Plasmaetsing - Plasma etching

Plasmaetsing er en form for plasmabehandling anvendt til fremstilling av integrerte kretser . Det innebærer en høyhastighets strøm av glødeavgivelse ( plasma ) av en passende gassblanding som blir skutt (i pulser) mot en prøve. Plasmakilden, kjent som etsearter, kan være enten ladet ( ioner ) eller nøytral ( atomer og radikaler ). Under prosessen genererer plasma flyktige etseprodukter ved romtemperatur fra de kjemiske reaksjonene mellom elementene i materialet etset og den reaktive arten som genereres av plasmaet. Til slutt legger atomene til skuddelementet seg inn på eller rett under overflaten av målet, og modifiserer dermed de fysiske egenskapene til målet.

Mekanismer

Plasmagenerasjon

Et plasma er en høy energisk tilstand der mange prosesser kan forekomme. Disse prosessene skjer på grunn av elektroner og atomer. For å danne plasmaelektronene må det akselereres for å få energi. Svært energiske elektroner overfører energien til atomer ved kollisjoner. Tre forskjellige prosesser kan oppstå på grunn av disse kollisjonene:

Forskjellige arter er tilstede i plasmaet som elektroner, ioner, radikaler og nøytrale partikler. Disse artene samhandler konstant med hverandre. Plasmaetsing kan deles inn i to hovedtyper av interaksjon:

  • generasjon av kjemiske arter
  • interaksjon med de omkringliggende overflatene

Uten plasma ville alle disse prosessene skje ved høyere temperatur. Det er forskjellige måter å endre plasmakjemien på og få forskjellige typer plasmaetsing eller plasmaavsetninger. En av eksitasjonsteknikkene for å danne et plasma er ved å bruke RF-eksitasjon av en strømkilde på 13,56 MHz.

Driftsmåten til plasmasystemet vil endres hvis driftstrykket endres. Det er også forskjellig for forskjellige strukturer i reaksjonskammeret. I det enkle tilfellet er elektrodestrukturen symmetrisk, og prøven plasseres på den jordede elektroden.

Innflytelse på prosessen

Nøkkelen til å utvikle vellykkede komplekse etseprosesser er å finne riktig gassetsningskjemi som vil danne flyktige produkter med materialet som skal etses som vist i tabell 1. For noen vanskelige materialer (for eksempel magnetiske materialer), kan flyktigheten bare oppnås når oblatemperaturen økes. De viktigste faktorene som påvirker plasmaprosessen:

  • Elektronkilde
  • Press
  • Gassarter
  • Støvsug
Halogen-, hydrid- og metylforbindelser i plasmaetsing.png

Overflateinteraksjon

Reaksjonen av produktene avhenger av sannsynligheten for at atomer, fotoner eller radikaler reagerer for å danne kjemiske forbindelser. Overflatetemperaturen påvirker også reaksjonen til produkter. Adsorpsjon skjer når et stoff er i stand til å samle seg og nå overflaten i et kondensert lag, med tykkelse (vanligvis et tynt, oksidert lag.) Flyktige produkter desorberer i plasmafasen og hjelper plasmaetsingsprosessen når materialet samhandler med prøven vegger. Hvis produktene ikke er flyktige, vil det dannes en tynn film på overflaten av materialet. Ulike prinsipper som påvirker prøvens evne til plasmaetsing:

Plasmaetsing kan endre overflatekontaktvinkler, slik som hydrofil til hydrofob, eller omvendt. Argonplasmaetsing har rapportert å forbedre kontaktvinkelen fra 52 grader til 68 grader, og oksygenplasmaetsing for å redusere kontaktvinkelen fra 52 grader til 19 grader for CFRP-kompositter for benplateapplikasjoner. Plasmaetsing er rapportert å redusere overflateruheten fra hundrevis av nanometer til så mye lavere som 3 nm for metaller.

Typer

Trykk påvirker plasmaetsingsprosessen. For at plasmaetsing skal skje, må kammeret være under lavt trykk, mindre enn 100 Pa. For å generere lavtrykksplasma, må gassen ioniseres. Ioniseringen skjer ved en glødelading. Disse eksitasjonene skjer av en ekstern kilde, som kan levere opptil 30 kW og frekvenser fra 50 Hz (likestrøm) over 5–10 Hz (pulserende likestrøm) til radio- og mikrobølgefrekvens (MHz-GHz).

Planteetning i mikrobølgeovn

Mikrobølgeovnetsing skjer med eksitasjonskilder i mikrobølgeovnen, så mellom MHz og GHz. Et eksempel på plasmaetsing er vist her.

Et mikrobølgeovn plasma etseapparat. Mikrobølgeovnen fungerer på 2,45 GHz. Denne frekvensen genereres av en magnetron og utlades gjennom en rektangulær og en rund bølgeleder. Utløpsområdet er i et kvartsrør med en indre diameter på 66 mm. To spoler og en permanent magnet er viklet rundt kvartsrøret for å skape et magnetfelt som leder plasmaet.

