Incisione al plasma - Plasma etching

L'incisione al plasma è una forma di lavorazione al plasma utilizzata per fabbricare circuiti integrati . Implica un flusso ad alta velocità di scarica luminescente ( plasma ) di una miscela di gas appropriata che viene sparata (in impulsi) a un campione. La sorgente di plasma, nota come specie etch, può essere carica ( ioni ) o neutra ( atomi e radicali ). Durante il processo, il plasma genera prodotti di attacco volatili a temperatura ambiente dalle reazioni chimiche tra gli elementi del materiale inciso e le specie reattive generate dal plasma. Alla fine gli atomi dell'elemento sparato si incastrano in corrispondenza o appena al di sotto della superficie del bersaglio, modificando così le proprietà fisiche del bersaglio.

meccanismi

Generazione di plasma

Un plasma è una condizione ad alta energia in cui possono verificarsi molti processi. Questi processi avvengono a causa di elettroni e atomi. Per formare il plasma gli elettroni devono essere accelerati per guadagnare energia. Gli elettroni altamente energetici trasferiscono l'energia agli atomi per collisione. A causa di queste collisioni possono verificarsi tre diversi processi:

Diverse specie sono presenti nel plasma come elettroni, ioni, radicali e particelle neutre. Queste specie interagiscono tra loro costantemente. L'incisione al plasma può essere suddivisa in due principali tipi di interazione:

  • generazione di specie chimiche
  • interazione con le superfici circostanti

Senza un plasma, tutti questi processi avverrebbero a una temperatura più elevata. Esistono diversi modi per modificare la chimica del plasma e ottenere diversi tipi di incisione al plasma o deposizioni di plasma. Una delle tecniche di eccitazione per formare un plasma consiste nell'utilizzare l'eccitazione RF di una fonte di alimentazione di 13,56 MHz.

La modalità di funzionamento del sistema al plasma cambierà se la pressione di esercizio cambia. Inoltre, è diverso per le diverse strutture della camera di reazione. Nel caso semplice, la struttura dell'elettrodo è simmetrica e il campione viene posizionato sull'elettrodo con messa a terra.

Influenze sul processo

La chiave per sviluppare processi di incisione complessi di successo è trovare la chimica di incisione con gas appropriata che formerà prodotti volatili con il materiale da incidere come mostrato nella Tabella 1. Per alcuni materiali difficili (come i materiali magnetici), la volatilità può essere ottenuta solo quando la temperatura del wafer viene aumentata. I principali fattori che influenzano il processo al plasma:

  • Sorgente di elettroni
  • Pressione
  • specie di gas
  • Vuoto
Composti alogeni, idruri e metilici nel plasma etching.png

Interazione di superficie

La reazione dei prodotti dipende dalla probabilità che atomi, fotoni o radicali dissimili reagiscano per formare composti chimici. La temperatura della superficie influenza anche la reazione dei prodotti. L'adsorbimento si verifica quando una sostanza è in grado di raccogliersi e raggiungere la superficie in uno strato condensato, di spessore variabile (solitamente uno strato sottile e ossidato). I prodotti volatili si desorbono nella fase plasmatica e aiutano il processo di attacco al plasma poiché il materiale interagisce con il campione pareti. Se i prodotti non sono volatili, si formerà un film sottile sulla superficie del materiale. Diversi principi che influenzano la capacità di un campione per l'incisione al plasma:

L'incisione al plasma può modificare gli angoli di contatto della superficie, ad esempio da idrofilo a idrofobo o viceversa. L'incisione al plasma di argon ha riportato di migliorare l'angolo di contatto da 52 gradi a 68 gradi e, l'incisione al plasma di ossigeno per ridurre l'angolo di contatto da 52 gradi a 19 gradi per i compositi CFRP per applicazioni con piastre ossee. È stato riportato che l'incisione al plasma riduce la rugosità superficiale da centinaia di nanometri fino a 3 nm per i metalli.

tipi

La pressione influenza il processo di incisione al plasma. Affinché avvenga l'incisione al plasma, la camera deve essere a bassa pressione, inferiore a 100 Pa. Per generare plasma a bassa pressione, il gas deve essere ionizzato. La ionizzazione avviene per carica luminescente. Tali eccitazioni avvengono da una sorgente esterna, che può fornire fino a 30 kW e frequenze da 50 Hz (cc) oltre 5-10 Hz (cc pulsata) alla frequenza radio e microonde (MHz-GHz).

Incisione al plasma a microonde

L'incisione a microonde avviene con una sorgente di eccitazione nella frequenza delle microonde, quindi tra MHz e GHz. Un esempio di incisione al plasma è mostrato qui.

Un apparato di incisione al plasma a microonde. Il microonde funziona a 2,45 GHz. Questa frequenza è generata da un magnetron e si scarica attraverso una guida d'onda rettangolare e una rotonda. L'area di scarico è in un tubo di quarzo con un diametro interno di 66 mm. Due bobine e un magnete permanente sono avvolti attorno al tubo di quarzo per creare un campo magnetico che dirige il plasma.

Incisione al plasma con idrogeno

Una forma per utilizzare il gas come incisione al plasma è l'incisione al plasma di idrogeno. Pertanto, un apparato sperimentale come questo può essere utilizzato:

Viene mostrato un tubo al quarzo con un'eccitazione rf di 30 MHz. È accoppiato con una bobina attorno al tubo con una densità di potenza di 2-10 W/cm³. La specie di gas è il gas H 2 nella camera. La gamma della pressione del gas è 100-300 um.

Applicazioni

L'incisione al plasma è attualmente utilizzata per elaborare materiali semiconduttori per il loro utilizzo nella fabbricazione di componenti elettronici. Piccole caratteristiche possono essere incise sulla superficie del materiale semiconduttore per essere più efficienti o migliorare determinate proprietà quando utilizzate in dispositivi elettronici. Ad esempio, l'incisione al plasma può essere utilizzata per creare trincee profonde sulla superficie del silicio per usi nei sistemi microelettromeccanici . Questa applicazione suggerisce che l'incisione al plasma ha anche il potenziale per svolgere un ruolo importante nella produzione di microelettronica. Allo stesso modo, sono attualmente in corso ricerche su come adattare il processo alla scala nanometrica.

L'incisione al plasma con idrogeno, in particolare, ha altre interessanti applicazioni. Quando utilizzato nel processo di incisione di semiconduttori, l'incisione con plasma di idrogeno ha dimostrato di essere efficace nella rimozione di porzioni di ossidi nativi trovati sulla superficie. L'incisione al plasma con idrogeno tende inoltre a lasciare una superficie pulita e chimicamente equilibrata, ideale per numerose applicazioni.

L'incisione al plasma con ossigeno può essere utilizzata per l'incisione profonda anisotropica di nanostrutture di diamante mediante l'applicazione di un'elevata polarizzazione in un reattore di incisione plasma/reattivo ioni (ICP/RIE) accoppiato induttivamente. D'altra parte, l'uso di plasmi di polarizzazione 0V di ossigeno può essere utilizzato per la terminazione superficiale isotropica della superficie del diamante con terminazione CH.

Guarda anche

Riferimenti

  1. ^ "Incisione al plasma - Incisione al plasma" . oxinst.com . Estratto 04/02/2010 .
  2. ^ a b c Mattox, Donald M. (1998). Manuale dell'elaborazione della deposizione fisica da vapore (PVD) . Westwood, New Jersey: pubblicazione Noyes.
  3. ^ a b c d e f g Cardinaud, Christophe; Peignon, Marie-Claude; Tessier, Pierre-Yves (2000-09-01). "Acquaforte al plasma: principi, meccanismi, applicazioni alle micro e nanotecnologie". Scienza delle superfici applicata . Scienza delle superfici in micro e nanotecnologie. 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). "Acquaforte al plasma: una discussione sui meccanismi". Giornale di scienza e tecnologia del vuoto . 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). "Acquaforte al plasma con idrogeno di semiconduttori e loro ossidi". Giornale di scienza e tecnologia del vuoto . 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). "Chimica della superficie del gas assistita da ioni ed elettroni: un effetto importante nell'incisione al plasma" . Giornale di fisica applicata . 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). "Effetto dell'incisione al plasma fisica e chimica sulla bagnabilità superficiale di compositi polimerici rinforzati con fibra di carbonio per applicazioni di piastre ossee". Progressi nella tecnologia dei polimeri . 34 : non disponibile. doi : 10.1002/adv.21480 .
  8. ^ Wasy, A.; Balakrishnan, G.; Lee, SH; Kim, JK; Kim, DG; Kim, TG; Canzone, JI (2014). "Trattamento al plasma di argon su substrati metallici ed effetti sulle proprietà di rivestimento del carbonio simile al diamante (DLC)". Ricerca e tecnologia dei cristalli . 49 : 55-62. doi : 10.1002/crat.201300171 .
  9. ^ Bunshah, Rointan F. (2001). Tecnologie di deposizione per film e rivestimenti . New York: pubblicazione Noyes.
  10. ^ Keizo Suzuki; Sadayuki Okudaira; Norriyuki Sakudo; Ichiro Kanomata (11 novembre 1977). "Incisione al plasma a microonde". Giornale giapponese di fisica applicata . 16 (11): 1979-1984. Bibcode : 1977JaJAP..16.1979S . doi : 10.1143/jjap.16.1979 .
  11. ^ Radtke, Mariusz; Nelz, Richard; Slablab, Abdallah; Neu, Elke (2019). "Nanofabbricazione affidabile di nanostrutture fotoniche di diamante a cristallo singolo per il rilevamento su scala nanometrica" . Micromacchine . 10 (11): 718. arXiv : 1909.12011 . Bibcode : 2019arXiv190912011R . doi : 10.3390/mi10110718 . PMC  6915366 . PMID  31653033 . S2CID  202889135 .
  12. ^ Radtke, Mariusz; Render, Lara; Nelz, Richard; Neu, Elke (2019). "Trattamenti al plasma e nanostrutture fotoniche per centri vacanti di azoto poco profondi in diamante". Materiali ottici espresso . 9 (12): 4716. arXiv : 1909.13496 . Bibcode : 2019arXiv190913496R . doi : 10.1364/OME.9.004716 . S2CID  203593249 .

link esterno