren soluzio espezifikoen erabileragatik (edo faltagatik) izendatuta.

Normalean, grabaketak maskara geruza bat prestatzea eskatzen du (zuzenean fotorresistentzia izan daitekeena) grabatzeko pentsatu gabeko eskualdeak babesteko.

(1) Aguaforte lehorra

Aguaforte lehorreko ohiko motak daudeInduktiboki Akoplatutako Plasma (ICP) grabaketa, Ion Beam Etching (IBE) eta Reactive Ion Etching (RIE).

ICP grabatuan, distira-deskargak ekoitzitako plasmak erradikal aske oso aktibo ugari ditu (atomo askeak, molekulak edo talde atomikoak), xede-materialarekin kimikoki erreakzionatzen dutenak produktu lurrunkorrak sortzeko, eta horrela grabatua lortzen dute.

IBEk energia handiko ioiak erabiltzen ditu (gas geldoetatik ionizatuak) xede-materialaren gainazala zuzenean bonbardatzeko grabatzeko, prozesu fisiko bat irudikatuz.

RIE aurreko bien konbinaziotzat hartzen da, IBEn erabiltzen den gas geldoa ICP grabatuan erabiltzen den gasarekin ordezkatuz, eta horrela RIE eratuz.

Grabaketa lehorrerako, grabaketa bertikalak alboko abiadura askoz gainditzen du, hau da, aspektu-erlazio handia du, maskara ereduaren erreplika zehatza ahalbidetzen duena. Hala ere, lehorreko grabaketak maskara-geruza ere grabatzen du, selektibitate eskasagoa erakutsiz (helburuko materialaren grabazio-tasa maskara-geruzaren arteko erlazioa), batez ere IBEarekin, materialaren gainazalean modu ez-selektiboan grabatu daitekeena.

(2) Aguaforte hezea 

Aguaforte hezea xede-materiala harekin kimikoki erreakzionatzen duen disoluzio batean (grabatzailea) murgiltzean lortzen den grabaketa-metodoa adierazten du.

Aguaforte-metodo hau sinplea, errentagarria da eta selektibitate ona erakusten du baina aspektu-erlazio baxua du. Maskararen ertzen azpian dagoen materiala herdoildu egin daiteke, grabaketa lehorra baino zehatzagoa izan dadin. Aspektu-erlazio baxuaren eragin negatiboak arintzeko, grabaketa-tasa egokiak aukeratu behar dira. Agrabazio-abiaduran eragina duten faktoreak honako hauek dira: akuaforte-kontzentrazioa, grabatze-denbora eta agrabatzeko tenperatura.**