Das Plasmaätzen oder „Plasma etching“

Als Ätzung bezeichnet man den Vorgang, bei dem ein Material von der Oberfläche eines anderen Materials entfernt wird. Es gibt zwei Haupttypen von Ätzungen: Die Nassätzung und die Trockenätzung, auch bekannt als Plasmaätzung. Wenn eine Chemikalie oder ein Ätzmittel verwendet wird, um ein Substratmaterial zu entfernen, nennt man dies Nassätzung. Bei der Plasmaätzung hingegen werden Plasma oder ätzende Gase verwendet, um Substratmaterialien zu entfernen. Es wird auch zur Herstellung einer integrierten Schaltung oder monolithischen integrierten Schaltung verwendet.
Plasmaätzung ist eine Methode, die seit 1985 zur strukturellen Ätzung verwendet wird. Im Vergleich zu anderen Ätztechniken in der Chipfertigung war die Plasmaätzung außerhalb der Mikroelektronik bis 1980 unbekannt. Zu diesem Zeitpunkt wurden neue Ätzprozesse erforscht und eingeführt. Die relativ hohe Erfolgsrate der Plasmaätzung hat sie zur von Herstellern bevorzugten Art des Ätzens werden lassen.

Was ist Plasmaätzung?
In einfachen Worten ausgedrückt ist die Plasma- oder Trockenätzung ein Ätzverfahren, das mit Plasma anstelle eines flüssigen Ätzmittels durchgeführt wird. Der Vorgang ähnelt dem Sputtern. Dabei wird die Oberfläche des Materials geätzt, ohne dass eine Schicht auf das Material aufgebracht werden muss. Die Herausforderung liegt dabei darin, das richtige Plasma zwischen der Elektrode und der Schicht zu erzeugen, die geätzt werden soll. In diesem Fall wird die Schicht korrekt geätzt.
Für eine Plasmaätzung muss der Druck in der Kammer unter 100 pa liegen. Die Ionisierung findet nur in Verbindung mit einer Glimmentladung statt. Die Erregung erfolgt durch eine externe Quelle, die bis zu 30 kW nebst Frequenzen von 50 Hz (DC) bis 5-10 Hz (gepulste DC) und Radio- und Mikrowellenfrequenzen (MHz-GHz) liefern kann.

Typen der Plasmaätzung
Die Plasmaätzung kann in zwei Arten von Prozessen unterteilt werden. Die erste ist eine Mikrowellen-Plasmaätzung, die mit einer Erregung in Mikrowellenfrequenz erfolgt, welche zwischen MHz und GHz liegt. Die zweite ist die Wasserstoff-Plasmaätzung, welche eine Abwandlung der Plasmaätzung ist, bei der Gas und Plasma verwendet wird. Beide Verfahren kommen aktuell in der Verarbeitung von Halbleitermaterialen in der Elektroindustrie zum Einsatz.
Sauerstoffplasmaätzung
Der Prozess der Sauerstoffplasmaätzung erfolgt über Niedrigdruckplasma. Der Sauerstoff wird als Vorläufergas verwendet, das mit einem Wafer in die Vakuumkammer geleitet wird. Dann werden Hochleistungs-Radiowellen in die Kammer gesendet. Die Radiowellen in Kombination mit dem Druck in der Kammer führen zur Ionisierung der Sauerstoffmoleküle, die dann Plasma bilden. Das Sauerstoffplasma ätzt dann den Fotolack und verwandelt diesen in Asche. Um sicherzustellen, dass die Oberfläche frei von Fremdkörpern ist, wird die Asche mit einer Hochdruck-Vakuumpumpe entfernt. Das ist einer der Gründe, warum die Sauerstoffplasmaätzung auch als "Veraschung" bezeichnet wird.

Vorteile der Plasmaätzung
Es ist festgestellt worden, dass die Plasmaätzung zu signifikanten Verbesserungen in der Qualität der Herstellung integrierter Schaltungen führen kann. Im Folgenden sind einige der Vorteile der Plasmaätzung aufgeführt:
• Anders als Säure-Ätzlösungen ist Plasma ein exzellentes Reinigungsmittel, da es alle ungewollten organischen Rückstände von Metalloberflächen entfernen kann.
• Plasmaätzungen erzeugen viel bessere Haftung an der Oberfläche als andere Ätzverfahren.
• Plasmaätzungen sind viel risikoarmer und umweltfreundlicher als traditionelles Säureätzen.
• Durch den Gebrauch von Plasma werden die physischen Eigenschaften des geätzten Materials verbessert.
• Die Plasmaätzung verbessert die chemischen und physischen Eigenschaften von Metallen.

Zusammenfassung
Aufgrund ihrer vielen Vorteile ist abzusehen, dass die Plasmaätzung in der Ätzung von Mikrosystemen und integrierten Schaltungen auch weiterhin über viele Jahre hinweg eine große Rolle spielen wird. In vielen Anwendungsfällen ist die Verwendung von kapazitiv gekoppeltem RF-Plasma die beste Option. In anderen, spezielleren Fällen und insbesondere bei großen Durchmessern kann Niedrigdruckplasma aber eine bessere und effizientere Lösung darstellen. ECR-Plasmas haben einige Einschränkungen, wenn es um den Gebrauch bei großen Substraten geht, sind aber oft die beste Wahl für kleiner Objekte. Induktiv gekoppelte Plasmasysteme mit Planarspulen und geneigtem Substrathalter haben sich als sehr vielseitig erwiesen. Sie zeigen exzellente Ergebnisse bei der Herstellung von integrierten Schaltungen und Mikrosystemen.

Oberflächenbehandlung von Metallen

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