Gravura de plasma - Plasma etching

A gravação a plasma é uma forma de processamento de plasma usada para fabricar circuitos integrados . Envolve um fluxo de alta velocidade de descarga cintilante ( plasma ) de uma mistura de gás apropriada sendo disparada (em pulsos) em uma amostra. A fonte de plasma, conhecida como espécie etch, pode ser carregada ( íons ) ou neutra ( átomos e radicais ). Durante o processo, o plasma gera produtos de corrosão voláteis em temperatura ambiente a partir das reações químicas entre os elementos do material gravado e as espécies reativas geradas pelo plasma. Eventualmente, os átomos do elemento de tiro se incorporam na superfície do alvo ou logo abaixo dela, modificando assim as propriedades físicas do alvo.

Mecanismos

Geração de plasma

Um plasma é uma condição de alta energia na qual muitos processos podem ocorrer. Esses processos acontecem por causa de elétrons e átomos. Para formar os elétrons do plasma devem ser acelerados para ganhar energia. Elétrons altamente energéticos transferem a energia para os átomos por meio de colisões. Três processos diferentes podem ocorrer devido a essas colisões:

Diferentes espécies estão presentes no plasma, como elétrons, íons, radicais e partículas neutras. Essas espécies estão interagindo entre si constantemente. A gravação de plasma pode ser dividida em dois tipos principais de interação:

  • geração de espécies químicas
  • interação com as superfícies circundantes

Sem um plasma, todos esses processos ocorreriam em uma temperatura mais alta. Existem diferentes maneiras de alterar a química do plasma e obter diferentes tipos de corrosão ou deposição de plasma. Uma das técnicas de excitação para formar um plasma é usando a excitação de RF de uma fonte de energia de 13,56 MHz.

O modo de operação do sistema de plasma mudará se a pressão de operação mudar. Além disso, é diferente para diferentes estruturas da câmara de reação. No caso simples, a estrutura do eletrodo é simétrica e a amostra é colocada sobre o eletrodo aterrado.

Influências no processo

A chave para desenvolver processos de gravação complexos bem-sucedidos é encontrar a química de gravação a gás apropriada que formará produtos voláteis com o material a ser gravado, conforme mostrado na Tabela 1. Para alguns materiais difíceis (como materiais magnéticos), a volatilidade só pode ser obtida quando a temperatura do wafer é aumentada. Os principais fatores que influenciam o processo de plasma:

  • Fonte de elétron
  • Pressão
  • Espécies de gás
  • Vácuo
Compostos de halogênio, hidreto e metil em condicionamento de plasma.png

Interação de superfície

A reação dos produtos depende da probabilidade de átomos, fótons ou radicais diferentes reagirem para formar compostos químicos. A temperatura da superfície também afeta a reação dos produtos. A adsorção acontece quando uma substância é capaz de se reunir e atingir a superfície em uma camada condensada, variando em espessura (geralmente uma camada fina e oxidada). Os produtos voláteis são dessorvidos na fase de plasma e auxiliam no processo de corrosão do plasma conforme o material interage com a amostra paredes. Se os produtos não forem voláteis, uma película fina se formará na superfície do material. Diferentes princípios que afetam a capacidade de uma amostra de corrosão de plasma:

A gravação a plasma pode alterar os ângulos de contato da superfície, como hidrofílico para hidrofóbico, ou vice-versa. A corrosão por plasma de argônio relatou melhorar o ângulo de contato de 52 graus a 68 graus, e a corrosão por plasma de oxigênio para reduzir o ângulo de contato de 52 graus a 19 graus para compósitos CFRP para aplicações de placa óssea. Foi relatado que a gravação a plasma reduz a rugosidade da superfície de centenas de nanômetros para até 3 nm para metais.

Tipos

A pressão influencia o processo de condicionamento do plasma. Para que a corrosão por plasma aconteça, a câmara deve estar sob baixa pressão, inferior a 100 Pa. Para gerar plasma de baixa pressão, o gás deve ser ionizado. A ionização acontece por uma carga de brilho. Essas excitações acontecem por uma fonte externa, que pode fornecer até 30 kW e frequências de 50 Hz (dc) em 5–10 Hz (dc pulsada) a frequência de rádio e microondas (MHz-GHz).

Gravura de plasma de micro-ondas

A gravação de micro-ondas ocorre com fontes de excitação na frequência de micro-ondas, ou seja, entre MHz e GHz. Um exemplo de gravação de plasma é mostrado aqui.

Um aparelho de gravação por plasma de micro-ondas. O microondas opera a 2,45 GHz. Essa frequência é gerada por um magnetron e descarrega através de um guia de ondas retangular e redondo. A área de descarga está em um tubo de quartzo com diâmetro interno de 66 mm. Duas bobinas e um ímã permanente são enrolados ao redor do tubo de quartzo para criar um campo magnético que direciona o plasma.

Gravura de plasma de hidrogênio

Uma forma de usar gás como corrosão por plasma é a corrosão por plasma de hidrogênio. Portanto, um aparato experimental como este pode ser usado:

Um tubo de quartzo com excitação rf de 30 MHz é mostrado. Ele é acoplado a uma bobina ao redor do tubo com densidade de potência de 2 a 10 W / cm³. A espécie de gás é o gás H 2 na câmara. A faixa de pressão do gás é de 100-300 um.

Formulários

A gravação a plasma é atualmente usada para processar materiais semicondutores para seu uso na fabricação de eletrônicos. Pequenos recursos podem ser gravados na superfície do material semicondutor para serem mais eficientes ou aprimorar certas propriedades quando usados ​​em dispositivos eletrônicos. Por exemplo, gravação de plasma pode ser usada para criar valas profundas na superfície do silício para uso em sistemas microeletromecânicos . Esta aplicação sugere que a corrosão por plasma também tem o potencial de desempenhar um papel importante na produção de microeletrônica. Da mesma forma, pesquisas estão sendo feitas sobre como o processo pode ser ajustado à escala nanométrica.

A corrosão por plasma de hidrogênio, em particular, tem outras aplicações interessantes. Quando usado no processo de corrosão de semicondutores, a corrosão por plasma de hidrogênio tem se mostrado eficaz na remoção de porções de óxidos nativos encontrados na superfície. A corrosão por plasma de hidrogênio também tende a deixar uma superfície limpa e quimicamente balanceada, o que é ideal para uma série de aplicações.

O ataque com plasma de oxigênio pode ser usado para o ataque profundo anisotrópico de nanoestruturas de diamante pela aplicação de alta polarização no reator de plasma acoplado indutivamente / ataque de íon reativo (ICP / RIE). Por outro lado, o uso de plasmas de polarização de oxigênio 0V pode ser usado para terminação de superfície isotrópica de superfície de diamante terminada em CH.

Veja também

Referências

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