# Polymeren maken de chip

Een computerchip wordt gemaakt van een dunne plaat van puur silicium, een zogeheten wafer. Hierop worden patronen van afwisselend geleidende en niet-geleidende materialen aangebracht. Om deze patronen aan te brengen, maakt men gebruik van een fotogevoelig materiaal, waarvan de oplosbaarheid verandert onder invloed van uv-licht. Een veelgebruikt fotogevoelig materiaal bevat onder andere een copolymeer dat door additiepolymerisatie is ontstaan uit 4-hydroxystyreen en BOC-4-hydroxystyreen. Dit copolymeer noemen we in deze opgave copolymeer X.

BOC-4-hydroxystyreen wordt gemaakt uit 4-hydroxystyreen en di-tert-butyldicarbonaat. Bij deze reactie ontstaan, behalve BOC-4-hydroxystyreen, ook methylpropaan-2-ol en één andere stof. Op de uitwerkbijlage vind je een onvolledige vergelijking voor deze reactie.

Op de wafer wordt eerst een laag siliciumdioxide aangebracht. Daarop wordt een fotogevoelige laag aangebracht. De fotogevoelige laag bevat copolymeer X en een fotogevoelige stof, PAG.
De fotogevoelige laag wordt met uv-licht in het gewenste patroon beschenen.
Onder invloed van uv-licht vormt een molecuul PAG één H+ ion.
De gevormde H+ ionen zitten niet vast op één plek, maar diffunderen langzaam door de fotogevoelige laag.
De H+ ionen katalyseren de omzetting van de BOC-4hydroxystyreen-eenheden uit copolymeer X tot 4-hydroxystyreeneenheden, methylpropeen en koolstofdioxide.

Na het belichten zijn in de belichte delen alle BOC-4-hydroxystyreeneenheden omgezet. Vervolgens wordt de wafer gespoeld met een oplosmiddel. In figuur 1 is het belichten en spoelen van een deel van de wafer schematisch weergegeven.

Poly-4-hydroxystyreen en copolymeer X verschillen in hun oplosbaarheid.
Ze lossen beide niet goed op in water.
Maar poly-4-hydroxystyreen lost wel op in een basische oplossing en copolymeer X niet.
Door te spoelen met een basische oplossing lossen alleen die delen van de fotogevoelige laag op die met uv-licht zijn beschenen.
De oplosbaarheid van poly-4-hydroxystyreen in een basische oplossing is te verklaren met behulp het gegeven dat de OH groep van elke 4-hydroxystyreeneenheid in een basische oplossing een H+ afstaat.

Wanneer methoxybenzeen als oplosmiddel wordt gebruikt bij het ontwikkelen, lossen alleen die delen van de fotogevoelige laag op die niet met uv-licht zijn beschenen.

Nadat de wafer is ontwikkeld, wordt hij geëtst met een gasmengsel van CF4 en H2.

Hierbij wordt de SiO2 laag verwijderd op de plekken waar deze niet wordt beschermd door de fotogevoelige laag. Zo ontstaat het gewenste patroon in de SiO2 laag.

Onder de gebruikte omstandigheden valt een groot deel van de moleculen CF4 en H2 uiteen en worden radicalen en dubbelradicalen gevormd.

Het mengsel dat zo ontstaat wordt een plasma genoemd.

In dit plasma treden de volgende reacties op:

CF4 → CF2•• + 2 F• (reactie 1)

H2 → 2 H• (reactie 2)

H• + F• → HF (reactie 3)

Dit plasma reageert vervolgens met SiO2:

SiO2 (s) + 4 F• → SiF4 (g) + 2 O•• (reactie 4)

SiO2 (s) + 2 CF2•• → SiF4 (g) + 2 CO (g) (reactie 5)

Op plekken waar de SiO2 laag weg gereageerd is, kan het plasma ook met het silicium reageren volgens:

Si (s) + 4 F• → SiF4 (g) (reactie 6)

Het doel van het etsen is om uitsluitend de SiO2 laag te verwijderen terwijl de Si laag intact blijft.

De concentratie H2 in het plasmamengsel beïnvloedt zowel de snelheid waarmee SiO2 wordt geëtst (de etssnelheid) als de mate waarin SiO2 ten opzichte van Si wordt geëtst (de selectiviteit)