Hydrogenplasmaetsing

En form for å bruke gass som plasmaetsing er hydrogenplasmaetsing. Derfor kan et eksperimentelt apparat som dette brukes:

Det vises et kvartsrør med en RF-eksitasjon på 30 MHz. Den er koblet til en spole rundt røret med en effekttetthet på 2-10 W / cm³. De gassarter er H to gassen i kammeret. Området for gasstrykket er 100-300 um.

applikasjoner

Plasmaetsing brukes for tiden til å behandle halvledende materialer for deres bruk i fabrikasjonen av elektronikk. Små funksjoner kan etses i overflaten av det halvledende materialet for å være mer effektive eller forbedre visse egenskaper når de brukes i elektroniske enheter. For eksempel kan plasmaetsing brukes til å lage dype grøfter på silisiumoverflaten for bruk i mikroelektromekaniske systemer . Denne applikasjonen antyder at plasmaetsing også har potensial til å spille en viktig rolle i produksjonen av mikroelektronikk. Tilsvarende forskes det for tiden på hvordan prosessen kan justeres til nanometerskalaen.

Spesielt etsning av hydrogenplasma har andre interessante bruksområder. Når det brukes i prosessen med etsning av halvledere, har det vist seg at hydrogenplasmaetsing er effektivt for å fjerne deler av innfødte oksider som finnes på overflaten. Hydrogenplasmaetsing har også en tendens til å etterlate en ren og kjemisk balansert overflate, noe som er ideell for en rekke bruksområder.

Oksygenplasmaetsing kan brukes til anisotropisk dypetsing av diamantnanostrukturer ved anvendelse av høy forspenning i induktivt koblet plasma / reaktiv ionetsing (ICP / RIE) reaktor. På den annen side kan bruken av oksygen 0V forspenningsplasmaer brukes til isotrop overflateavslutning av CH-avsluttet diamantoverflate.

Se også

Referanser

  1. ^ "Plasmaetsning - Plasmaetsing" . oxinst.com . Hentet 04.02.2010 .
  2. ^ a b c Mattox, Donald M. (1998). Håndbok for prosessering av fysisk fordampning (PVD) . Westwood, New Jersey: Noyes-publikasjon.
  3. ^ a b c d e f g Cardinaud, Christophe; Peignon, Marie-Claude; Tessier, Pierre-Yves (2000-09-01). "Plasmaetsing: prinsipper, mekanismer, anvendelse på mikro- og nanoteknologi". Anvendt overflatevitenskap . Surface Science in Micro & Nanotechnology. 164 (1–4): 72–83. Bibcode : 2000ApSS..164 ... 72C . doi : 10.1016 / S0169-4332 (00) 00328-7 .
  4. ^ Coburn, JW; Winters, Harold F. (1979-03-01). "Plasmaetsing - En diskusjon om mekanismer". Journal of Vacuum Science & Technology . 16 (2): 391–403. Bibcode : 1979JVST ... 16..391C . doi : 10.1116 / 1.569958 . ISSN  0022-5355 .
  5. ^ a b c d Chang, RPH; Chang, CC; Darac, S. (1982-01-01). "Hydrogenplasmaetsing av halvledere og deres oksider". Journal of Vacuum Science & Technology . 20 (1): 45–50. Bibcode : 1982JVST ... 20 ... 45C . doi : 10.1116 / 1.571307 . ISSN  0022-5355 .
  6. ^ Coburn, JW; Winters, Harold F. (1979-05-01). "Ion- og elektronassistert gassoverflatekjemi - En viktig effekt i plasmaetsing" . Tidsskrift for anvendt fysikk . 50 (5): 3189–3196. Bibcode : 1979JAP .... 50.3189C . doi : 10.1063 / 1.326355 . ISSN  0021-8979 . S2CID  98770515 .
  7. ^ Zia, AW; Wang, Y. -Q .; Lee, S. (2015). "Effekt av fysisk og kjemisk plasmaetsing på overflatefuktbarhet av karbonfiberforsterkede polymerkompositter for benplateapplikasjoner". Fremskritt innen polymerteknologi . 34 : ikke relevant doi : 10.1002 / adv.21480 .
  8. ^ Wasy, A .; Balakrishnan, G .; Lee, SH; Kim, JK; Kim, DG; Kim, TG; Song, JI (2014). "Behandling av argonplasma på metallunderlag og effekter på diamantlignende karbon (DLC) beleggingsegenskaper". Crystal Research and Technology . 49 : 55–62. doi : 10.1002 / crat.201300171 .
  9. ^ Bunshah, Rointan F. (2001). Deponeringsteknologi for film og belegg . New York: Noyes-publikasjon.
  10. ^ Keizo Suzuki; Sadayuki Okudaira; Norriyuki Sakudo; Ichiro Kanomata (11. nov. 1977). "Mikrobølgeovn Plasmaetsing". Japanese Journal of Applied Physics . 16 (11): 1979–1984. Bibcode : 1977JaJAP..16.1979S . doi : 10.1143 / jjap.16.1979 .
  11. ^ Radtke, Mariusz; Nelz, Richard; Slablab, Abdallah; Neu, Elke (2019). "Pålitelig nanofabrikasjon av enkeltkrystal diamantfotoniske nanostrukturer for nanoskala sensing" . Mikromaskiner . 10 (11): 718. arXiv : 1909.12011 . Bibcode : 2019arXiv190912011R . doi : 10.3390 / mi10110718 . PMC  6915366 . PMID  31653033 . S2CID  202889135 .
  12. ^ Radtke, Mariusz; Gjengi, Lara; Nelz, Richard; Neu, Elke (2019). "Plasma-behandlinger og fotoniske nanostrukturer for grunne nitrogen-ledighetssentre i diamant". Optical Materials Express . 9 (12): 4716. arXiv : 1909.13496 . Bibcode : 2019arXiv190913496R . doi : 10.1364 / OME.9.004716 . S2CID  203593249 .

Eksterne linker