Niederdruckplasmen und Mikrostrukturtechnik:
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|---|---|
| Format: | Book |
| Language: | German |
| Published: |
Berlin [u.a.]
Springer
2004
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| Edition: | 3. Aufl. |
| Series: | Engineering online library
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Item Description: | Literaturverz. S. 497 - 522 |
| Physical Description: | XVII, 543 S. Ill., graph. Darst. : 24 cm, 780 gr. |
| ISBN: | 3540407650 |
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung ................................ 1
2 Das Plasma................................ 5
2.1 Gleichstrom-Glimmentladung................... 5
2.2 Temperaturverteilung im Plasma................. 8
2.3 Ladungsneutralisation im ungestörten Plasma.......... 10
2.4 Potentialvariation im Plasma ................... 13
2.5 Temperatur und Dichte der Elektronen.............. 17
2.5.1 Elektronentemperatur ................... 1.8
2.5.2 Elektronendichte ...................... 20
2.6 Plasmaschwingungen........................ 21
2.7 Ähnlichkeitsgesetze......................... 23
3 Ladungsträger .............................. 27
3.1 Streutheorie............................. 27
3.1.1 Der Stoßquerschnitt der elastischen Streuung....... 27
3.1.2 Streuquerschnitte und Mittlere Freie Weglänge...... 29
3.1.3 Der Stoßquerschnitt der unelastischen Streuung..... 32
3.2 Elastische Stöße........................... 33
3.2.1 Elastische Stöße von Elektronen mit Atomen....... 33
3.2.2 Elastische Stöße zwischen schweren Partikeln....... 35
3.3 Unelastische Stöße ......................... 37
3.3.1 Elektronenstöße....................... 37
3.3.2 Stöße von Ionen und Photonen .............. 41
3.3.2.1 Stöße von Ionen mit Molekülen.......... 41
3.3.2.2 Resonanter Charge-Transfer........... 43
3.3.2.3 Penning-Ionisierung................ 46
3.3.2.4 Stöße von Photonen mit Molekülen....... 46
3.4 Sekundärelektronen-Erzeugung an Oberflächen.......... 47
3.5 Verlustmechanismcn ........................ 52
4 DC-Entladungen............................. 55
4.1 Ionisierung in der Kathodenzone.................. 55
4.1.1 Normale Entladungen ................... 55
4.1.1.1 Townsendsche Gleichung............. 55
4.1.1.2 Der primäre Ionisierungskoeffizient........ 57
4.1.1.3 Dicke der Randschiclit und sekundärer Ionisie-
rungskoeffizient.................. 59
4.1.1.4 Die Größen des normalen Kathodenfalls..... 60
4.1.2 Anomale Entladungen ................... 64
4.1.3 Kritik an der Townsendschen Näherung.......... 67
4.2 Negative Glühzone und Positive Säule............... 69
4.2.1 Ionisierung in der Negativen Glühzone.......... 71
4.3 Anodenzone............................. 73
4.4 Hohlkathodcnentladungen..................... 74
5 HF-Entladungen
5.1 Beschreibung der Ladungsträgererzeugung............ 77
5.1.1 Einfluß von Druck und Feldfrequenz............ 77
5.1.2 Modifizierung der Diffusion ................ 84
5.1.3 Modell für den Durchbruch ................ 89
5.2 HF-Kopplung: Qualitative Beschreibung ............. 93
5.3 HF-Kopplung: Quantitative Beschreibung ............ 95
5.3.1 Reihenresonanzkreis.................... 95
5.3.2 Parallelresonanzkreis.................... 96
5.3.3 Gekoppelte Parallelschwingkreise............. 97
5.3.3.1 Trafokopplung................... 98
5.3.4 Kapazitive und induktive Kopplung............ 101
5.3.5 Duale Schaltung des kapazitiv gekoppelten Plasmas . . . 102
5.3.5.1 1. Näherung (symmetrische Entladung)..... 102
5.3.5.2 2. Näherung (asymmetrische Entladung)..... 103
