Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

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 мишени или чуть ниже нее, таким образом изменяяфизические свойства цели. [1]

Механизмы [ править ]

Генерация плазмы [ править ]

Плазма - это высокоэнергетическое состояние, в котором может происходить множество процессов. Эти процессы происходят из-за электронов и атомов. Для образования плазмы электроны должны быть ускорены, чтобы получить энергию. Электроны с высокой энергией передают энергию атомам путем столкновений. Из-за этого столкновения могут происходить три различных процесса: [2] [3]

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: [4]

  • генерация химических веществ
  • взаимодействие с окружающими поверхностями

Без плазмы все эти процессы происходили бы при более высокой температуре. Существуют 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. Кроме того, он отличается для разных конструкций реакционной камеры. В простом случае структура электрода симметрична, и образец помещается на заземленный электрод.

Влияния на процесс [ править ]

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. [3] Для некоторых сложных материалов (например, магнитных материалов) летучесть может может быть получен только при увеличении температуры пластины. Основные факторы, влияющие на плазменный процесс: [2] [3] [5]

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

Поверхностное взаимодействие [ править ]

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 в тонком окисленном слое). 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: [3] [6]

  • Волатильность
  • Адсорбция
  • Химическое сродство
  • Ионная бомбардировка
  • Распыление

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 [7], 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. [8]

Типы [ править ]

Давление влияет на процесс плазменного травления. Для плазменного травления в камере должно быть низкое давление, менее 100 Па. Для создания плазмы низкого давления газ должен быть ионизирован. 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). [2] [9]

СВЧ-плазменное травление [ править ]

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

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 [ править ]

Одной из форм использования газа в качестве плазменного травления является водородное плазменное травление. Следовательно, можно использовать подобный экспериментальный прибор: [5]

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 [ править ]

В настоящее время плазменное травление 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. [3] Например, плазменное травление может использоваться 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. [3] Аналогичным образом, в настоящее время проводятся исследования того, как процесс можно отрегулировать до нанометрового масштаба. [3]

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. [5] Травление водородной плазмой также имеет тенденцию оставлять чистую и химически сбалансированную поверхность, что идеально подходит для ряда применений. [5]

Кислородное 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). [11] С другой стороны, использование плазмы смещения кислорода 0 В может быть использовано для изотропного поверхностного торцевания поверхности алмаза с концевым СН. [12]

См. Также [ править ]

  • Список статей по плазме (физике)
  • Плазменная очистка
  • Плазменный травитель

Ссылки [ править ]

  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 покрытия 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 . 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 [ править ]

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