Плазменное травление

Плазменное травление — это форма плазменной обработки , используемая для изготовления интегральных схем . Он заключается в том, что высокоскоростной поток тлеющего разряда ( плазмы ) соответствующей газовой смеси подается (импульсно) на образец. Источник плазмы, известный как травитель, 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 веществами, генерируемыми плазмой. В конце концов атомы элемента выстрела внедряются на поверхность мишени или чуть ниже нее, тем самым изменяя физические свойства мишени. ^[1]

Механизмы

Генерация плазмы

Плазма – это высокоэнергетическое состояние, в котором может происходить множество процессов. Эти процессы происходят за счет электронов и атомов. Для образования плазмы электроны должны быть ускорены, чтобы получить энергию. Высокоэнергетические электроны передают энергию атомам посредством столкновений. В результате этих столкновений могут произойти три различных процесса: ^[2]^[3]

В плазме присутствуют различные виды, такие как электроны, ионы, радикалы и нейтральные частицы. Эти виды постоянно взаимодействуют друг с другом. При плазменном травлении происходят два процесса: ^[4]

образование химических веществ
взаимодействие с окружающими поверхностями

Без плазмы все эти процессы происходили бы при более высокой температуре. Существуют разные способы изменить химию плазмы и получить различные виды плазменного травления или плазменного осаждения. Одним из способов формирования плазмы является использование ВЧ-возбуждения источником питания частотой 13,56 МГц. ^{[ почему? ]}

Режим работы плазменной системы изменится при изменении рабочего давления. Также оно различно для разных конструкций реакционной камеры. В простом случае структура электрода симметрична, и образец располагается на заземленном электроде.

Влияние на процесс

Ключом к разработке успешных сложных процессов травления является поиск подходящего химического состава газового травления, который будет образовывать летучие продукты с травимым материалом, как показано в Таблице 1. ^[3] Для некоторых сложных материалов (например, магнитных материалов) летучесть можно получить только при повышении температуры пластины. Основные факторы, влияющие на плазменный процесс: ^[2]^[3]^[5]

Источник электронов
Давление
Виды газа
Вакуум

Поверхностное взаимодействие

Реакция продуктов зависит от вероятности того, что разнородные атомы, фотоны или радикалы вступят в реакцию с образованием химических соединений. Температура поверхности также влияет на реакцию продуктов. Адсорбция происходит, когда вещество способно собираться и достигать поверхности в конденсированном слое различной толщины (обычно тонкий окисленный слой). Летучие продукты десорбируются в плазменной фазе и способствуют процессу плазменного травления, когда материал взаимодействует с образцом. стены. Если продукты нелетучие, на поверхности материала образуется тонкая пленка. Различные принципы, влияющие на способность образца подвергаться плазменному травлению: ^[3]^[6]

Плазменное травление может изменить углы контакта поверхности, например, с гидрофильной на гидрофобную или наоборот. Сообщается, что аргонно-плазменное травление увеличивает угол контакта с 52 до 68 градусов. ^[7] и кислородно-плазменное травление для уменьшения угла контакта с 52 до 19 градусов для композитов из углепластика для применения в костных пластинах. Сообщается, что плазменное травление снижает шероховатость поверхности с сотен нанометров до 3 нм для металлов. ^[8]

Типы

Давление влияет на процесс плазменного травления. Для плазменного травления в камере должно быть низкое давление, менее 100 Па. Чтобы генерировать плазму низкого давления, газ должен быть ионизирован. Ионизация происходит тлеющим зарядом. Эти возбуждения происходят от внешнего источника, который может выдавать мощность до 30 кВт и частоты от 50 Гц (постоянный ток) до 5–10 Гц (импульсный постоянный ток) до радио- и микроволновых частот (МГц-ГГц). ^[2]^[9]

Микроволновое плазменное травление

Микроволновое травление происходит с помощью источников возбуждения на микроволновой частоте, то есть между МГц и ГГц. Здесь показан один из примеров плазменного травления. ^[10]

Водородно-плазменное травление

Одной из форм использования газа в качестве плазменного травления является травление водородной плазмой. Таким образом, можно использовать такое экспериментальное устройство: ^[5]

Плазменный травитель

Плазменный травитель или инструмент для травления — это инструмент, используемый при производстве полупроводниковых приборов. Плазменный травитель производит плазму из технологического газа, обычно кислорода или фторсодержащего газа, используя высокочастотное электрическое поле , обычно 13,56 МГц . Кремниевая пластина помещается в аппарат плазменного травления и откачивается воздух из технологической камеры с помощью системы вакуумных насосов. Затем вводится технологический газ под низким давлением, который превращается в плазму за счет пробоя диэлектрика .

