Kernkompetenz

Unsere über die letzten Jahrzehnte gewachsene Kernkompetenz ist das Verstehen der Vorgänge innerhalb eines Plasmas bei Anwendung auf Substraten mit anorganischen Schichten, wie sie bei der Herstellung von Halbleiter- , mikro-mechanischen oder opto-elektronischen Bauelementen verwendet werden.

 

Eigenschaften eines Plasmas

Polarlichter als Sinnbild für den vierten Aggregatzustand

Ein Plasma (auch als vierter Aggregatzustand bezeichnet) entsteht, wenn man einem Gas erhebliche Energie zuführt. Die hinzugefügte Energie wird von den Atomen und Molekülen absorbiert und führt zu deren Ionisation. Außerdem werden sogenannte Radikale erzeugt, die zwar keine elektrische Ladung aber eine hohe chemische Affinität besitzen. Diese Ionen und Radikale werden nun zur chemischen Reaktion benutzt, um das gewünschte Prozessergebnis zu erzielen. Eine einfache Methode, um ein Plasma zu erzeugen, ist die Anwendung von elektrischer Energie. Meist werden hierfür hochfrequente Wechselfelder im MHz oder GHz-Bereich verwendet, wobei sich diese beiden Anregungsfrequenzen im Ergebnis deutlich unterscheiden.

 

Elektronendichte

Anzahl der freien Elektronen als Funktion der Anregungsfrequenz

Die Anzahl der freien Elektronen ist ein Maßstab für die Reaktivität des Plasmas und hängt direkt von der verwendeten Anregungsfrequenz ab. Eine höhere Anregungsfrequenz hat eine höhere Elektronendichte zur Folge, wobei dadurch mehr Ionen und Radikale aus dem Plasmagas erzeugt werden. Ein Plasma mit Anregung durch Mikrowellen im GHz-Bereich hat somit eine wesentlich höhere Elektronendichte im Vergleich zu einem Plasma mit Anregungsfrequenz von 13,56MHz. Im rechten Diagramm sind die Ergebnisse einer Messung der Elektronendichte als berechnete Kurve und als tatsächliche Messwerte dargestellt.

DC Bias Spannung

DC Bias Spannung als Funktion der Anregungsfrequenz

Ein weiteres Merkmal eines mit Hochfrequenz angeregtem Plasma ist der sogenannte Selbst-Bias-Effekt. Durch die unterschiedliche Beweglichkeit von Elektronen und Ionen entsteht eine Verschiebung der Netto-Ladung, da die wesentlich schwereren Ionen dem hochfrequenten Wechselfeld nicht mehr folgen können. Dieser Effekt resultiert in einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen der Anregungselektrode und dem Massepotential. Der Wert dieser Potentialdifferenz hängt von den Prozessparametern (Druck, Gasfluss usw.) und dem Oberflächenverhältnis der beiden Elektroden ab. Je höher die Anregungsfrequenz gewählt wird, desto geringer wird der Mobilitätsunterschied zwischen Elektronen und Ionen, somit wird diese Potentialdifferenz bei höherer Anregungsfrequenz wesentlich geringer.

Physikalischer und Chemischer Ätzprozess

Vergleich von physikalischer und chemischer Ätzcharakteristik

Das Ergebnis einer Plasmaätzung ist immer eine Kombination von physikalischen (Sputtern) und chemischen (Reaktion) Effekten. Dabei überwiegt bei der Anregung im MHz-Bereich der physikalische Effekt und erzeugt somit ein sehr stark anisotropes Ätzverhalten, wobei die bevorzugte Ätzrichtung in Richtung des elektrischen Feldes liegt. Bei der Mikrowellenanregung hingegen liegt der Schwerpunkt im chemischen Verhalten des Plasmas mit entsprechend isotroper Charakteristik. Somit ist es sehr wichtig, die für die vorliegende Anwendung richtige Charakteristik über die Auswahl der entsprechenden Anregungsfrequenz zu bestimmen.