5.4 Abgleichsnetzwerke......................... 103
5.4.1 Komplexe Plasmaimpedanz ................ 103
5.4.2 Übertragungslinie...................... 105
5.4.3 Abschirmung........................ 109
6 HF-Entladungen
6.1 Elektrodenvorgänge in kapazitiv gekoppelten Plasmen...... 113
6.2 Feldstärken in der Randschicht bei steigender Anregungsfrequenz 118
6.3 Symmetrisches System....................... 122
6.3.1 Potentiale der Randschichten ............... 122
6.3.2 Leistungsaufnahme bei kapazitiver Kopplung....... 123
6.3.2.1 Ohmsche Aufheizung der Randschicht...... 124
6.3.2.2 Stochastische Aufheizung an der Randschicht. . 124
6.3.3 Strom-Spannungscharakteristik.............. 125
6.4 Asymmetrisches System ...................... 127
6.5
6.5.1 Randschichtpotential für kapazitive Kopplung...... 128
6.5.2 Räumliche Verteilung der Ladungsträger......... 135
6.6 Streumechanismen ......................... 136
6.6.1 Experimente......................... 139
6.6.2 Computersimulationen................... 144
6.6.3 Hybrides Randschichtmodell................ 148
6.6.3.1 Ionen........................ 149
6.6.4 Messungen und Modellierungen.............. 150
6.6.4.1 IEDF in der Randschicht............. 150
6.6.4.2 IEDF in der Randschicht der Anregungselektrode. 151
6.7 Vergleich zwischen
7 HF-Entladungen
7.1 Hoch-Dichte-Plasmen........................ 157
7.2 Induktiv gekoppelte Plasmen.................... 160
7.2.1 Leistungseinspeisung bei induktiver Kopplung...... 162
7.3 Magnetfeld-unterstützte Anregung von Plasmen......... 167
7.3.1 Resümee der Eigenschaften von HF-Entladungen .... 167
7.4 Whistlerwellen und Systeme mit gekoppelter Resonanz ..... 170
7.5 ECR-Quellen ............................ 178
7.5.1 Das elektrische Feld und die Diffusionslänge....... 178
7.5.2 Einkoppeln von Mikrowellen................ 183
7.5.3 Leistungseinspeisung in das ECR-Plasma......... 184
7.5.4 ECR-Reaktoren....................... 187
7.6 Vergleich der Hochdichteplasma-Entladungen........... 192
8 Ionenstrahlsysteme............................ 195
8.1 Plasmaquellen............................ 196
8.1.1 Kaufman-Quelle....................... 196
8.1.2 RF-Quellen......................... 197
8.2 Gitteroptik ............................. 197
8.2.1 Anordnung und Potentialeinstellung............ 197
8.2.2 Design einer Gitteroptik mit RF-Quelle.......... 198
8.3 Qualitative Betrachtung der Ionenextraktion........... 201
8.4 Quantitative Betrachtungen zum Ionenstrom........... 202
8.4.1 Zweigitter-Quelle...................... 204
8.4.2 Dreigitter-Quelle...................... 206
8.5 Neutralisierung........................... 206
8.6 Prozeßoptimierung......................... 208
8.7 Uniformität............................. 210
Plasma-Diagnostik
9.1
9.1.1 Einführung ......................... 213
9.1.2 Bedingungen für den Betrieb................ 214
9.1.3 Kennlinie der Langmuir-Sonde............... 216
9.1.4 Sondenradius........................ 218
9.1.5 Dünne Randschicht: Raumladungsbegrenzter Strom . . . 219
9.1.5.1 Positive Ionen................... 219
9.1.5.2 Elektronen..................... 220
9.1.6 Endliche Elektronentemperatur.............. 221
9.1.6.1 Sehr dünne Randschicht.............. 221
9.1.7 Dicke Randschicht: Orbital Motion Theorie (OML-Theorie)222
9.1.7.1 Dicke Randschicht: ^ -> 0............ 226
9.1.7.2 Dünne Randschicht: bizli ^
9.1.8 Analyse des Elektronenstroms: Elektronenanlaufzone . . 228
9.1.9 Plasmapotential....................... 228
9.1.10 Inhärente Eigenschaften.................. 229