Удержание плазмы

Промышленные установки плазменного травления часто имеют функцию удержания плазмы, чтобы обеспечить повторяемую скорость травления и точное пространственное распределение в плазме RF радиочастотной Tooltip . ^[11] Одним из методов удержания плазмы является использование свойств дебаевской оболочки — приповерхностного слоя в плазме, аналогичного двойному слою в других жидкостях. Например, если длина дебаевской оболочки на кварцевой детали с прорезью составляет по крайней мере половину ширины щели, оболочка закроет щель и удержит плазму, в то же время позволяя незаряженным частицам проходить через щель.

Приложения

Плазменное травление в настоящее время используется для обработки полупроводниковых материалов с целью их использования в производстве электроники. Небольшие элементы могут быть выгравированы на поверхности полупроводникового материала, чтобы повысить эффективность или улучшить определенные свойства при использовании в электронных устройствах. ^[3] Например, плазменное травление можно использовать для создания глубоких борозд на поверхности кремния для использования в микроэлектромеханических системах . Это применение предполагает, что плазменное травление также может сыграть важную роль в производстве микроэлектроники. ^[3] Аналогичным образом, в настоящее время проводятся исследования того, как этот процесс можно адаптировать к нанометровому масштабу. ^[3]

В частности, водородно-плазменное травление имеет и другие интересные применения. Было показано, что травление водородной плазмой при использовании в процессе травления полупроводников эффективно удаляет части естественных оксидов, обнаруженных на поверхности. ^[5] Травление водородной плазмой также имеет тенденцию оставлять чистую и химически сбалансированную поверхность, что идеально подходит для ряда применений. ^[5]

Кислородно-плазменное травление можно использовать для анизотропного глубокого травления алмазных наноструктур путем применения высокого смещения в реакторе индуктивно-связанной плазмы/реактивного ионного травления (ICP/RIE). ^[12] С другой стороны, использование плазмы смещения кислорода 0 В можно использовать для изотропного завершения поверхности алмаза с концевыми CH-концами. ^[13]

Интегральные схемы

Плазму можно использовать для выращивания пленки диоксида кремния на кремниевой пластине (с использованием кислородной плазмы) или для удаления диоксида кремния с помощью фторсодержащего газа. При использовании в сочетании с фотолитографией диоксид кремния можно выборочно наносить или удалять для отслеживания путей в цепях.

Для формирования интегральных схем необходимо структурировать различные слои. Это можно сделать с помощью плазменного травителя. Перед травлением на поверхность наносится фоторезист , освещается через маску и проявляется. Затем проводят сухое травление, чтобы добиться структурированного травления. После процесса остатки фоторезиста необходимо удалить. Делается это также в специальном плазменном травителе, называемом ашером . ^[14]

Сухое травление позволяет воспроизводимое и равномерное травление всех материалов, используемых в кремниевой и полупроводниковой технологии III-V . Используя индуктивно-связанную плазму/реактивное ионное травление (ICP/RIE), можно наноструктурировать даже самые твердые материалы, такие как, например, алмаз. ^[15]^[16]

Плазменные травители также используются для удаления слоев интегральных схем при анализе отказов .

Печатные платы

Плазма используется для травления печатных плат, включая удаление смазанных переходных отверстий. ^[17]

