Leptání (také někdy označovaný jeho anglický název, leptání ) je postup používaný ve microfabrication , který zahrnuje odstranění jedné nebo více vrstev materiálu k povrchu plátku . Leptání je kritickým a nesmírně důležitým krokem při výrobě mikroelektronických prvků , přičemž každá destička je schopna podstoupit řadu leptacích kroků.
Pro každý krok leptání je část destičky chráněna před leptáním ochrannou vrstvou, která tomuto leptání odolává. Prostřednictvím této ochranné vrstvy, která má tvar obrazu, který si přejete tisknout na substrát, bude materiál vyrytý.
Ochrannou vrstvou je většinou fotocitlivá pryskyřice („fotorezist“ z anglického fotorezistu , také zřídka nazývaná „fotorezist“), která byla nanesena pomocí technik používaných ve fotolitografii .
Konkrétně je po nanesení pryskyřice odstředivým potahem ( odstřeďovací potah ) fotocitlivá pryskyřice vystavena maskou (která představuje vzor, který se má leptat na substrát) světelnému záření ( obvykle ultrafialovému záření , které umožňuje sestup do nejlepší případ v měřítku 45 nm , rentgenové záření v menším měřítku).
Toto vystavení světelnému záření mění chemickou povahu pryskyřice, čímž je rozpustná („pozitivní“ pryskyřice) nebo nerozpustná („negativní“ pryskyřice) ve vývojce.
Jakmile je expozice dokončena, je substrát ponořen do kapaliny, vývojky, která rozpustí oblasti, které byly vystaveny (pozitivní litografie) nebo neexponované (negativní litografie), přičemž oblasti substrátu zůstávají nechráněné, a proto citlivé na gravírování. .
Je to víceméně stejný princip jako fotolitografie. Tentokrát jsou oblasti, kde je odstraněna ochranná vrstva, přímo „taženy“ elektronovým paprskem aplikovaným na povrch.
V ostatních případech to může být odolnější a odolnější maska, jako je nitrid křemíku. V tomto případě je maska přímo aplikována na destičku.
Existuje několik typů gravírování, z nichž každý má své specifické vlastnosti - výhody a nevýhody. Různé typy rytin lze rozdělit do dvou hlavních skupin: „ chemické “ rytiny a „ fyzické “ rytiny .
Technika chemického leptání je hlavní technikou zvanou „mokré leptání“ ( chemické mokré leptání ). Substrát (částečně chráněný) je ponořen do roztoku, který chemicky napadne povrch nechráněné oplatky . Je to obecně kyselina : kyselina fluorovodíková pro křemíkový substrát (jediná schopná reagovat s vrstvou oxidu křemičitého, která se přirozeně vytváří na povrchu křemíku), kyselina chlorovodíková pro arsenidový substrát křemíku . Gallium ( chloridový iont silně reaguje s gallium) nebo slabší, jako je kyselina citronová .
Tato technika má několik výhod:
Na druhou stranu to má hlavní nevýhodu: toto leptání je vysoce izotropní , to znamená, že kyselina bude napadat substrát ve všech směrech, což má téměř polokulovitý leptající profil.
Tato izotropie způsobuje problémy ve velmi malém měřítku (<50 nm): pokud jsou leptané oblasti příliš blízko u sebe, je běžné, že leptány jsou nejen tyto oblasti, ale také intersticiální prostory, které by neměly.
K překonání tohoto problému byly vyvinuty fyzické (nebo suché ) rytiny . Je to v podstatě založeno na bombardování povrchu, který má být leptán ionty , tyto ionty obecně pocházejí z plazmy .
Plazmové leptáníSubstrát (částečně chráněný) je umístěn v komoře, kde vytvoříme vakuum. Tato komora je opatřena dvěma vodorovnými a rovnoběžnými elektrodami, přičemž spodní elektroda slouží jako deska pro substrát. Jakmile je v komoře vytvořeno vakuum, zavádí se plyn: dioxygen (O 2 ), Argon (Ar), pak se na spodní elektrodu aplikuje silné elektrické pole (sto nebo více voltů na metr) v rádiové frekvenci, generování plazmy v komoře, to znamená částečně ionizovaného plynu (některé elektrony molekul plynu byly odtrženy elektrickým polem a ionizovaly je). Substrát poté podstoupí iontové bombardování, které jej rozloží.
Výhodou této techniky je silná anizotropie leptání: hranice mezi leptanými a neleptanými oblastmi bude po většinu času přímočará a svislá.
Má však mnoho nevýhod:
Reaktivní iontové leptání (často označované pod zkratkou EIZ pro reaktivní iontové leptání ) je technika, odvozený od plazmové leptání. Jedná se také o vysoce fyzikální leptací techniku (plazmové leptání), ke které se přidává suché chemické leptání.
Konkrétně je implementace podobná plazmovému leptání, přinejmenším pro jeho nejjednodušší formu (systém s paralelními deskami): v komoře vybavené dvěma elektrodami se vytvoří vakuum, poté se vstřikuje plyn, který bude ionizován a bombarduje povrch substrátu . K tomuto relativně inertnímu plynu (chemicky) se však přidává vysoce reaktivní plyn: obecně derivát fluoru ( hexafluorid síry (SF 6 ), tetrafluorid uhlíku (CF 4 ) atd.) Pro silikonové substráty nebo chlor pro substráty gália arsenide ( chlorid boritý (BCL 3 ), chloru (Cl 2 ), chlorid křemičitý (SiCl 4 ), ...).
Tento ionizovaný reaktivní plyn bude transportován do substrátu (rozdílem potenciálů v komoře vytvořené samostatně v systému s paralelními deskami, dalším elektrickým polem v triodovém systému nebo dokonce magnetickým polem v systému hořáku . Plazma ) a chemicky reagovat s jeho povrchem, za vzniku těkavé sloučeniny.
Tato technika tedy přidává výhody fyzického leptání (anizotropie) a chemického leptání (vyšší rychlost leptání než plazmové leptání, forma selektivity), ale zůstává obtížně implementovatelná, zejména v průmyslu.
Níže uvedená tabulka uvádí druhy nebo chemické látky používané pro chemické leptání (mokré chemické leptání a leptání reaktivních iontů).
| Materiál, který se má gravírovat | Mokré leptání | RIE |
|---|---|---|
|
Hliník (Al) |
|
|
|
Gallium arsenid (GaAs) |
|
|
|
Oxid india a cínu [ITO] (v 2 O 3 : SnO 2 ) |
|
|
|
Chrom (Cr) |
|
|
|
Molybden (Mo) |
||
| Zlato (Au) | Lučavka královská | |
| Platina (Pt) | Lučavka královská | |
|
Organické zbytky a zbytky fotorezistu |
|
|
|
Křemík (Si) |
|
|
|
Oxid křemičitý (SiO 2 ) |
|
|
|
Nitrid křemíku (Si 3 N 4 ) |
(poznámka: vyžaduje masku SiO 2 ) |
|
|
Tantal (ta) |
||
|
Titan (Ti) |
HF | |
| Nitrid titanu (TiN) |
|
|
|
Wolfram (W) |
Technologie gravírování jsou rozhodující pro miniaturizaci elektronických součástek. V roce 2000 mělo Pentium 4 jemnost gravírování 0,18 mikronu. V roce 2017 se jemnost točí kolem 10 nm a pro 2020 se předpokládají 4 nm.