9.1.10.1 Sondenstrom.................... 229
9.1.10.2 Räumliche Abhängigkeit............. 229
9.1.10.3 Plasmapotential.................. 229
9.1.11 Messungen.......................... 230
9.1.11.1 Bestimmung der Kennlinie............ 230
9.1.11.2 Elektronendichte.................. 230
9.1.11.3 Elektronentemperatur und Plasmapotential. . . 230
9.2 Messung von Potentialen in HF-Entladungen........... 233
9.2.1 Prinzip der Doppelsonde.................. 233
9.3 Self-Excited Electron
9.3.1 Technische Umsetzung................... 240
9.3.2 Inhärente Eigenschaften.................. 240
9.3.2.1 Bestimmung der elektronischen Plasmadichte. . 240
9.3.2.2 Bestimmung der Frequenz des elastischen Stoßes
von Elektronen................... 242
9.4 Impedanzanalyse.......................... 244
9.5 Optische
9.5.1 Temperatur der schweren Partikeln............ 247
9.5.2 Elektronentemperatur mit
9.5.2.1 Korona-Modell und seine Gültigkeit....... 249
9.5.2.2 Bestimmung der direkten elektronischen Anre¬
gung........................ 251
9.5.2.3 Parametrisierung des Streuquerschnitts..... 252
9.5.2.4 Details zur Auswertung.............. 252
9.5.2.5 Fehler bei der Anpassung von
9.5.2.6 Welche ES VT ist richtig? MB,
merisches? ..................... 255
9.5.2.7 Abhängigkeit von der RF-Leistung........ 255
9.5.3 Grenzen der Anwendbarkeit des Korona-Modells..... 256
9.6 Zusammenfassung.......................... 258
10 Sputtern ................................. 261
10.1 Kinetik................................ 265
10.1.1 Energieverteilung der abgestäubten Atome........ 270
10.1.2 Filmbildung......................... 272
10.2 Sputterbcdingungen......................... 274
10.2.1 Elektrische Größen..................... 275
10.2.2 Temperaturkontrolle des Substrates............ 276
10.3 Probleme der Kontamination ................... 278
10.3.1 Kontamination durch Argon................ 278
10.3.2 Kontamination durch Fremdgase ............. 278
10.3.3 Reaktives Sputtern..................... 279
10.3.4 Beschüß mit weiteren Partikeln.............. 280
10.4 Bias-Techniken ........................... 281
10.4.1 Einfluß auf Abscheiderate und Filmzusammensetzung . . 281
10.4.2 Beeinflussung weiterer Filmeigenschaften......... 281
10.4.3 Mechanismen des Bias-Sputterns ............. 282
10.4.4 Gleichmäßigkeit der Kantenbedeckung an Stufen..... 284
10.4.5 Mechanische Spannung und Substrat-Bias........ 284
10.5 Deposition von Mehrkomponcnten-Filmen ............ 285
10.6 Probleme der Kohäsion....................... 289
10.7 Sputtersysteme mit erhöhter Plasmadichte............ 290
10.7.1 Magnetisch verbesserte Sputtersysteme.......... 290
10.7.2 Triodensysteme....................... 296
10.7.3 Ionenplattiersysteme.................... 296
10.8 Plasma
10.8.1
10.8.2 Diamantartige Schichten.................. 300
10.9 Ionenstrahlbeschichtung ...................... 304
11 Trockenätzverfahren ........................... 307
11.1 Sputterätzen............................. 308
11.2 Reaktive Ätzverfahren....................... 309
11.3 Abhängigkeit von einzelnen Parametern.............. 312
11.3.1 Substrattemperatur..................... 313
11.3.2 Gaszusammensetzung.................... 314
11.3.3 Gasdruck und RF-Leistung................. 314
11.3.4 Elektrodengeometric.................... 316
11.3.5 Gasflußeffekte und der Loading-Effekt........... 317
11.3.6 Transporteffekte und Reaktordesign............ 321
11.4
11.4.1 Maskenerosion........................ 329
11.4.2 Facettierung......................... 329
11.4.3 Metallmasken und Trilevel-Photoresist.......... 331
