Mikroteknologia on prosessi, jossa valmistetaan rakenteita, joiden ominaismittakaava on mikroni tai vähemmän. Historiallisesti mikrovalmistusprosesseja on käytetty integroitujen piirien valmistukseen ( katso Elektroniikan valmistusprosessi ). Kahden viime vuosikymmenen aikana tämän menetelmäryhmän soveltamisala on laajentunut mikroelektromekaanisten järjestelmien (MEMS), analyyttisten mikrojärjestelmien , kiintolevyjen , LCD-näyttöjen ja aurinkopaneelien tuotannon ansiosta .
Erilaisten laitteiden miniatyrisointi vaatii eri tieteen ja teknologian alojen osallistumista: fysiikka , kemia , materiaalitiede , tietojenkäsittelytiede , tyhjiötekniikka , galvanointi [1] . Mikroteknologian pääprosessit:
Mikroteknologiaa käytetään tuottamaan:
Mikroteknologia sisältää erilaisia prosesseja, jotka suoritetaan tietyssä järjestyksessä. Joillakin teknologisilla menetelmillä, kuten litografialla tai etsauksella , on hyvin pitkä historia . Kiillotus lainattiin optisten lasien tuotannosta . Sähkökemiallinen kerrostaminen ja tyhjiöteknologia ovat peräisin 1800-luvun työstä.
Mikrolaitteen valmistus on pääsääntöisesti ohuiden kerrosten levitys- ja syövytystoimintojen vuorottelua. Siten laite on "pino" eri materiaaleista valmistettuja kaksiulotteisia rakenteita. Käytetään myös erilaisia pinnanmuokkaustoimenpiteitä: hehkutus, seostus , hapetus , pelkistys ja muut. Perusperiaate on useiden laitteiden samanaikainen tuotanto kerralla, tavallisesti sijoitettuna samalle alustalle ja erotettuna vasta tuotannon loppuvaiheessa.
Mikroelektroniset laitteet ja piirit muodostetaan yleensä suhteellisen paksulle alustalle . Elektroniikassa käytetään pii- ja galliumarsenidisubstraatteja . Kvartsia ja lasia käytetään usein MEMS:issä, optisissa laitteissa ja näytöissä. Substraatti yksinkertaistaa mikroelektronisen laitteen käsittelyä tuotantosyklin aikana. Pääsääntöisesti yhdelle alustalle sijoitetaan satoja ja tuhansia samanaikaisesti valmistettuja laitteita, jotka erotetaan tuotannon lopussa.
Mikroelektroniikkatekniikalla valmistetut laitteet koostuvat yleensä yhdestä tai useammasta ohuesta toiminnallisesta kerroksesta. Näiden kerrosten tyypit riippuvat laitteen käyttötarkoituksesta. Mikroelektroniset laitteet koostuvat johtavista, eristys- tai puolijohdekerroksista. Optiset laitteet voivat sisältää heijastavia, läpinäkyviä, valoa läpäiseviä tai sirottavia kerroksia. Niillä voi olla myös kemiallinen tai mekaaninen rooli, kuten MEMS-sovelluksissa tai sirujen laboratorioissa. Kerrokset saadaan ohutkalvopinnoitusmenetelmillä , mukaan lukien:
Pääsääntöisesti on tarpeen muodostaa erilaisia rakenteita tai läpimeneviä reikiä kerrokseen alustalle. Nämä rakenteet ovat mikroni- tai nanometrikokoisia ja niiden muodostustavat määräävät tekniikan mahdollisuudet. Niiden muodostamiseksi fotolitografian avulla luo maski, joka suojaa etsausaineen vaikutukselta ne alueet, jotka tulisi jättää [3] .
Etsaus on prosessi, jossa poistetaan osa kerroksesta tai alustasta. Substraatti altistetaan syövytysaineelle ( happo , reaktiivinen plasma , ionisuihku), joka fysikaalisesti tai kemiallisesti tuhoaa pinnan ja poistaa materiaalia.
Mikroteknologian tuotanto tapahtuu puhdastiloissa , joissa ilma puhdistetaan suspendoituneista pölyhiukkasista ja lämpötilaa ja kosteutta valvotaan tarkasti. Lisäksi toteutetaan toimenpiteitä tärinän ja sähkömagneettisten häiriöiden vähentämiseksi. Savu, pöly, mikro-organismit ja elävien organismien solut ovat mikronikokoisia ja niiden kosketus alustaan tekee valmistetun laitteen käyttökelvottoman.
Puhdastilat tuottavat passiivista puhtautta, mutta siitä huolimatta alustojen pinnan kontaminaatiota voi tapahtua eri tavoin: muovihiukkasia myymäläsäiliöstä, materiaalijäämiä aikaisemmista käsittelyvaiheista. Siksi myös alustat puhdistetaan aktiivisesti eri menetelmillä. Orgaaniset epäpuhtaudet ja pölyhiukkaset poistetaan peroksidi-ammoniakki- tai peroksidi-happoliuoksissa (esim. "piranha" H 2 SO 4 + H 2 O 2 -liuos), RCA-2-prosessi peroksidi-happoliuoksessa poistaa metalliepäpuhtaudet . Syövytys fluorivetyhappoliuoksessa poistaa emäsoksidin piipinnalta. "Kuivapuhdistusmenetelmiä" käytetään myös laajalti, mukaan lukien käsittely argonissa tai happiplasmassa ei-toivottujen kerrosten poistamiseksi pinnalta sekä vetyhehkutus korkeissa lämpötiloissa emäsoksidin poistamiseksi ennen epitaksia. Hapetus , kuten kaikki korkean lämpötilan prosessit yleensä, on erittäin herkkä kontaminaatiolle, ja puhdistusvaiheiden on välttämättä edeltävä niitä.
Joissakin viallisissa siruissa , joissa kaikkia ongelmia ei voitu korjata, on tarpeen tietoisesti poistaa käytöstä mikropiirin yksittäiset fragmentit, esimerkiksi yksi tai kaksi ydintä , tai vähentää suunniteltua kellotaajuutta . Tässä tapauksessa tällaiset prosessorit voivat saada lisämerkintöjä, mikä laajentaa tuotevalikoimaa halvemmalla myydyillä malleilla [4] .