Введение
Промышленный процесс
Плазменное травление — это вид плазменной обработки, используемый для изготовления интегральных схем. Оно заключается в направленном потоке высокоскоростной плазмы (светящегося разряда) соответствующей газовой смеси, подаваемой на образец в импульсном режиме. Источник плазмы, известный как активные частицы травления, может состоять из заряженных частиц (ионов) или нейтральных частиц (атомов и радикалов). В ходе процесса плазма генерирует летучие продукты травления при комнатной температуре в результате химических реакций между элементами травящегося материала и активными частицами, образующимися в плазме. В конечном итоге атомы травящего элемента внедряются в поверхность обрабатываемого материала или непосредственно под ней, тем самым изменяя его физические свойства.
Типы
Давление оказывает влияние на процесс плазменного травления. Для осуществления плазменного травления камера должна находиться под низким давлением, менее 100 Па. Для генерации плазмы низкого давления необходимо ионизировать газ. Ионизация происходит под воздействием электрического разряда. Эти возбуждения создаются внешним источником, способным обеспечивать мощность до 30 кВт и частоты от 50 Гц (постоянный ток) до 5–10 Гц (импульсный постоянный ток) и далее до радио- и микроволновых частот (МГц, ГГц).
Микроволновая плазменная гравировка
Микроволновое травление происходит при использовании источников возбуждения в микроволновом диапазоне частот, то есть от мегагерц до гигагерц. Здесь показан один из примеров плазменного травления.
Плазменная гравировка водородом
Одной из форм использования газа для плазменного травления является плазменное травление водородом. Поэтому можно использовать следующую экспериментальную установку: один из методов удержания плазмы основан на использовании свойств оболочки Дебая – приповерхностного слоя в плазме, аналогичного двойному слою в других средах. Например, если длина оболочки Дебая на кварцевой детали с прорезями составляет не менее половины ширины прорези, оболочка перекроет прорезь и удержит плазму, при этом позволяя незаряженным частицам проходить сквозь неё.
Приложения
Плазменная гравировка в настоящее время используется для обработки полупроводниковых материалов при производстве электроники. На поверхности полупроводникового материала можно создавать мелкие элементы для повышения эффективности или улучшения определенных свойств при использовании в электронных устройствах. Например, плазменная гравировка может применяться для создания глубоких канавок на поверхности кремния для использования в микроэлектромеханических системах. Это указывает на то, что плазменная гравировка также может играть важную роль в производстве микроэлектроники. Гравировка водородной плазмой, как правило, обеспечивает чистую и химически сбалансированную поверхность, что идеально подходит для многих применений. С другой стороны, использование плазмы с нулевым смещением, содержащей кислород, может использоваться для изотропной пассивации поверхности алмаза, завершенной атомами углерода и водорода.
Интегрированные схемы
Плазму можно использовать для выращивания пленки диоксида кремния на кремниевой пластине (с использованием кислородной плазмы) или для удаления диоксида кремния с помощью газа, содержащего фтор. При использовании в сочетании с фотолитографией диоксид кремния может быть выборочно нанесен или удален для создания трасс для электрических цепей. Для формирования интегральных схем необходимо структурировать различные слои. Это можно сделать с помощью плазменного травления. Перед травлением на поверхность наносится фоторезист, который экспонируется через маску и проявляется. Затем выполняется сухой процесс травления для достижения структурированного травления. После завершения процесса оставшийся фоторезист необходимо удалить. Это также выполняется в специальном плазменном травлении, называемом ашером. Сухое травление обеспечивает воспроизводимое и равномерное травление всех материалов, используемых в кремниевой и III-V полупроводниковой технологиях. С использованием индуктивно связанного плазменного реактивного ионного травления (ICP/RIE) даже самые твердые материалы, например, алмаз, могут быть наноструктурированы. Плазменные травящие установки также используются для разделения слоев интегральных схем при анализе отказов.
Печатные платы
Плазма используется для травления печатных плат, включая удаление окалины из переходных отверстий.