Etching

L' etching (incisione) viene utilizzato nella microfabbricazione per rimuovere chimicamente gli strati dalla superficie di un wafer durante la produzione. L'etching è una fase del processo di fondamentale importanza nella fabbricazione e ogni wafer subisce numerose fasi di etching prima di essere completato.

Per molte fasi di etching, una parte del wafer è protetta dall'agente di etching da un materiale mascherante che resiste all'incisione. In alcuni casi, il materiale di mascheratura è un fotoresist modellato mediante fotolitografia. Altre situazioni richiedono una maschera più resistente, come il nitruro di silicio.

Vi sono due tipi di etching:

Wet etching (attacco per via umida): è un processo di incisione che utilizza soluzioni liquide (acidi o basi) per rimuovere selettivamente materiale da una superficie solida, come il silicio o i film sottili. Il materiale reagisce chimicamente con il reagente liquido, formando prodotti solubili che si dissolvono nella soluzione. Esistono due principali tipi: isotropico, in cui l’incisione avviene in tutte le direzioni, e anisotropico, in cui è direzionata lungo specifici piani cristallografici (tipica nel silicio con KOH o TMAH). Il processo è semplice, economico e consente un’elevata velocità di rimozione. Tuttavia, offre minore controllo geometrico rispetto al dry etching e può causare undercutting (erosione sotto la maschera). È ampiamente utilizzato nella microelettronica per la pulizia, l’attacco chimico selettivo e la preparazione di superfici. La scelta del reagente dipende dal materiale e dalla selettività richiesta.
Dry Etch (attacco a secco): Il dry etching è un processo di rimozione controllata di materiale da una superficie (solitamente semiconduttori o sottili film) senza l’uso di liquidi, ma tramite gas reattivi o energia fisica. Rispetto al wet etching (incisione con acidi o soluzioni liquide), offre una migliore anisotropia (cioè incisioni più direzionali e precise) e una maggiore compatibilità con micro e nanofabbricazione.
- Plasma Etching: Si basa su un plasma generato da una scarica elettrica. Le specie chimiche attive (ioni, radicali) reagiscono con il materiale della superficie, formando prodotti volatili che vengono poi rimossi. È un processo chimico-fisico: la componente chimica incide il materiale, mentre la componente fisica (bombardamento ionico) favorisce la direzionalità.
- Laser Etching: Utilizza un laser ad alta intensità per vaporizzare o decomporre termicamente il materiale da rimuovere. Può essere un processo puramente fisico (ablazione) o fotochimico, se la radiazione induce reazioni chimiche. Spesso impiegato per microlavorazioni di precisione e incisioni su materiali difficili da trattare con metodi chimici.
- Chemical Vapor Etching: Variante puramente chimica del dry etching. Un gas reattivo viene fatto fluire sulla superficie e reagisce chimicamente con il materiale da incidere, generando prodotti volatili che si allontanano spontaneamente. Non richiede plasma né laser, solo temperatura controllata.
- Ion milling: è una tecnica di incisione fisica che utilizza un fascio di ioni ad alta energia, solitamente di argon (Ar⁺), per rimuovere materiale da una superficie. Gli ioni vengono accelerati e diretti verso il campione, dove sputterano atomi dal materiale bersaglio attraverso urti meccanici. Poiché non avvengono reazioni chimiche, il processo è puramente fisico e consente un’elevata precisione. È ideale per incidere materiali duri o chimicamente inerti, come metalli e ossidi. L’angolo d’incidenza del fascio controlla l’anisotropia dell’incisione. Il tasso di rimozione è relativamente basso, ma la qualità superficiale è molto alta. Viene spesso impiegato per definire pattern sottili, lucidare sezioni per microscopia elettronica o rifinire superfici. Lo svantaggio principale è la lentezza e il possibile danneggiamento superficiale da bombardamento ionico.