Il processo di acidatura al plasma

The process of dry etching and plasma etching

L’acidatura è il processo di rimozione di un materiale dalla superficie di un altro materiale. Esistono due tipi principali di acidatura: a umido e a secco, quest’ultima nota anche come acidatura al plasma. Si definisce acidatura a umido il processo di rimozione di materiali contaminanti da un substrato mediante l’ausilio di sostanze chimiche o mordenzanti. Al contrario, l’acidatura al plasma si avvale di plasma o gas caustici per la pulizia della superficie e può essere utilizzata per la lavorazione di circuiti integrati o circuiti integrati monolitici.

L’acidatura al plasma è un processo di lavorazione in uso dal 1985. Rispetto ad altre tecniche di acidatura impiegate nella fabbricazione di chip, quella al plasma era sconosciuta al di fuori del settore della microelettronica fino al 1980. Fu durante quegli anni che vennero studiati e introdotti nuovi processi di acidatura. Il tasso di successo relativamente elevato dell’acidatura al plasma ne ha fatto il metodo di acidatura preferito dai produttori.

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Che cos’è l’acidatura al plasma?

In breve, l’acidatura al plasma o a secco è un processo di acidatura che utilizza il plasma invece di un liquido mordenzante. Il processo è simile allo sputtering, ma a differenza di quest’ultimo la superficie viene incisa senza alcuna deposizione di uno strato di rivestimento sul materiale. La difficoltà di questa tecnica risiede nella produzione del corretto tipo di plasma tra l’elettrodo e il wafer di silicio da incidere per consentire l’acidatura ottimale della superficie. La pressione nella camera durante l’acidatura al plasma deve essere inferiore a 100 pa e la ionizzazione avviene solo in regime di scarica (“glow discharge”). L’eccitazione viene provocata da una sorgente esterna che può fornire potenza fino a 30 kW e frequenze da 50 Hz (DC) a 5-10 Hz (DC pulsata), oppure radiofrequenze e microonde (MHz-GHz).

Tipi di acidatura al plasma

L’acidatura al plasma può essere suddivisa in due tipi di processi. Il primo avviene mediante tecnologia a microonde in grado di eccitare il plasma a frequenze comprese tra MHz e GHz. Il secondo è l’acidatura al plasma di idrogeno, che utilizza un gas al posto del plasma. Entrambi i metodi vengono attualmente impiegati nella lavorazione dei materiali semiconduttori per l’industria elettronica.

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Acidatura al plasma di ossigeno

Il processo di acidatura al plasma di ossigeno viene effettuato con plasma a bassa pressione. L’ossigeno viene utilizzato come gas precursore e immesso nella camera a vuoto assieme al wafer di silicio. Facendo ricorso a onde radio ad alta frequenza, le molecole di ossigeno vengono ionizzate e grazie alla bassa pressione della camera formano il plasma. Quindi, il plasma di ossigeno incide il fotoresist e lo incenerisce. Per garantire che la superficie sia priva di corpi estranei, la cenere viene rimossa con una pompa per vuoto ad alta pressione. Questo è uno dei motivi per cui l’acidatura al plasma di ossigeno è anche chiamata “incenerimento”.

Vantaggi dell’acidatura al plasma

L’acidatura al plasma può migliorare significativamente la qualità della produzione di circuiti integrati. Di seguito sono elencati alcuni vantaggi dell’acidatura al plasma:

  • A differenza dei mordenzanti acidi, il plasma vanta anche un’eccellente azione pulente e rimuove tutti i residui organici indesiderati dalle superfici metalliche.
  • Migliora le proprietà di adesione in maniera molto più significativa rispetto ad altri mordenzanti.
  • L’acidatura al plasma comporta meno rischi rispetto all’impiego di acidi tradizionali.
  • L’utilizzo del plasma migliora le proprietà fisiche del materiale trattato.
  • L’acidatura al plasma migliora le proprietà chimiche e fisiche dei metalli.
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Conclusione

Per via dei suoi numerosi vantaggi, possiamo affermare con certezza che l’acidatura al plasma continuerà a svolgere un ruolo importante nella produzione di microsistemi e circuiti integrati per molti anni a venire. In molte applicazioni, l’opzione migliore è rappresentata dal plasma a radiofrequenza ad accoppiamento capacitivo. Tuttavia, in altri casi più specifici (soprattutto per i grandi diametri), il plasma a bassa pressione può fornire risultati più efficienti. Il plasma ECR (a risonanza elettrociclotronica) presenta alcune limitazioni se utilizzato su grandi substrati, ma è spesso la scelta migliore per campioni di piccole dimensioni. I sistemi al plasma ad accoppiamento induttivo con bobina piana e supporto del substrato inclinato si sono dimostrati molto versatili e in grado di raggiungere risultati eccellenti nella produzione di circuiti integrati e microsistemi.

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