Si vuole realizzare, selettivamente, all’interno della matrice solida, uno sca-vo. Dato un semiconduttore, si intende praticare delle finestrelle con una
geometria particolare, e dunque riprodurre un particolare design sulla super-ficie o anche all’interno del sistema. Innanzitutto si attuano dei processi di litografia: uno di questi `e la cosiddetta fotolitografia. Si prende il substra-to, e vi si spalma sopra uno strato di un polimero fotosensibile: quessubstra-to, se irradiato con particolari lunghezze d’onda e particolari energie, in una certa regione avr`o modifiche delle caratteristiche fisico/chimiche. Esistono diverse tecniche di litografia:
• Un processo si basa sui resist positivi: dato un polimero, detto resist
positivo, viene spalmato uniformemente sul wafer di silicio, e su questa struttura porr`o la maschera, ossia un sistema che presenter`a aperture e opacit`a, e che rispeccher`a il design che si vorr`a ottenere sul wafer di silicio. Alcune aree saran opache, altre trasmissive. Per ottenere ci`o, si prenderanno ad esempio degli strati di quarzo, su cui si depositer`a del cromo con una particolare geometria che si potr`a progettare. Ponendo questa maschera sulla superficie del polimero che `e stato precedente-mente spalmato sul substrato, potr`o far passar la luce solo in particolari regioni, ossia dove la maschera non presenta opacit`a. La luce passer`a, e impressioner`a il polimero; il polimero `e rappresentabile come un sis-tema composto da catene estremamente lunghe, che, con il contatto con la luce, tenderanno a rompersi (caratteristica peculiare dei resist positivi rispetto a quelli negativi): incidendo la luce dunque le catene sottostanti ad una zona non opaca, vengono rotte, e il polimero viene strutturalmente indebolito, frammentizzato. A questo punto, mediante uno sviluppo chimico, il polimero indebolito pu`o essere disciolto, mentre la parte non colpita dal raggio luminoso non sar`a attaccata. A questo punto potr`o aprire delle finestrelle nei confronti del semiconduttore massivo;
• Un altro processo `e basato sui resist negativi: in questo processo, avr`o
lunghe, ma qui l’incidenza di luce far`a s`ı che la matrice, anzich`e inde-bolirsi, si rafforzi, interconnettendosi ulteriormente. Il materiale risul-ter`a irrobustito dunque dai raggi luminosi. Quando a questo punto verr`a sviluppata la struttura, la parte pi`u tenace rimarr`a intatta, men-tre l’altra verr`a disciolta come in precedenza. Si pu`o dire che questa sia la struttura complementare della precedenza. Rispetto alla maschera non apro delle finestre, bens`ı rispetto al complementare della maschera.
A seconda del tipo di geometria, di design che si vuole conferire al semi-conduttore, potr`a tornare utile il resist positivo piuttosto che quello negativo. Ci chiediamo ora quanto piccole possono essere le finestrelle che si possono asportare dal semiconduttore. Qual `e risoluzione delle finestrelle asporta-bili mediante fotolitografia? La risposta dipende dalla lunghezza d’onda del fascio luminoso che uso per effettuare il processo fotolitografico. L’ampiezza minima che posso riprodurre dalla maschera al polimero dipende dunque dal-la lunghezza d’onda perch`e, per fenomeni di diffrazione, posso riprodurre sul resist la geometria che mi ripropongo di conferire, dal progetto iniziale, solo per regioni che sono al pi`u della dimensione della lunghezza d’onda (o meglio, della met`a della lunghezza d’onda). Se si vuole aumentare la risoluzione spaziale, e dunque creare finestre particolarmente piccole, dovr`o ridurre la lunghezza d’onda della radiazione incidente. Per questo motivo, nei moderni microprocessori, utilizzo lunghezze d’onda particolarmente piccole. In prin-cipio si utilizzavano lampade al mercurio (talvolta ancora utilizzate), anche se queste emettono radiazioni della lunghezza d’onda di 300 − 350 − 400 nm, dunque si otterrebbe come minima risoluzione possibile il mezzo µm. Us-ando particolari laser, nel medio/lontano ultravioletto, si pu`o ottenere una risoluzione fino ad aprire finestrelle di qualche decina di nm.
