Stanford Nanofabrication Facility: Dry Etching - Introduction (Part 1 of 4)

Summary

In diesem Vortrag erklärt Jim McVittie von der Stanford Nanofabrication Facility die Grundlagen des Trocken- oder Plasmaätzens, einem wesentlichen Verfahren in der Nanofabrikation. Trockenätzen nutzt Gase und Plasmen, um Material von Substraten zu entfernen, und bietet im Vergleich zum Nassätzen Vorteile wie eine präzisere Kontrolle der Ätzprofile und eine höhere Selektivität. Plasmaätzen ermöglicht es, hochpräzise Strukturen zu erstellen, indem es Ionen nutzt, die chemische Reaktionen aktivieren. Der Vortrag bietet eine Einführung in die Funktionsweise von Plasmaätzen, seine Anwendungen in der Fertigung und die Bedeutung von Ätzprofil und Selektivität.

Takeaways

• 😀 Dry etching ist ein Gasphasen-Ätzprozess, bei dem Reaktionsgase verwendet werden, um Material von der Oberfläche zu entfernen.
• 😀 Im Vergleich zum Nassätzen bietet das Trockenätzen eine höhere Präzision und Flexibilität, insbesondere durch den Einsatz von Plasmen.
• 😀 Trockenätzen wird häufig in der Nanofabrikation verwendet, um ungewünschte Schichten zu entfernen oder Muster auf Substraten zu erzeugen.
• 😀 Die wichtigsten Schritte im Trockenätzen umfassen das Auftragen eines Fotomasken-Resists, das Patterning und das selektive ätzen des darunterliegenden Materials.
• 😀 Anisotropisches Ätzen erzeugt vertikale Ätzprofile, die das Maskenmuster genau wiedergeben, während isotropisches Ätzen gleichmäßige Etching in alle Richtungen ermöglicht.
• 😀 Near-anisotropisches Ätzen ist die häufigste Form des Ätzens, bei dem eine geringe Neigung oder ein Untercut absichtlich eingeführt wird, um eine bessere Abdeckung zu ermöglichen.
• 😀 Etch-Selektivität ist entscheidend, um sicherzustellen, dass das Maskenmaterial schneller entfernt wird als das zu ätzende Material, ohne die darunterliegende Schicht zu beschädigen.
• 😀 Plasmaätzen bietet Vorteile gegenüber Nassätzen, da es die lokale Erzeugung von reaktiven Spezies wie Fluor ermöglicht, was sicherer ist als der Umgang mit flüssigen Ätzmitteln.
• 😀 Plasmaätzen ermöglicht die Erzeugung von hohen Aspektverhältnissen, bei denen die Tiefe des Ätzens im Verhältnis zur Breite sehr groß ist, was für Nanostrukturen wichtig ist.
• 😀 Ionenbombardierung im Plasma ermöglicht es, die Energie und Richtung der Ionen zu kontrollieren, was für die Erzeugung präziser Ätzprofile und anisotroper Ätzung wichtig ist.

Q & A

Was ist Trockenätzen und wie funktioniert es?

Trockenätzen ist ein Verfahren zur Materialentfernung in der Nanofabrikation, bei dem Gase als Ätzmittel verwendet werden. Die Reaktanten gelangen in Gasform auf die Oberfläche, reagieren mit dieser und erzeugen gasförmige Nebenprodukte, die entfernt werden.

Welche Vorteile bietet die Plasmatechnologie gegenüber der Nassätzung?

Plasmatechnologie bietet Vorteile wie eine höhere Flexibilität bei der Steuerung des Ätzprofils (isotrop, anisotrop und annähernd anisotrop), die Möglichkeit zur lokalen Erzeugung von Reaktanten und die Kontrolle der Ionenenergie sowie der Richtung, was eine präzisere Ätzung ermöglicht.

Wie unterscheidet sich anisotropisches Etzen vom isotropischen Etzen?

Anisotropisches Etzen erfolgt vertikal und ermöglicht eine exakte Nachbildung des Maskenmusters auf der Oberfläche, während isotropisches Etzen zu einer gleichmäßigen Ausbreitung der Ätzung in alle Richtungen führt, was zu einem Unterschnitt führt.

Warum ist die Kontrolle des Ätzprofils wichtig?

Die Kontrolle des Ätzprofils ist entscheidend, um hochpräzise Nanostrukturen zu erzeugen. Ein vertikales Profil ist wichtig für eine exakte Nachbildung der Maskenmuster, während bestimmte Slope und Untercut für Anwendungen wie Schrittabdeckung gewünscht sein können.

Was ist der Unterschied zwischen einer hohen und niedrigen Ätzauswahl?

Die Ätzauswahl ist das Verhältnis der Ätzrate des zu entfernenden Materials zur Rate des verbleibenden Materials. Eine hohe Ätzauswahl ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Maske während des gesamten Ätzprozesses intakt bleibt, bevor das darunterliegende Material erreicht wird.

Wie wird die Plasmatechnologie in der Herstellung von Halbleitern angewendet?

In der Halbleiterfertigung wird die Plasmatechnologie häufig für die Musterübertragung verwendet, bei der Masken die Reaktionsionen blockieren und das Muster auf das Material übertragen wird. Außerdem wird sie zur Reinigung von Oberflächen und zur Aktivierung chemischer Reaktionen genutzt.

Welche Rolle spielen Ionen bei der Plasmatätzung?

Ionen können die Oberfläche bombardieren, was zur Reinigung und Aktivierung chemischer Reaktionen beiträgt. Die Energie und Richtung der Ionen kann kontrolliert werden, um anisotropische Ätzprofile zu erzeugen, indem die chemischen Reaktionen effizienter gesteuert werden.

Warum wird in der Trockenätzung eine hohe Aspect-Ratio angestrebt?

Eine hohe Aspect-Ratio, das Verhältnis von Tiefe zu Breite, ist wichtig, um tiefere Strukturen in einem kleinen Bereich zu erzeugen. Plasmaätzung kann eine Aspect-Ratio von bis zu 40:1 erreichen, was in der Fertigung von Nanostrukturen besonders nützlich ist.

Was passiert bei der Reaktion von Chlor mit Silizium in einer Plasmaumgebung?

In einer Plasmaumgebung wird Chlor in zwei Chloratome gespalten, die dann mit der Siliziumoberfläche reagieren, um Siliciumdichlorid zu bilden. Dieses Produkt kann weiter reagieren und zu stabileren Verbindungen wie Siliciumtetrafluorid führen.

Welche Probleme können bei der Nassätzung auftreten, die bei der Plasmaätzung nicht auftreten?

Die Nassätzung kann Schwierigkeiten beim Maskenschutz und bei der gleichmäßigen Ätzung aufweisen. Im Gegensatz dazu ermöglicht die Plasmaätzung eine gezielte Reaktion und bessere Kontrolle der chemischen Prozesse, wodurch das Problem der Maskenzerstörung minimiert wird.