Was ist Plasmaätzen?
Das Plasmaätzen bezieht sich auf eine Technik, bei der ein Hochvakuumplasma verwendet wird, um ein Gas in einem Vakuumgefäß zu plasmatisieren, und die chemische Reaktion und die beschleunigten Ionen dazu verwendet werden, die Schicht abzukratzen und zu entfernen, und gilt als typisches Trockenätzverfahren.
Der Begriff „trocken“ wird verwendet, weil beim Trockenätzen keine chemische Lösung verwendet wird, während beim Nassätzen eine chemische Lösung zum Einsatz kommt.
Das Plasmaätzen ist aufgrund seiner Überlegenheit beim anisotropen Ätzen zu einer wesentlichen Technologie für die Miniaturisierung und Hochintegration von Halbleitern geworden.
Die neuesten Anlagen erfordern jedoch eine Kontrolle in Einheiten von mehreren 10 nm, und obwohl es sich um extrem teure Anlagen handelt, stellt die Notwendigkeit, ständig mit den neuesten Anlagen im Einklang mit den Prozessen der nächsten Generation Schritt zu halten, ein großes Problem dar.
Anwendungen von Plasmaätzen
Plasmaätzen wird in der Halbleiterfertigung eingesetzt.
Es wird im Allgemeinen in Reinräumen verwendet. Insbesondere im Zuge der fortschreitenden Miniaturisierung werden Halbleiterfertigungsprozesse ferngesteuert und ohne menschliches Eingreifen durchgeführt, da die Staubentwicklung allein durch die Anwesenheit einer Person in sauberer Kleidung in der Nähe zu Fehlern führen kann.
Außerdem erfolgt das Plasmaätzen häufig nach dem Fotoprozess (Auftragen des Fotolacks, Belichtung und Entwicklung mit Maske), der je nach Art des Halbleiters viele Male wiederholt werden muss, um ein einziges Produkt herzustellen.
Funktionsweise des Plasmaätzens
Die Bezeichnung richtet sich nach der Methode, mit der das Plasma erzeugt wird, und umfasst RIE (reaktives Ionenätzen), ECR (Elektronenzyklotronresonanz), ICP (induktiv gekoppeltes Plasmaverfahren) und CCP (kapazitiv gekoppeltes Plasmaverfahren).
Bei der grundlegenden RIE-Methode ist die Oberfläche eines Si-Substrats in der Regel mit SiO2 beschichtet.
Als Ätzgas wird ein Gasgemisch aus CF4 und Ar hergestellt und in der Vakuumkammer wird ein Plasma erzeugt (Erzeugung von CFx+-Ionen oder Ar+-Ionen).
Anschließend wird der Wafer aufgeladen, und die erzeugten CFx+- und Ar+-Ionen stoßen mit der SiO2-Oberfläche zusammen und brechen die SiO2-Molekülbindungen auf.
Dabei wird ein Teil der kinetischen Energie des Zusammenstoßes in Wärmeenergie umgewandelt, was die Reaktion weiter beschleunigt (ionenunterstützte Reaktion).
Infolgedessen werden flüchtige Substanzen wie SiF4 und CO desorbiert, und das Ätzen schreitet voran, wobei die Richtung des Ätzens von der Richtung der einfallenden Ionen abhängt, was ein anisotropes Ätzen ermöglicht.
Da sich die wirksamen Gase und Gasgemische natürlich je nach zu ätzender Substanz unterscheiden, ist die Suche nach einem Gas, das als Katalysator wirkt, um die Anisotropie zu erhöhen, ein wichtiger Aspekt zur Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit.