플라즈마 식각

Plasma etching

플라즈마 식각은 집적회로 제작에 사용되는 플라즈마 처리의 한 형태입니다.여기에는 적절한 가스 혼합물의 글로 방전(플라즈마)이 샘플로 고속으로 방출되는 과정이 포함됩니다(펄스).식각종으로 알려진 플라즈마 소스는 충전(이온) 또는 중성(아톰과 라디칼)이 될 수 있습니다.이 과정에서 플라즈마는 상온에서 에칭된 재료의 원소와 플라즈마에 의해 생성된 반응종 간의 화학반응에서 휘발성 에칭 생성물을 생성한다.최종적으로 샷 요소의 원자는 타깃의 표면 또는 바로 아래에 삽입되어 [1]타깃의 물리적 특성을 변경한다.

메커니즘

플라즈마 발생

혈장은 많은 과정이 일어날 수 있는 고에너지 상태입니다.이러한 과정은 전자와 원자 때문에 일어난다.플라즈마를 형성하기 위해서는 에너지를 얻기 위해 전자가 가속되어야 한다.고에너지 전자는 충돌에 의해 에너지를 원자에게 전달한다.이 [2][3]충돌로 인해 다음 3가지 프로세스가 발생할 수 있습니다.

플라즈마에는 전자, 이온, 라디칼, 중성 입자와 같은 다른 종들이 존재한다.그 종들은 끊임없이 서로 교류하고 있다.플라즈마 식각은 크게 [4]두 가지 유형의 상호작용으로 나눌 수 있습니다.

  • 화학종의 발생
  • 주변 표면과의 상호작용

플라즈마가 없다면 모든 과정이 더 높은 온도에서 일어날 것이다.플라즈마 화학을 바꾸고 플라즈마 식각이나 플라즈마 퇴적물을 얻는 방법은 다양합니다.플라즈마를 형성하기 위한 여자 기술 중 하나는 13.56MHz의 전원의 RF 여자 기술을 사용하는 것입니다.

작동 압력이 변경되면 플라즈마 시스템의 작동 모드가 변경됩니다.또한 반응실의 구조마다 다르다.간단한 예에서는 전극 구조가 대칭이며 시료를 접지된 전극 위에 재치한다.

프로세스에 미치는 영향

성공적인 복잡한 식각 공정을 개발하기 위한 열쇠는 표 [3]1과 같이 식각될 재료와 휘발성 제품을 형성할 적절한 가스 식각 화학을 찾는 것이다.일부 어려운 재료(예: 자성 재료)의 경우 웨이퍼 온도가 상승할 때만 휘발성을 얻을 수 있습니다.플라즈마 [2][3][5]공정에 영향을 미치는 주요 요인:

  • 전자원
  • 압력.
  • 가스종
  • 진공.
Halogen-, hydride- and methyl-compounds in plasma etching.png

표면 상호 작용

생성물의 반응은 서로 다른 원자, 광자 또는 라디칼이 화학 화합물을 형성하기 위해 반응할 가능성에 따라 달라집니다.표면의 온도도 제품의 반응에 영향을 미칩니다.흡착은 두께(일반적으로 얇은 산화층)에 걸쳐 물질이 응축된 층으로 모여 표면에 도달할 수 있을 때 발생합니다.휘발성 제품은 플라즈마 단계에서 흡수되며 물질이 샘플의 벽과 상호작용할 때 플라즈마 식각 과정을 돕습니다.휘발성이 없는 제품은 재료 표면에 얇은 막이 형성됩니다.샘플의 플라즈마 [3][6]식각 능력에 영향을 미치는 여러 가지 원리:

플라즈마 식각은 친수성에서 소수성으로 또는 그 반대로 표면 접촉각을 변경할 수 있습니다.아르곤 플라즈마 식각은 52도에서 68도로,[7] 산소 플라즈마 식각은 52도에서 19도로 접각을 줄이는 뼈판용 컴포지트입니다.플라즈마 식각은 표면 거칠기를 수백 나노미터에서 [8]금속의 경우 3 nm까지 줄이는 것으로 보고되었습니다.

종류들

압력은 플라즈마 식각 프로세스에 영향을 미칩니다.플라즈마 에칭이 발생하려면 챔버가 100Pa 미만의 저압 상태여야 합니다.저압 플라즈마를 생성하기 위해서는 가스가 이온화되어야 한다.이온화는 글로우 전하에 의해 발생합니다.이러한 들뜸은 외부 소스에 의해 발생하며, 외부 소스는 최대 30kW의 주파수와 5~10Hz(펄스 dc)에서 무선 및 마이크로파 주파수(MHz-GHz)[2][9]까지 50Hz(dc)의 주파수를 전달할 수 있습니다.

마이크로파 플라즈마 식각

마이크로파 식각은 마이크로파 주파수의 들뜸원(MHz와 GHz 사이)에서 발생합니다.플라즈마 식각의 예를 다음에 나타냅니다.[10]

마이크로파 플라즈마 식각 장치.마이크로파는 2.45GHz로 동작합니다.이 주파수는 마그네트론에 의해 생성되며 직사각형 및 원형 도파관을 통해 방전됩니다.방전 영역은 내경 66mm의 석영 튜브 안에 있습니다.2개의 코일과 영구 자석이 석영관에 감겨 플라즈마를 유도하는 자기장을 생성한다.

수소 플라즈마 식각

가스를 플라즈마 식각으로 사용하는 한 가지 형태는 수소 플라즈마 식각이다.따라서 다음과 같은 실험 장치를 사용할 [5]수 있습니다.

RF 들뜸이 30MHz인 석영관이 표시되어 있습니다.2-10 W/cm†의 전력 밀도를 가진 튜브 주변의 코일과 결합됩니다.가스 종류는 챔버 내의 H 가스입니다2.가스 압력 범위는 100~300um입니다.

플라즈마 등

플라즈마 Etcher 또는 식각 도구는 반도체 장치 생산에 사용되는 도구입니다.플라즈마 등은 고주파 전기장(일반적으로 13.56MHz)을 사용하여 프로세스 가스(일반적으로 산소 또는 불소 함유 가스)에서 플라즈마를 생성합니다.플라즈마 등에 실리콘 웨이퍼를 배치하고 진공펌프 시스템을 이용해 프로세스 챔버에서 공기를 배출한다.그런 다음 저압에서 프로세스 가스가 도입되어 유전 파괴를 통해 플라즈마로 들뜨게 됩니다.

플라즈마 구속

산업용 플라즈마 [11]Ether는 종종 플라즈마 내에서 반복 가능한 식각 속도와 정확한 공간 분포를 가능하게 하는 플라즈마 구속을 특징으로 한다.플라즈마를 고정하는 한 가지 방법은 플라즈마의 표면층인 Debye 피복의 특성을 사용하는 것입니다.Debye 피복은 다른 유체의 이중층과 유사합니다.예를 들어 슬롯 석영 부분의 Debye 시스 길이가 슬롯 폭의 절반 이상일 경우 시스는 슬롯을 닫고 플라즈마를 제한하면서 비전하 입자가 슬롯을 통과할 수 있도록 합니다.

적용들

플라즈마 식각은 현재 전자제품 제조에 사용되는 반도체 재료를 가공하는 데 사용됩니다.반도체 재료의 표면에 작은 피처를 식각하여 전자 [3]디바이스에서 사용할 때 보다 효율적이거나 특정 특성을 향상시킬 수 있다.예를 들어, 플라즈마 식각은 실리콘 표면에 마이크로 전기 공학 시스템에 사용하기 위한 깊은 트렌치를 만드는 데 사용될 수 있습니다.플라즈마 식각은 마이크로일렉트로닉스 [3]생산에도 큰 역할을 할 수 있는 가능성을 시사한다.마찬가지로, 현재 나노미터 [3]척도에 맞춰 공정을 조정할 수 있는 방법에 대한 연구가 진행 중이다.

특히 수소 플라즈마 식각은 다른 흥미로운 응용 분야를 가지고 있다.수소 플라즈마 에칭은 반도체를 식각하는 과정에서 [5]표면에서 발견되는 천연 산화물 일부를 제거하는 데 효과가 있는 것으로 나타났다.또한 수소 플라즈마 식각은 깨끗하고 화학적으로 균형 잡힌 표면을 남기는 경향이 있으며, 이는 다양한 [5]용도에 이상적입니다.

산소 플라즈마 식각은 유도결합 플라즈마/반응이온 식각([12]ICP/RIE) 원자로에서 높은 바이어스를 적용함으로써 다이아몬드 나노 구조의 이방성 딥 식각에 사용할 수 있다.한편 C-H 종단 다이아몬드 [13]표면의 등방성 표면 종단에는 산소 0V 바이어스 플라즈마를 이용할 수 있다.

집적회로

플라즈마는 실리콘 웨이퍼 상에서 이산화규소막을 성장시키는 데 사용하거나(산소 플라즈마를 사용), 불소 베어링 가스를 사용하여 이산화규소를 제거하는 데 사용할 수 있습니다.포토 리소그래피와 함께 사용하면 이산화규소를 선택적으로 적용하거나 제거하여 회로 경로를 추적할 수 있습니다.

집적회로의 형성을 위해서는 다양한 층을 구조화할 필요가 있다.이것은 플라즈마 등으로 할 수 있습니다.식각 전에 포토 레지스트를 표면에 퇴적시켜 마스크를 통해 조명하고 현상한다.그런 다음 구조화된 에칭이 이루어지도록 드라이 에칭이 수행됩니다.처리 후 남은 포토 레지스트를 제거해야 합니다.이것은 또한 [14]애셔라고 불리는 특별한 플라즈마 등에서 행해진다.