См. также

Плазменная очистка

Ссылки

^ «Плазменное травление – плазменное травление» . oxinst.com . Проверено 4 февраля 2010 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
^ Jump up to: ^а ^б ^с Мэттокс, Дональд М. (1998). Справочник по обработке методом физического осаждения из паровой фазы (PVD) . Вествуд, Нью-Джерси: Публикация Нойеса.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Кардино, Кристоф; Пеньон, Мари-Клод; Тессье, Пьер-Ив (1 сентября 2000 г.). «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. Бибкод : 2000АпсС..164...72С . дои : 10.1016/S0169-4332(00)00328-7 .
^ Коберн, JW; Уинтерс, Гарольд Ф. (1 марта 1979 г.). «Плазменное травление. Обсуждение механизмов». Журнал вакуумной науки и технологий . 16 (2): 391–403. Бибкод : 1979JVST...16..391C . дои : 10.1116/1.569958 . ISSN 0022-5355 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Чанг, РПХ; Чанг, CC; Дарак, С. (1 января 1982 г.). «Водородно-плазменное травление полупроводников и их оксидов» . Журнал вакуумной науки и технологий . 20 (1): 45–50. Бибкод : 1982JVST...20...45C . дои : 10.1116/1.571307 . ISSN 0022-5355 .
^ Коберн, JW; Уинтерс, Гарольд Ф. (1 мая 1979 г.). «Химия газовой поверхности с ионной и электронной поддержкой - важный эффект при плазменном травлении». Журнал прикладной физики . 50 (5): 3189–3196. Бибкод : 1979JAP....50.3189C . дои : 10.1063/1.326355 . ISSN 0021-8979 . S2CID 98770515 .
^ Зия, AW; Ван, Ю.-Ц.; Ли, С. (2015). «Влияние физического и химического плазменного травления на смачиваемость поверхности полимерных композитов, армированных углеродным волокном, для применения в костных пластинах». Достижения в области полимерных технологий . 34 : н/д. дои : 10.1002/adv.21480 .
^ Васи, А.; Балакришнан, Г.; Ли, Ш.; Ким, Дж. К.; Ким, генеральный директор; Ким, Т.Г.; Сон, Джи (2014). «Аргоноплазменная обработка металлических подложек и влияние на свойства алмазоподобного углеродного покрытия (DLC)». Кристаллические исследования и технологии . 49 (1): 55–62. Бибкод : 2014CryRT..49...55W . дои : 10.1002/crat.201300171 . S2CID 98549070 .
^ Буншах, Ройнтан Ф. (2001). Технологии нанесения пленок и покрытий . Нью-Йорк: Публикация Нойеса.
^ Кейзо Сузуки; Садаюки Окудайра; Норриюки Сакудо; Ичиро Каномата (11 ноября 1977 г.). «СВЧ-плазменное травление». Японский журнал прикладной физики . 16 (11): 1979–1984. Бибкод : 1977JaJAP..16.1979S . дои : 10.1143/jjap.16.1979 .
^ http://www.eecs.berkeley.edu/~lieber/confinedphys20Apr05.pdf. ^{[ только URL-адрес PDF ]}
^ Радтке, Мариуш; Нельц, Ричард; Слаблаб, Абдалла; Ной, Эльке (2019). «Надежное нанопроизводство монокристаллических алмазных фотонных наноструктур для наномасштабного зондирования» . Микромашины . 10 (11): 718. arXiv : 1909.12011 . Бибкод : 2019arXiv190912011R . дои : 10.3390/ми10110718 . ПМК 6915366 . ПМИД 31653033 . S2CID 202889135 .
^ Радтке, Мариуш; Рендер, Лара; Нельц, Ричард; Ной, Эльке (2019). «Плазменная обработка и фотонные наноструктуры для мелких азотных вакансий в алмазе». Оптические материалы Экспресс . 9 (12): 4716. arXiv : 1909.13496 . Бибкод : 2019OMExp...9.4716R . дои : 10.1364/OME.9.004716 . S2CID 203593249 .
^ «Высокие технологии – по всему миру | PVA TePla AG» .
^ Радтке, Мариуш; Нельц, Ричард; Слаблаб, Абдалла; Ной, Эльке (24 октября 2019 г.). «Надежное нанопроизводство монокристаллических алмазных фотонных наноструктур для наномасштабного зондирования» . Микромашины . 10 (11). MDPI AG: 718. arXiv : 1909.12011 . дои : 10.3390/ми10110718 . ISSN 2072-666X . ПМЦ 6915366 . ПМИД 31653033 .
^ Радтке, Мариуш; Рендер, Лара; Нельц, Ричард; Ной, Эльке (21 ноября 2019 г.). «Плазменная обработка и фотонные наноструктуры для мелких азотных вакансий в алмазе» . Оптические материалы Экспресс . 9 (12). Оптическое общество: 4716. arXiv : 1909.13496 . Бибкод : 2019OMExp...9.4716R . дои : 10.1364/ome.9.004716 . ISSN 2159-3930 .
^ Ли, Ын Суок; Пак Хэ II; Байк, Хон Ку; Ли, Се Чжон; Сон, Ки Мун; Хван, Мён Гын; Ха, Чанг Су (2003). «Воздушная плазма для очистки печатных плат» . Технология поверхностей и покрытий . 171 (1–3): 328–332. дои : 10.1016/S0257-8972(03)00295-0 .

Внешние ссылки

http://stage.iupac.org/publications/pac/pdf/1990/pdf/6209x1699.pdf ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[1] «Плазменное травление – плазменное травление» . oxinst.com . Проверено 4 февраля 2010 г. ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}

[:2-2] Jump up to: ^а ^б ^с Мэттокс, Дональд М. (1998). Справочник по обработке методом физического осаждения из паровой фазы (PVD) . Вествуд, Нью-Джерси: Публикация Нойеса.

[:0-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Кардино, Кристоф; Пеньон, Мари-Клод; Тессье, Пьер-Ив (1 сентября 2000 г.). «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. Бибкод : 2000АпсС..164...72С . дои : 10.1016/S0169-4332(00)00328-7 .

