Gravure sèche VS Gravure humide

La gravure est un processus utilisé en microfabrication, qui consiste à retirer une ou plusieurs couches de matériau de la surface d'un wafer. La gravure est une étape critique et extrêmement importante dans la fabrication de composants microélectroniques, car chaque wafer peut subir de nombreuses étapes de gravure. Pour de nombreuses étapes de gravure, une partie du wafer est protégée du réactif de gravure par un matériau dit de masquage, qui est résistant à la gravure. Dans certains cas, le matériau de masquage est une résine photosensible qui a été modélisée par photolithographie. D'autres situations nécessitent un masque plus durable, tel que le nitrure de silicium. Si la gravure est effectuée pour créer une cavité dans un matériau, la profondeur de la cavité peut être contrôlée, entre autres, en modulant le temps et la vitesse de gravure. Néanmoins, la gravure nécessite généralement que toute la couche supérieure d'une structure multicouche soit retirée sans endommager les couches sous-jacentes ou de masquage. La capacité du système de gravure à réaliser cela dépend du rapport des vitesses de gravure dans les deux matériaux : c'est ce qu'on appelle la sélectivité. Les deux types de base d'agents de gravure sont la phase liquide et la phase plasma. Le processus de gravure utilisant des produits chimiques liquides ou des agents de gravure pour retirer le matériau du substrat est appelé gravure humide. Dans le processus de gravure au plasma, également connu sous le nom de gravure sèche, des plasmas ou des gaz de gravure sont utilisés pour retirer le matériau du substrat. La gravure sèche produit des produits gazeux, qui doivent diffuser dans le gaz en vrac et être expulsés par le système de vide. Il existe trois types de gravure sèche : les réactions chimiques (utilisant un plasma ou des gaz réactifs), l'élimination physique (généralement par transfert d'impulsion) et une combinaison de réactions chimiques et d'élimination physique. La gravure humide, en revanche, n'est qu'un processus chimique.

Qu'est-ce que la gravure humide en microfabrication ?

La principale technique de gravure humide est la technique dite de "gravure chimique humide". Le substrat, partiellement protégé, est immergé dans une solution qui va graver chimiquement la surface de la tranche non protégée. Il s'agit généralement d'un acide tel que l'acide fluorhydrique pour un substrat de silicium (le seul capable de réagir avec la couche de dioxyde de silicium qui se forme naturellement à la surface du silicium), ou l'acide chlorhydrique pour un substrat d'arséniure de gallium (l'ion chlorure réagit fortement avec le gallium) ou plus faible, comme l'acide citrique.

Quels sont les avantages de la gravure humide ? ✅

• La simplicité de l'équipement.
• facile à mettre en œuvre.
• Peut être facilement industrialisé.
• Le taux de gravure est particulièrement élevé, ce qui rend la gravure rapide et évite ainsi de détruire la couche protectrice.
• Bonne sélectivité des matériaux.

Quels sont les inconvénients de la gravure humide ? 😓

• Coûts très élevés.
• Cette gravure est hautement isotrope = l'acide attaquera le substrat dans toutes les directions, donnant un profil de gravure presque semi-sphérique.
• Nécessite de grandes quantités de produits chimiques de gravure.
• Les produits chimiques de gravure doivent être changés régulièrement pour maintenir la même vitesse de gravure initiale

Ce processus est de moins en moins utilisé compte tenu de ses inconvénients, au profit de la gravure sèche.

Qu'est-ce que la gravure sèche en microfabrication ?

Les gravures réalisées au plasma peuvent différer en fonction des paramètres de plasma utilisés. La gravure plasma ordinaire fonctionne entre 0,1 et 5 Torr (environ 133,3 Pa). Le plasma produit des radicaux libres énergétiques, de charge neutre, qui réagissent à la surface de la tranche. Lorsque les particules neutres attaquent la wafer sous tous les angles, ce processus est isotrope. Le gaz plasma contient des molécules riches en chlore ou en fluor. Par exemple, le tétrachlorure de carbone (CCl4) est connu pour attaquer le silicium et l'aluminium, tandis que le trifluorométhane attaque le dioxyde de silicium et le nitrure de silicium. Un plasma d'oxygène sera utilisé à la place pour oxyder la résine photosensible et faciliter son retrait. Une autre technique est également largement utilisée : Usinage ionique. Également connu sous le nom de gravure par pulvérisation (ou sputtering) , cette technique utilise des pressions plus faibles d'environ 10^-4 Torr (10 mPa). Elle consiste à bombarder le wafer avec des ions énergétiques de gaz nobles tels que Ar+, qui détachent les atomes du substrat par transfert d'énergie cinétique. L'attaque étant réalisée par le bombardement unidirectionnel des ions sur le wafer, ce processus est anisotrope. Néanmoins, ce processus présente une faible sélectivité. La technique bien connue utilisant des ions réactifs (RIE pour Gravure ionique réactive) fonctionne dans des conditions intermédiaires entre la pulvérisation cathodique et la gravure plasma (entre 10^-3 et 10^-1 Torr). La gravure ionique réactive profonde (DRIE) est similaire à la RIE mais peut produire des motifs plus profonds et plus étroits.

🧠 Ce qu'il faut retenir concernant la gravure humide et sèche

En conclusion, la gravure humide et la gravure sèche sont deux techniques différentes utilisées en microfabrication pour retirer de la matière de la surface d'une tranche. La gravure humide est plus simple et plus facile à mettre en œuvre, mais elle est associée à des coûts plus élevés et nécessite de grandes quantités de produits chimiques de gravure. La gravure sèche est plus coûteuse et nécessite un équipement complexe, mais elle est plus efficace et précise. Les deux procédés ont leurs propres avantages et inconvénients, le choix du procédé à utiliser dépend donc de l'application.

Quelle que soit la technique choisie, les deux sont des étapes essentielles dans la fabrication de composants microélectroniques.