Плазменное травление - Plasma etching

Плазменное травление - это форма плазменной обработки, используемая для изготовления интегральных схем . Он включает в себя высокоскоростной поток тлеющего разряда ( плазмы ) соответствующей газовой смеси, обстреливаемый (импульсами) по образцу. Источник плазмы, известный как частицы травления, может быть заряженным ( ионы ) или нейтральным ( атомы и радикалы ). Во время процесса плазма генерирует летучие продукты травления при комнатной температуре в результате химических реакций между элементами травленого материала и химически активными частицами, генерируемыми плазмой. В конце концов, атомы элемента выстрела встраиваются в поверхность цели или чуть ниже нее, таким образом изменяя физические свойства цели.

Механизмы

Генерация плазмы

Плазма - это высокоэнергетическое состояние, в котором может происходить множество процессов. Эти процессы происходят из-за электронов и атомов. Чтобы сформировать плазму, электроны должны быть ускорены, чтобы получить энергию. Электроны с высокой энергией передают энергию атомам в результате столкновений. Из-за этого столкновения могут произойти три разных процесса:

В плазме присутствуют различные частицы, такие как электроны, ионы, радикалы и нейтральные частицы. Эти виды постоянно взаимодействуют друг с другом. Плазменное травление можно разделить на два основных типа взаимодействия:

  • генерация химических веществ
  • взаимодействие с окружающими поверхностями

Без плазмы все эти процессы происходили бы при более высокой температуре. Есть разные способы изменить химический состав плазмы и получить различные виды плазменного травления или плазменного осаждения. Одним из методов возбуждения для образования плазмы является использование высокочастотного возбуждения источника питания с частотой 13,56 МГц.

Режим работы плазменной системы изменится при изменении рабочего давления. Также он отличается для разных конструкций реакционной камеры. В простом случае структура электрода симметрична, и образец помещается на заземленный электрод.

Влияния на процесс

Ключом к разработке успешных сложных процессов травления является поиск подходящего химического состава газового травления, который будет формировать летучие продукты с материалом, подлежащим травлению, как показано в Таблице 1. Для некоторых сложных материалов (например, магнитных материалов) летучесть может быть получена только при повышении температуры пластины. Основные факторы, влияющие на плазменный процесс:

  • Источник электронов
  • Давление
  • Виды газа
  • Вакуум
Галогенные, гидридные и метиловые соединения в плазме травления.png

Поверхностное взаимодействие

Реакция продуктов зависит от вероятности реакции разнородных атомов, фотонов или радикалов с образованием химических соединений. Температура поверхности также влияет на реакцию продуктов. Адсорбция происходит, когда вещество может собираться и достигать поверхности в конденсированном слое различной толщины (обычно это тонкий окисленный слой). Летучие продукты десорбируются в плазменной фазе и помогают процессу плазменного травления, поскольку материал взаимодействует с образцом. стены. Если продукты не летучие, на поверхности материала образуется тонкая пленка. Различные принципы, влияющие на способность образца к плазменному травлению:

Плазменное травление может изменить углы смачивания поверхности, например, от гидрофильного до гидрофобного или наоборот. Сообщается, что травление аргоновой плазмой увеличивает угол контакта с 52 до 68 градусов, а травление кислородной плазмой снижает угол контакта с 52 до 19 градусов для композитов из углепластика для применения в костных пластинах. Сообщалось, что плазменное травление снижает шероховатость поверхности с сотен нанометров до 3 нм для металлов.

Типы

Давление влияет на процесс плазменного травления. Для плазменного травления в камере должно быть низкое давление, менее 100 Па. Для создания плазмы низкого давления необходимо ионизировать газ. Ионизация происходит за счет тлеющего заряда. Эти возбуждения происходят от внешнего источника, который может обеспечивать мощность до 30 кВт и частоты от 50 Гц (постоянный ток), более 5–10 Гц (импульсный постоянный ток) до радио- и микроволновых частот (МГц-ГГц).

СВЧ-плазменное травление

Микроволновое травление происходит с источниками возбуждения на микроволновой частоте, то есть в диапазоне от МГц до ГГц. Здесь показан один из примеров плазменного травления.

Аппарат для плазменного микроволнового травления. Микроволновая печь работает на частоте 2,45 ГГц. Эта частота генерируется магнетроном и разряжается через прямоугольный и круглый волноводы. Зона разряда находится в кварцевой трубке с внутренним диаметром 66 мм. Две катушки и постоянный магнит намотаны вокруг кварцевой трубки, чтобы создать магнитное поле, которое направляет плазму.

Травление водородной плазмой

Одной из форм использования газа в качестве плазменного травления является водородное плазменное травление. Следовательно, подобная экспериментальная установка может быть использована:

Показана кварцевая трубка с ВЧ возбуждением 30 МГц. Он соединен с катушкой вокруг трубки с удельной мощностью 2-10 Вт / см³. В качестве газа в камере используется газ H 2 . Диапазон давления газа 100-300 мкм.