드라이 에칭은 실리콘 및 III-V 반도체 기술에 사용되는 모든 재료에 대해 재현 가능하고 균일한 에칭을 가능하게 합니다.유도 결합 플라즈마/반응 이온 식각(ICP/RIE)을 사용하면 다이아몬드 등의 가장 단단한 물질도 나노 [15][16]구조화할 수 있습니다.

플라즈마 Ether는 고장 해석 시 집적회로의 적층 해제에도 사용됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ "Plasma Etch - Plasma Etching". oxinst.com. Retrieved 2010-02-04.
  2. ^ a b c Mattox, Donald M. (1998). Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) Processing. Westwood, New Jersey: Noyes Publication.
  3. ^ a b c d e f g Cardinaud, Christophe; Peignon, Marie-Claude; Tessier, Pierre-Yves (2000-09-01). "Plasma etching: principles, mechanisms, application to micro- and nano-technologies". Applied Surface Science. Surface Science in Micro & Nanotechnology. 164 (1–4): 72–83. Bibcode:2000ApSS..164...72C. doi:10.1016/S0169-4332(00)00328-7.
  4. ^ Coburn, J. W.; Winters, Harold F. (1979-03-01). "Plasma etching—A discussion of mechanisms". 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, R. P. H.; Chang, C. C.; Darac, S. (1982-01-01). "Hydrogen plasma etching of semiconductors and their oxides". Journal of Vacuum Science & Technology. 20 (1): 45–50. Bibcode:1982JVST...20...45C. doi:10.1116/1.571307. ISSN 0022-5355.
  6. ^ Coburn, J. W.; Winters, Harold F. (1979-05-01). "Ion- and electron-assisted gas-surface chemistry—An important effect in plasma etching". Journal of Applied Physics. 50 (5): 3189–3196. Bibcode:1979JAP....50.3189C. doi:10.1063/1.326355. ISSN 0021-8979. S2CID 98770515.
  7. ^ Zia, A. W.; Wang, Y. -Q.; Lee, S. (2015). "Effect of Physical and Chemical Plasma Etching on Surface Wettability of Carbon Fiber-Reinforced Polymer Composites for Bone Plate Applications". Advances in Polymer Technology. 34: n/a. doi:10.1002/adv.21480.
  8. ^ Wasy, A.; Balakrishnan, G.; Lee, S. H.; Kim, J. K.; Kim, D. G.; Kim, T. G.; Song, J. I. (2014). "Argon plasma treatment on metal substrates and effects on diamond-like carbon (DLC) coating properties". Crystal Research and Technology. 49: 55–62. doi:10.1002/crat.201300171. S2CID 98549070.
  9. ^ Bunshah, Rointan F. (2001). Deposition Technologies for Films and Coatings. New York: Noyes Publication.
  10. ^ Keizo Suzuki; Sadayuki Okudaira; Norriyuki Sakudo; Ichiro Kanomata (Nov 11, 1977). "Microwave Plasma Etching". Japanese Journal of Applied Physics. 16 (11): 1979–1984. Bibcode:1977JaJAP..16.1979S. doi:10.1143/jjap.16.1979.
  11. ^ http://www.eecs.berkeley.edu/~lierber/confinedphys20Apr05.pdf[베어 URL PDF]
  12. ^ Radtke, Mariusz; Nelz, Richard; Slablab, Abdallah; Neu, Elke (2019). "Reliable Nanofabrication of Single-Crystal Diamond Photonic Nanostructures for Nanoscale Sensing". Micromachines. 10 (11): 718. arXiv:1909.12011. Bibcode:2019arXiv190912011R. doi:10.3390/mi10110718. PMC 6915366. PMID 31653033. S2CID 202889135.
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  14. ^ "Hochtechnologie - Weltweit PVA TePla AG".
  15. ^ Radtke, Mariusz; Nelz, Richard; Slablab, Abdallah; Neu, Elke (2019-10-24). "Reliable Nanofabrication of Single-Crystal Diamond Photonic Nanostructures for Nanoscale Sensing". Micromachines. MDPI AG. 10 (11): 718. arXiv:1909.12011. doi:10.3390/mi10110718. ISSN 2072-666X. PMC 6915366. PMID 31653033.
  16. ^ Radtke, Mariusz; Render, Lara; Nelz, Richard; Neu, Elke (2019-11-21). "Plasma treatments and photonic nanostructures for shallow nitrogen vacancy centers in diamond". Optical Materials Express. The Optical Society. 9 (12): 4716. arXiv:1909.13496. Bibcode:2019OMExp...9.4716R. doi:10.1364/ome.9.004716. ISSN 2159-3930.

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