La microtecnología es el proceso de fabricación de estructuras cuya escala característica es de una micra o menos. Históricamente, los procesos de microfabricación se han utilizado para fabricar circuitos integrados ( ver Proceso de fabricación de productos electrónicos ). En las últimas dos décadas, el alcance de este grupo de métodos se ha ampliado debido a los sistemas microelectromecánicos (MEMS), los microsistemas analíticos , la producción de discos duros , las pantallas LCD , los paneles solares .
La miniaturización de varios dispositivos requiere la participación de varios campos de la ciencia y la tecnología: física , química , ciencia de materiales , informática , tecnología de vacío , galvanoplastia [1] . Principales procesos de la microtecnología:
La microtecnología se utiliza para producir:
La microtecnología incluye varios procesos realizados en una secuencia determinada. Algunos métodos tecnológicos tienen una historia muy larga, como la litografía o el grabado . El pulido se tomó prestado de la producción de lentes ópticos . La deposición electroquímica y la tecnología de vacío tienen su origen en los trabajos del siglo XIX.
La fabricación de un microdispositivo es, por regla general, una alternancia de las operaciones de aplicación de capas finas y grabado. Así, el dispositivo es una "pila" de estructuras bidimensionales de diferentes materiales. También se utilizan diversas operaciones de modificación superficial: recocido, aleación , oxidación , reducción y otras. El principio fundamental es la producción simultánea de una gran cantidad de dispositivos a la vez, generalmente colocados en el mismo sustrato y separados solo en la etapa final de producción.
Los dispositivos y circuitos microelectrónicos generalmente se forman sobre un sustrato relativamente grueso . En electrónica , se utilizan sustratos de silicio y arseniuro de galio . El cuarzo y el vidrio se utilizan a menudo para MEMS, dispositivos ópticos y pantallas. El sustrato simplificará el manejo del dispositivo microelectrónico durante el ciclo de producción. Como regla, cientos y miles de dispositivos fabricados simultáneamente se colocan en un sustrato, que se separan al final de la producción.
Los dispositivos producidos por tecnología microelectrónica generalmente consisten en una o más capas funcionales delgadas. Los tipos de estas capas dependen del propósito del dispositivo. Los dispositivos microelectrónicos están compuestos por capas conductoras, aislantes o semiconductoras. Los dispositivos ópticos pueden contener capas reflectantes, transparentes, transmisoras de luz o dispersantes. También pueden desempeñar un papel químico o mecánico, como para aplicaciones MEMS o laboratorios en un chip. Las capas se obtienen mediante métodos de deposición de película delgada , que incluyen:
Como regla general, es necesario formar varias estructuras o agujeros pasantes en la capa sobre el sustrato. Estas estructuras tienen un tamaño de micras o nanómetros, y los métodos de su formación determinan las capacidades de la tecnología. Para su formación con la ayuda de la fotolitografía se crea una máscara que protege de la acción del grabador aquellas zonas que se deben dejar [3] .
El grabado es el proceso de eliminar parte de una capa o sustrato. El sustrato se expone a un agente de grabado ( ácido , plasma reactivo , haz de iones) que destruye física o químicamente la superficie, eliminando material.
La producción de microtecnología se lleva a cabo en salas limpias , donde el aire se purifica de las partículas de polvo en suspensión y la temperatura y la humedad se controlan estrictamente. También se toman medidas para reducir las vibraciones y las interferencias electromagnéticas. El humo, el polvo, los microorganismos y las células de los organismos vivos tienen un tamaño de micras y su contacto con el sustrato hará que el dispositivo fabricado no funcione.
Las salas limpias brindan limpieza pasiva, pero a pesar de esto, la contaminación de la superficie de los sustratos puede ocurrir de varias maneras: partículas de plástico del contenedor de la tienda, rastros de materiales de pasos de procesamiento anteriores. Por lo tanto, los sustratos también se limpian activamente mediante varios métodos. Los contaminantes orgánicos y las partículas de polvo se eliminan en soluciones de peróxido-amoníaco o peróxido-ácido (por ejemplo, una solución de "piraña" H 2 SO 4 +H 2 O 2 ), el proceso RCA-2 en solución de peróxido-ácido elimina los contaminantes metálicos . El grabado en una solución de ácido fluorhídrico elimina el óxido base de la superficie del silicio. Los métodos de limpieza "en seco" también se utilizan ampliamente, incluido el tratamiento con plasma de argón u oxígeno para eliminar las capas no deseadas de la superficie, así como el recocido con hidrógeno a altas temperaturas para eliminar el óxido base antes de la epitaxia. La oxidación , como todos los procesos de alta temperatura en general, es muy sensible a la contaminación, y los pasos de purificación deben necesariamente precederlos.
En algunos chips defectuosos , donde no fue posible solucionar todos los problemas, es necesario desactivar deliberadamente fragmentos individuales del microcircuito, por ejemplo, uno o dos núcleos , o reducir la frecuencia de reloj de diseño . En este caso, dichos procesadores pueden recibir designaciones adicionales, ampliando la gama de productos con modelos vendidos a un precio más bajo [4] .