Приложения

Плазменное травление в настоящее время используется для обработки полупроводниковых материалов с целью их использования в производстве электроники. Небольшие детали могут быть вытравлены на поверхности полупроводникового материала для повышения эффективности или улучшения определенных свойств при использовании в электронных устройствах. Например, плазменное травление можно использовать для создания глубоких канавок на поверхности кремния для использования в микроэлектромеханических системах . Это приложение предполагает, что плазменное травление также может сыграть важную роль в производстве микроэлектроники. Точно так же в настоящее время проводятся исследования того, как процесс можно отрегулировать до нанометрового масштаба.

В частности, травление водородной плазмой имеет и другие интересные приложения. При использовании в процессе травления полупроводников, травление водородной плазмой оказалось эффективным для удаления части природных оксидов, обнаруженных на поверхности. Травление водородной плазмой также имеет тенденцию оставлять чистую и химически сбалансированную поверхность, которая идеально подходит для ряда применений.

Кислородно-плазменное травление может быть использовано для анизотропного глубокого травления алмазных наноструктур путем приложения высокого смещения в реакторе индуктивно-связанной плазмы / реактивного ионного травления (ICP / RIE). С другой стороны, использование плазмы смещения кислорода 0 В может быть использовано для изотропного поверхностного торцевания поверхности алмаза с концевым СН.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Plasma Etch - Плазменное травление" . oxinst.com . Проверено 4 февраля 2010 .
  2. ^ a b c Маттокс, Дональд М. (1998). Справочник по обработке методом физического осаждения из паровой фазы (PVD) . Вествуд, Нью-Джерси: Публикация Нойес.
  3. ^ a b c d e f g Кардино, Кристоф; Пеньон, Мари-Клод; Тесье, Пьер-Ив (01.09.2000). «Плазменное травление: принципы, механизмы, применение в микро- и нанотехнологиях». Прикладная наука о поверхности . Наука о поверхности в микро- и нанотехнологиях. 164 (1–4): 72–83. Bibcode : 2000ApSS..164 ... 72С . DOI : 10.1016 / S0169-4332 (00) 00328-7 .
  4. ^ Коберн, JW; Уинтерс, Гарольд Ф. (1979-03-01). «Плазменное травление - обсуждение механизмов». Журнал вакуумной науки и технологий . 16 (2): 391–403. Bibcode : 1979JVST ... 16..391C . DOI : 10.1116 / 1.569958 . ISSN  0022-5355 .
  5. ^ а б в г Чанг, RPH; Чанг, СС; Дарак, С. (1 января 1982 г.). «Водородно-плазменное травление полупроводников и их оксидов». Журнал вакуумной науки и технологий . 20 (1): 45–50. Bibcode : 1982JVST ... 20 ... 45С . DOI : 10.1116 / 1.571307 . ISSN  0022-5355 .
  6. ^ Коберн, JW; Уинтерс, Гарольд Ф. (1979-05-01). «Ионная и электронная химия поверхности газа - важный эффект при плазменном травлении» . Журнал прикладной физики . 50 (5): 3189–3196. Bibcode : 1979JAP .... 50.3189C . DOI : 10.1063 / 1.326355 . ISSN  0021-8979 . S2CID  98770515 .
  7. ^ Зия, AW; Wang, Y. -Q .; Ли, С. (2015). «Влияние физического и химического плазменного травления на смачиваемость поверхности полимерных композитов, армированных углеродным волокном, для применения в костных пластинах». Достижения в полимерной технологии . 34 : н / д. DOI : 10.1002 / adv.21480 .
  8. ^ Васи, А .; Балакришнан, Г .; Ли, SH; Ким, JK; Kim, DG; Kim, TG; Песня, JI (2014). «Обработка металлической подложки аргоновой плазмой и влияние на свойства покрытий из алмазоподобного углерода (DLC)». Crystal Research and Technology . 49 : 55–62. DOI : 10.1002 / crat.201300171 .
  9. ^ Bunshah, Rointan F. (2001). Технологии осаждения пленок и покрытий . Нью-Йорк: Публикация Нойес.
  10. ↑ Кейдзо Сузуки; Садаюки Окудаира; Норриюки Сакудо; Ичиро Каномата (11 ноября 1977 г.). «Микроволновое плазменное травление». Японский журнал прикладной физики . 16 (11): 1979–1984. Bibcode : 1977JaJAP..16.1979S . DOI : 10.1143 / jjap.16.1979 .
  11. ^ Радтке, Мариуш; Нельц, Ричард; Слаблаб, Абдаллах; Ной, Эльке (2019). «Надежное нано-изготовление монокристаллических алмазных фотонных наноструктур для наномасштабного зондирования» . Микромашины . 10 (11): 718. arXiv : 1909.12011 . Bibcode : 2019arXiv190912011R . DOI : 10.3390 / mi10110718 . PMC  6915366 . PMID  31653033 . S2CID  202889135 .
  12. ^ Радтке, Мариуш; Рендер, Лара; Нельц, Ричард; Ной, Эльке (2019). «Плазменная обработка и фотонные наноструктуры для центров мелких вакансий азота в алмазе». Оптические материалы Экспресс . 9 (12): 4716. arXiv : 1909.13496 . Bibcode : 2019arXiv190913496R . DOI : 10.1364 / OME.9.004716 . S2CID  203593249 .

Внешние ссылки