Trong bài viết trước, chúng tôi đã giới thiệu quy trình quang khắc, sử dụng mặt nạ quang để chiếu các mẫu mạch được thiết kế lên bề mặt của tấm bán dẫn được phủ chất quang dẫn. Bước tiếp theo là thực hiện quá trình khắc trên tấm bán dẫn để loại bỏ vật liệu không mong muốn và chỉ giữ lại mẫu mong muốn.

Khắc: Một hình thức nghệ thuật theo đúng nghĩa của nó

Khi tham gia các lớp học nghệ thuật, bạn có thể đã tạo ra "bản in", một loại tác phẩm nghệ thuật được tạo ra bằng cách vẽ các hình dạng trên bề mặt gỗ, kim loại hoặc đá, sau đó bôi mực hoặc sơn và ấn nó lên giấy hoặc vải. Quá trình khắc chất bán dẫn chia sẻ các nguyên tắc tương tự với kỹ thuật in này.

Trong quá trình in ấn, vật liệu chống ăn mòn được áp dụng cho tấm kim loại và thiết kế mong muốn được khắc vào tấm bằng các dụng cụ sắc bén. Sau đó, tấm này được ngâm trong các vật liệu ăn mòn như axit nitric và mức độ ăn mòn được kiểm soát để tạo thành kiểu dáng mong muốn.

Tương tự, trong sản xuất chất bán dẫn, quy trình khắc sử dụng chất ăn mòn dạng lỏng hoặc khí để loại bỏ có chọn lọc các vật liệu không mong muốn cho đến khi các mẫu mạch mong muốn còn lại trên bề mặt của tấm bán dẫn. Vật liệu ở những khu vực không có chất quang dẫn sẽ được chất khắc axit loại bỏ để tạo thành các mẫu mạch trên tấm bán dẫn. Sau khi quá trình khắc hoàn tất, chất quang dẫn sẽ được loại bỏ. Các bước này cần được lặp lại nhiều lần trên các lớp khác nhau.

Khắc khô, được sử dụng trong quá trình khắc, có thể được phân thành hai loại: khắc khô và khắc ướt, tùy thuộc vào vật liệu được sử dụng. Khắc khô loại bỏ có chọn lọc các vật liệu không mong muốn bằng cách sử dụng khí phản ứng và ion, trong khi khắc ướt sử dụng dung dịch hóa học.

So với khắc ướt, khắc khô có chi phí cao hơn và phức tạp hơn. Tuy nhiên, với sự tiến bộ của công nghệ bán dẫn có kích thước nano, các mạch ngày càng trở nên phức tạp hơn. Vì vậy, khắc khô được áp dụng rộng rãi hơn và có năng suất cao hơn (tính theo tỷ lệ thành phẩm).

Khắc khô, còn được gọi là khắc plasma, được sử dụng để loại bỏ các vật liệu nền không cần thiết.
Plasma được tạo ra bằng cách bơm khí vào buồng chân không ở áp suất thấp hơn áp suất khí quyển và sau đó cung cấp năng lượng điện. Plasma là một trạng thái vật chất (tương tự như chất rắn, chất lỏng và chất khí) bao gồm một số lượng lớn các electron tự do, ion và các hạt trung tính hoặc khí bị ion hóa. Khi một chất bị ion hóa, điều đó có nghĩa là neutron hoặc phân tử đã thay đổi trạng thái tích điện bằng cách mất hoặc thu thêm electron.

Khi một từ trường đủ mạnh được tạo ra bởi năng lượng điện được áp vào chất khí, làm cho các phân tử khí va chạm và ion hóa, plasma sẽ được hình thành. Nói cách khác, các electron tự do được gia tốc bởi từ trường và các electron năng lượng cao tiếp theo va chạm với neutron hoặc phân tử, làm ion hóa chúng.

Dòng ion hóa này, được gọi là hiệu ứng tuyết lở, dẫn đến sự gia tăng theo cấp số nhân số lượng ion. Đây là cái mà chúng tôi gọi là "trạng thái plasma". Các nguyên tử gốc tự do tách khỏi trạng thái plasma này và bay hơi khỏi bề mặt tấm bán dẫn, do đó loại bỏ vật liệu bề mặt mà trước đây không được bảo vệ bởi lớp phủ quang học.

Có một số điểm cần lưu ý trong quá trình khắc khô.

Đầu tiên, tính đồng nhất. Tính đồng nhất cho thấy tính nhất quán của tốc độ ăn mòn trên toàn bộ bề mặt wafer. Nếu tốc độ ăn mòn không nhất quán ở các khu vực khác nhau của wafer thì độ sâu ăn mòn sẽ khác nhau, điều này có thể dẫn đến hỏng chip.

Thứ hai, tốc độ khắc. Điều này đề cập đến lượng vật liệu bề mặt được loại bỏ trong một thời gian nhất định. Tốc độ ăn mòn có thể thay đổi tùy thuộc vào số lượng nguyên tử và ion phản ứng, cũng như năng lượng do các ion mang theo gây ra phản ứng bề mặt xảy ra. Nói cách khác, chúng ta cần kiểm soát chặt chẽ các yếu tố này để cải thiện năng suất tổng thể.

Ngoài ra, độ chọn lọc (tỷ lệ giữa tốc độ ăn mòn của vật liệu mục tiêu và tốc độ ăn mòn của các vật liệu khác) và cấu hình ăn mòn cũng được coi là những yếu tố quan trọng trong quá trình ăn mòn khô.

Bây giờ bạn đã hiểu rõ hơn về quy trình khắc để xây dựng các mẫu mạch bán dẫn. Chất bán dẫn là hình ảnh thu nhỏ của công nghệ mạch tích hợp, được sản xuất thông qua việc lắng đọng lặp đi lặp lại các vật liệu mong muốn lên nền silicon, ứng dụng các lớp bảo vệ và khắc axit có chọn lọc các bộ phận không cần thiết. Toàn bộ quá trình được thực hiện trong các thiết bị được thiết kế có tính đến sự an toàn.

Trong bài viết tiếp theo, chúng tôi sẽ giới thiệu các quy trình lắng đọng và cấy ion, giúp truyền các đặc tính điện cho tấm bán dẫn thông qua các kỹ thuật này.