Una tecnica alternativa alla fotoimpressione `e esporre il sistema a elet-troni: gli elettroni sono infatti caratterizzati da una lunghezza d’onda che dipende dalla relazione di De Broglie, e dunque dalla loro quantit`a di moto, quindi di fatto `e possibile regolare la lunghezza d’onda corrispondente alla
quantit`a di moto dell’elettrone. Sottoponendo l’elettrone ad una differenza di potenziale cospicua, al livello di 10, 20, 30 keV . Si otterr`a una lunghezza d’onda di circa 0.02 nm, molto inferiore ad una lampada di mercurio. Il problema a questo punto sar`a direzionare il fascio di elettroni, ma di fatto il limite della lunghezza d’onda si pu`o, con questa tecnologia, ritenere superato. Si potr`a dunque litografare mediante deflessioni con una coppia di conden-satori, e spostare il fascio elettronico sul substrato. Non ci sar`a neanche bisogno di maschere, perch`e sar`a possibile deflettere mediante la sola vari-azione di differenza di potenziale tra le facce del condensatore, come nel caso precedentemente visto dell’impiantazione ionica. Esistono polimeri sensibili agli elettroni, che quindi possono rompere o altri che possono irrobustire al-cune delle catene, come nei resist positivi e resist negativi. Per dispositivi in cui serve una bassissima dimensionalit`a, questo metodo `e ottimale. Adesso si usano in fotolitografia comunque sorgenti luminose ben superiori a quelle visibili, quindi entrambi i metodi sotto questo punto di vista risultano essere validi.
L’ultimo step che rimane `e riprodurre lo scavo ottenuto all’interno del polimero, mediante processi litografici, nel semiconduttore massivo o su even-tuali film sottili. Esistono diverse tecniche di asportazione selettiva che sfrut-tano la mascheratura (resist per esempio), facendo continuare la struttura gi`a iniziata dalla fotolitografia o elettrolitografia, sull’asse z, e dunque in profon-dit`a, mediante processi di etching da attacco ionico. Si tratter`a di sistemi per ottenere dunque asportazioni selettive di semiconduttori.
Un sistema `e assolutamente analogo alla PECVD: lo stesso reattore, ad-dirittura, potrebbe essere utilizzato sia per crescere un film sottile o per asportare una parte di semiconduttore in modo selettivo. La differenza sta sostanzialmente nel gas che viene insufflato all’interno del reattore: avr`o
sempre una coppia di piani paralleli, polarizzati mediante un generatore a radiofrequenza, con frequenza di circa 13.56 MHz, viene innescata un’oscil-lazione degli elettroni propria del plasma, ma con un gas con precursori che possono provocare un’ablazione della superficie del substrato, e quindi al pos-to di far crescere il film possono volatilizzare il substrapos-to stesso, avr`o ottenupos-to al posto di una crescita, un’asportazione. Ci possono essere etching di tipo fisico e di tipo chimico: nelle reazioni di tipo fisico, vi sono ioni che incidono e tendono ad impattarsi contro il substrato, asportandone e volatilizzandone una parte; nelle reazioni di tipo chimico, atomi neutri potrebbero reagire chimicamente, asportando mediante una reazione puramente chimica. Nel caso fisico, ho un etching anisotropo, con una direzione preferenziale che pu`o essere quella normale alla superficie del substrato; nel caso chimico, l’etching `e isotropo, e non vi `e una direzione preferenziale dunque. Sar`a anche possi-bile combinare sia l’etching chimico che quello fisico, ottenendo il design che ci si era ripromessi di rappresentare.