11.4.4 Redeposition und Seitenwandpassivierung ........ 332
11.4.5 Selektivität......................... 334
11.4.6
11.4.7
11.4.8
11.4.9
11.4.10 Aufladungseffekte...................... 342
11.4.11 Spezielle Hochdichteplasma-Anwendungen........ 344
11.5 Spezielle
11.5.1 Anwendungen........................ 349
11.5.2 Ionenstrahhmterstütztes Ätzen: IBAE oder CAIBE . . . 351
11.6
11.7 Atztopographie........................... 357
11.7.1 Historischer Rückblick................... 359
11.7.2 Gegenüberstellung der Ätztopographie-Mechanismen . . 362
11.8 Prozeßkontrolle........................... 364
11.8.1 Änderung der Impedanz einer Entladung......... 366
11.8.2 Ellipsometrie ........................ 366
11.8.3 Optische Emissionsspektroskopie
11.8.4 Interferometrische Verfahren: Laser-Reflektometrie oder -
Interferometrie
11.8.4.1 Metalle und Dielektrika.............. 372
11.8.4.2 Halbleiter...................... 374
11.8.5 CCD-kontrollierte Laserinterferometrie.......... 374
11.8.6 Massenspektrometrie (MS)................. 376
11.8.7 Probleme des in-situ-Monitoring.............. 378
11.8.8 Bewertung der Verfahren.................. 379
12 Ätzmechanismen............................. 381
12.1 Rückblick.............................. 381
12.2 Quantitative Berechnung mit der Langmuir-Theorie....... 383
12.3 ... und beim Ionenätzen?...................... 386
12.4 Simulation von Trockenätzungen.................. 389
12.5 Ätzverhalten von
12.5.1 Experimentelle Beobachtungen .............. 394
12.5.2 Modell............................ 395
12.5.3 Der sogenannte Bosch-Prozeß............... 398
12.5.4 Ätzung von
12.6 Atzverhalten von III/V-Verbindungshalbleitern ......... 401
12.6.1 Verwendung chlorhaltiger Ätzgase............. 401
12.6.2 Der Methan/Wasserstoff-Prozeß.............. 407
12.7 Kombination verschiedener Ätzverfahren............. 409
12.8 Oberflächenreinigung ........................ 409
12.9 Anlagen-Design........................... 411
13 Ausblick ................................. 413
14 Anhang.................................. 419
14.1 Elektronen-Energieverteilungen (EEDFs)............. 419
14.1.1 Boltzmann-Gleichung.................... 419
14.1.2 Äußeres
14.1.2.1 Der Beitrag der elastischen Stöße......... 420
14.1.2.2 Der Beitrag der unelastischen Stöße....... 420
14.1.3 Näherungslösungen der Boltzmann-Gleichung...... 421
14.1.3.1 HF-Feld....................... 421
14.1.3.2 Verschwindendes elektrisches Feld........ 422
14.1.3.3 Margenau-Verteilung............... 423
14.1.3.4 Druyvesteyn-Verteilung.............. 423
14.1.4 Frequenzeffekte....................... 426
14.2 Die Bohmsche Übergangszone................... 428
14.3 Plasmaschwingungen........................ 433
14.4 Kapazitive Kopplung im RF-System............... 441
14.4.1 Der symmetrische Fall................... 441
14.4.2 Der asymmetrische Fall................... 447
14.5 Bewegung im magnetischen Feld.................. 449
14.5.1 Die magnetische Flasche.................. 449
14.5.2 Modifizierung der Diffusion ................ 454
14.6 Cutoff und Skintiefe des
14.7 Eigenschaften der Whistlerwellen................. 464
14.7.1 Dispersionsbeziehung für ebene Wellen.......... 464
14.7.2 Dispersionsbeziehung im zylindrischen Plasma...... 478
15 Verwendete Symbole und Akronyme .................. 489
16 Bildquellennachweis ........................... 495
Literaturverzeichnis ............................. 497
Register.................................... 523
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