Микротехнология

Микротехноло́гия— процесс изготовления структур, характерный масштаб которых —микронили менее. Исторически процессы микротехнологии использовались для производстваинтегральных схем(см.Технологический процесс в электронной промышленности). В последние два десятилетия область применения этой группы методов расширилась за счётмикроэлектромеханических систем(МЭМС),аналитических микросистем, производстважёстких дисков,ЖК дисплеев,солнечных панелей.
Миниатюризация различных устройств требует привлечения различных областей науки и техники:физики,химии,материаловедения,информатики,вакуумной техники,гальваники. Основные процессы микротехнологии:
Микротехнология применяется для производства:
Микротехнология включает в себя различные процессы, производимые в определённой последовательности. Некоторые технологические приёмы имеют очень давнюю историю, напримерлитографияилитравление.Полированиебыло позаимствовано из производстваоптических стёкол.Электрохимическое осаждениеи вакуумная технология берут своё начало в работах XIX века.
Изготовление микроустройства представляет собой, как правило, чередование операций нанесения тонких слоёв и травления. Таким образом, устройство представляет собой «стопку» двухмерных структур из разных материалов. Также используются различные операции модификации поверхности: отжиг,легирование,окисление,восстановлениеи другие. Основополагающий принцип — одновременное изготовление сразу большого количества устройств, как правило, размещённых на одной подложке и разделяемых только на финальной стадии производства.
Микроэлектронные устройства и схемы формируются обычно на относительно толстойподложке. В электронике применяют подложки изкремнияиарсенида галлия. Для МЭМС, оптических устройств, дисплеев часто применяются кварц и стекло. Подложка позволят упростить обращение с микроэлектронным устройством в течение цикла производства. Как правило на одной подложке размещаются сотни и тысячи одновременно изготавливаемых устройств, которые разделяются в конце производства.
Устройства, производимые по микроэлектронной технологии обычно состоят из одного или нескольких тонких функциональных слоёв. Типы этих слоёв зависит от назначения устройства. Микроэлектронные устройства имеют в своём составе слои проводящие, изолирующие или полупроводниковые. Оптические устройства могут содержать отражающие, прозрачные, светопроводящие или рассеивающие слои. Они могут также играть химическую или механическую роль, например для МЭМС приложений или «лабораторий на чипе». Слои получаются методами осаждениятонких плёнок, включающих в себя:
Как правило, нужно сформировать на подложке различные структуры или сквозные отверстия в слое. Эти структуры имеют микронные или нанометровые размеры и способы их формирования определяют возможности технологии. Для их формирования при помощифотолитографиисоздают маску, защищающую от действия травителя те участки, которые должны быть оставлены.
Травление — это процесс удаления части слоя или подложки. Подложка подвергается воздействию травящего агента (кислота, химическиактивнаяплазма, ионный пучок), который физически или химически разрушает поверхность, удаляя материал.
Производство по микротехнологии производится вчистых помещениях, в которых воздух очищается от взвешенных частиц пыли, и производится строгий контроль температуры и влажности. Также принимаются меры для снижения вибраций и электромагнитных помех. Дым, пыль, микроорганизмы и клетки живых организмов имеют микронные размеры и их попадание на подложку сделает изготавливаемый прибор неработоспособным.
Чистые помещения обеспечивают пассивную чистоту, но несмотря на это, загрязнение поверхности подложек может происходить различными путями: частицы пластика из межоперационной тары, следы материалов от предыдущих этапов обработки. Поэтому производят также и активную очистку подложек различными методами. Органические загрязнения и частицы пыли удаляют в перекисно-аммиачном или перекисно-кислотном растворах (например, раствор «пиранья» H2SO4+H2O2), процесс RCA-2 в перекисно-кислотном растворе удаляет металлические загрязнения. Травлением в растворе плавиковой кислоты удаляют базовый оксид с поверхности кремния. Также широко используются «сухие» методы очистки, включающие обработку в плазмеаргонаиликислородадля удаления нежелательных слоёв с поверхности, а такжеводородныйотжиг при высоких температурах для удаления базовогооксидаперед эпитаксией.Окисление, как и вообще все высокотемпературные процессы очень чувствительны к загрязнению, и этапы очистки в обязательном порядке должны им предшествовать.
В некоторых бракованныхчипах, где не удалось устранить все неполадки, приходится преднамеренно отключать отдельные фрагменты микросхемы, например одно или дваядра, или снижать проектнуютактовую частоту. В этом случае такие процессоры могут получать дополнительные обозначения, расширяя ассортимент продукции моделями, продаваемыми по более низкой цене.