[4] Коберн, JW; Уинтерс, Гарольд Ф. (1 марта 1979 г.). «Плазменное травление. Обсуждение механизмов». Журнал вакуумной науки и технологий . 16 (2): 391–403. Бибкод : 1979JVST...16..391C . дои : 10.1116/1.569958 . ISSN 0022-5355 .

[:1-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Чанг, РПХ; Чанг, CC; Дарак, С. (1 января 1982 г.). «Водородно-плазменное травление полупроводников и их оксидов» . Журнал вакуумной науки и технологий . 20 (1): 45–50. Бибкод : 1982JVST...20...45C . дои : 10.1116/1.571307 . ISSN 0022-5355 .

[6] Коберн, JW; Уинтерс, Гарольд Ф. (1 мая 1979 г.). «Химия газовой поверхности с ионной и электронной поддержкой - важный эффект при плазменном травлении». Журнал прикладной физики . 50 (5): 3189–3196. Бибкод : 1979JAP....50.3189C . дои : 10.1063/1.326355 . ISSN 0021-8979 . S2CID 98770515 .

[7] Зия, AW; Ван, Ю.-Ц.; Ли, С. (2015). «Влияние физического и химического плазменного травления на смачиваемость поверхности полимерных композитов, армированных углеродным волокном, для применения в костных пластинах». Достижения в области полимерных технологий . 34 : н/д. дои : 10.1002/adv.21480 .

[8] Васи, А.; Балакришнан, Г.; Ли, Ш.; Ким, Дж. К.; Ким, генеральный директор; Ким, Т.Г.; Сон, Джи (2014). «Аргоноплазменная обработка металлических подложек и влияние на свойства алмазоподобного углеродного покрытия (DLC)». Кристаллические исследования и технологии . 49 (1): 55–62. Бибкод : 2014CryRT..49...55W . дои : 10.1002/crat.201300171 . S2CID 98549070 .

[9] Буншах, Ройнтан Ф. (2001). Технологии нанесения пленок и покрытий . Нью-Йорк: Публикация Нойеса.

[10] Кейзо Сузуки; Садаюки Окудайра; Норриюки Сакудо; Ичиро Каномата (11 ноября 1977 г.). «СВЧ-плазменное травление». Японский журнал прикладной физики . 16 (11): 1979–1984. Бибкод : 1977JaJAP..16.1979S . дои : 10.1143/jjap.16.1979 .

[11] ttp://www.eecs.berkeley.edu/~lieber/confinedphys20Apr05.pdf. ^{[ только URL-адрес PDF ]}

[12] Радтке, Мариуш; Нельц, Ричард; Слаблаб, Абдалла; Ной, Эльке (2019). «Надежное нанопроизводство монокристаллических алмазных фотонных наноструктур для наномасштабного зондирования» . Микромашины . 10 (11): 718. arXiv : 1909.12011 . Бибкод : 2019arXiv190912011R . дои : 10.3390/ми10110718 . ПМК 6915366 . ПМИД 31653033 . S2CID 202889135 .

[13] Радтке, Мариуш; Рендер, Лара; Нельц, Ричард; Ной, Эльке (2019). «Плазменная обработка и фотонные наноструктуры для мелких азотных вакансий в алмазе». Оптические материалы Экспресс . 9 (12): 4716. arXiv : 1909.13496 . Бибкод : 2019OMExp...9.4716R . дои : 10.1364/OME.9.004716 . S2CID 203593249 .

[14] «Высокие технологии – по всему миру | PVA TePla AG» .

[15] Радтке, Мариуш; Нельц, Ричард; Слаблаб, Абдалла; Ной, Эльке (24 октября 2019 г.). «Надежное нанопроизводство монокристаллических алмазных фотонных наноструктур для наномасштабного зондирования» . Микромашины . 10 (11). MDPI AG: 718. arXiv : 1909.12011 . дои : 10.3390/ми10110718 . ISSN 2072-666X . ПМЦ 6915366 . ПМИД 31653033 .

[16] Радтке, Мариуш; Рендер, Лара; Нельц, Ричард; Ной, Эльке (21 ноября 2019 г.). «Плазменная обработка и фотонные наноструктуры для мелких азотных вакансий в алмазе» . Оптические материалы Экспресс . 9 (12). Оптическое общество: 4716. arXiv : 1909.13496 . Бибкод : 2019OMExp...9.4716R . дои : 10.1364/ome.9.004716 . ISSN 2159-3930 .

[17] Ли, Ын Суок; Пак Хэ II; Байк, Хон Ку; Ли, Се Чжон; Сон, Ки Мун; Хван, Мён Гын; Ха, Чанг Су (2003). «Воздушная плазма для очистки печатных плат» . Технология поверхностей и покрытий . 171 (1–3): 328–332. дои : 10.1016/S0257-8972(03)00295-0 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]