Fotolitografia
A litografia no contexto SMEM é geralmente a transferência de um padrão para um material fotossensível por exposição seletiva a uma fonte de radiação, como a luz. Um material fotossensível é aquele que sofre alterações em suas propriedades físicas quando exposto a uma fonte de radiação. Ao expor seletivamente um material fotossensível à radiação (por exemplo, mascarando certas partes para evitar ser atingido pela radiação), a radiação atinge apenas o material exposto, resultando em propriedades diferentes das regiões expostas e não expostas.
A região exposta pode então ser removida ou tratada proporcionando uma máscara para o substrato subjacente. A fotolitografia é geralmente usada com deposição de metal ou outro filme fino, em processos de gravação a seco ou úmido.
Gravura úmida
O ataque químico úmido consiste na remoção seletiva de material pela imersão de um substrato em uma solução que pode dissolvê-lo. A natureza química deste processo proporciona boa seletividade, o que significa que a taxa de corrosão do material exposto é consideravelmente maior do que a do material da máscara, se cuidadosamente selecionado.
Alguns materiais monocristalinos, como o silício, possuem diferentes taxas de corrosão dependendo da orientação cristalográfica do substrato. Isso é conhecido como gravação anisotrópica e é um dos processos mais comuns na gravação de silício em KOH (hidróxido de potássio), onde os planos <111> do silício são gravados aproximadamente 100 vezes mais lentamente que outros planos (orientações cristalográficas). Portanto, gravar um furo retangular em um wafer de silício (100) resulta na gravação de fendas em forma de pirâmide com paredes angulares de 54,7°, em vez de um furo com paredes curvas, como pode ser o caso da gravação isotrópica, onde os processos de gravação progridem na mesma taxa em todas as direções. Furos longos e estreitos em uma máscara produzirão ranhuras no silício. A superfície destas ranhuras pode ser suavizada automaticamente se a gravação for realizada corretamente, sendo as dimensões e ângulos extremamente precisos.
A gravação eletroquímica (ECE) para remoção seletiva de dopantes do silício é um método comum para automatizar e controlar seletivamente a gravação. Um diodo de junção pn ativo é necessário e qualquer tipo de dopante pode atuar como um material resistente à corrosão. O boro é o dopante anti-corrosão mais comum. Em combinação com a gravação úmida anisotrópica descrita acima, o ECE é usado para controlar a espessura do diafragma de silício em sensores de pressão de silício piezo-resistivos. Regiões dopadas seletivamente podem ser criadas por implantação, difusão ou deposição epitaxial de silício.
Na gravação iônica reativa (RIE), o substrato é colocado dentro de um reator no qual vários gases são introduzidos. O plasma é pulsado na mistura gasosa usando uma fonte de energia de radiofrequência, quebrando as moléculas do gás em íons. Os íons são acelerados e reagem com a superfície do material que está sendo gravado, formando outro material gasoso. Isso é conhecido como a parte química da gravação iônica reativa. Há também uma parte física de natureza semelhante ao processo de deposição por pulverização. Se os íons possuírem energia alta o suficiente, eles podem impactar átomos fora do material para serem gravados sem uma reação química. É uma tarefa muito complexa desenvolver processos de ataque a seco que equilibrem o ataque químico e físico, pois há muitos parâmetros a serem ajustados. Ao alterar o equilíbrio é possível influenciar a anisotropia do ataque, pois a parte química é isotrópica e a parte física altamente anisotrópica, a combinação pode formar paredes laterais, que possuem formatos desde arredondados até verticais.
Uma subclasse de RIE é RIE profundo (DRIE). Neste processo, profundidades de gravação de centenas de micrômetros podem ser alcançadas com paredes quase verticais. A principal tecnologia é baseada no chamado “processo Bosch”, em referência à empresa alemã Robert Bosch, que depositou a patente original, onde duas composições diferentes de gases se alternam no reator. Existem atualmente duas variantes do DRIE. A primeira consiste em três etapas (o processo Bosch, utilizado na ferramenta UNAXIS), enquanto a segunda variante consiste em duas etapas (ASE utilizado na ferramenta STB). Na primeira variante o ciclo de gravação é o seguinte:
(i) SF gravado isotrópico;
(ii) passivação CF;
(iii) SF gravado anisotrópico para limpeza de solo.
Na segunda variante, as etapas (i) e (iii) são combinadas.
Ambas as variantes funcionam de maneira semelhante. Na primeira variante, o CF cria um polímero na superfície do substrato e, na segunda, a composição gasosa (SF e O) grava o substrato. O polímero é imediatamente pulverizado pela parte física do ataque, mas apenas nas superfícies horizontais e não nas paredes laterais. Como o polímero se dissolve muito lentamente na parte química do ataque químico, ele se acumula nas paredes laterais e as protege do ataque químico. Como resultado, a gravação permite que proporções de aspecto de 50 para 1 sejam alcançadas. O processo pode ser facilmente usado para gravar completamente um substrato de silício, e as velocidades de gravação são 3-4 vezes maiores do que a gravação úmida.
O difluoreto de xenônio (XeF) é um ataque isotrópico de fase de vapor seco para silício originalmente aplicado em SMEM em 1995 na Universidade da Califórnia. Originalmente utilizado para a liberação de estruturas metálicas e dielétricas por corte de silício, o XeF tem a vantagem de não possuir adesão viscosa ao contrário do ataque úmido. Sua seletividade de ataque é muito alta, permitindo trabalhar com fotorresiste, SiO, nitreto de silício e vários metais para mascaramento. Sua reação ao silício é "livre de plasma", é puramente química e espontânea e muitas vezes opera em modo pulsado. Existem vários modelos de ação de gravação e diversas ferramentas comerciais oferecem soluções utilizando esta abordagem.