Nennen sie 2 grundlegend unterschiedliche kategorien für das ätzen von Materialien
Nassätze und Trockenätzen
Skizzieren sie die gräben die bei anisotropen und istropem ätzen entstehen
Wovon hängt die Ätzrate bei physikalischen prozessen ab
Ätzrate = Ätzdicke/Ätzzeit
abhängig von material
temperatur
druck
Ätzmittel
Was ist der unterschied zwischen masenmaterialien und den geätzten substraten
die ätzrate
Erklären und skizzieren sie ionenätzverfahren
• Ablauf: Argon-Gas wird in eine Kammer geleitet und durch ein elektrisches Feld ionisiert, wodurch ein Plasma entsteht. Die Argonionen werden dann beschleunigt und auf die Oberfläche des zu bearbeitenden Materials geschossen, wo sie Material abtragen
Was ist der unterschied zwischen ionenätzen und RIE
bei ionenätzverfahren hat man nur physikalisches anisotropes ätzen mit ionen, geringe selektrivität
bei RIE gibt es zusätzliche gase die so auch durch reaktive ionen chemisch ätzen
Wie funktioniert Reactive Ion Etching
RIE kombiniert physikalische und chemische Prozesse. In einem RIE-System wird ein Plasma erzeugt, das aus reaktiven Gasen (z.B. SF₆, CF₄) besteht. Die chemischen Spezies im Plasma reagieren mit dem Material auf der Oberfläche und bilden flüchtige Verbindungen, die vom Substrat entfernt werden können. Gleichzeitig werden die Ionen im Plasma durch ein elektrisches Feld beschleunigt und bombardieren die Oberfläche, was den Ätzprozess zusätzlich unterstützt.
Wie funktioniert Plasma Etching
Plasmaätzen kombiniert physikalische und chemische Prozesse. Ein reaktives Gas (z.B. SF₆ für Silizium) wird in ein Plasma umgewandelt, das aus reaktiven Ionen, Atomen und Radikalen besteht. Diese chemisch aktiven Spezies reagieren mit dem Material der Oberfläche, um flüchtige Verbindungen zu bilden, die dann vom Substrat entfernt werden.
wie funktioniert ion beam etching
1. Erzeugung des Ionenstrahls:
• Das Verfahren beginnt mit der Erzeugung eines Ionenstrahls in einer Entladekammer, die bei einem niedrigen Druck (ca. 10⁻³ mbar) betrieben wird. In dieser Kammer werden Ionen (häufig aus einem Edelgas wie Argon) durch eine Anode und eine beschleunigende Elektrode beschleunigt.
• Die Ionen werden durch ein starkes elektrisches Feld beschleunigt, um eine hohe Energie zu erreichen, in der Größenordnung von 0,1 bis 1 kV.
2. Separierung von Plasma und Substrat:
• Im Gegensatz zu anderen Ätzverfahren sind das Plasma und das Substrat räumlich voneinander getrennt. Dies ermöglicht eine präzisere Steuerung des Ionenstrahls und verhindert unerwünschte Wechselwirkungen zwischen dem Plasma und dem Substrat.
• Das Substrat wird in einer Vakuumkammer bei hohem Vakuum gehalten (weniger als 10⁻⁴ mbar), was eine präzise Steuerung der Ioneninteraktionen ermöglicht.
3. Ionentransport und -lenkung:
• Der erzeugte Ionenstrahl wird durch magnetische Felder und elektrische Felder gesteuert, um gezielt auf die Oberfläche des Substrats zu treffen. Dabei bleibt der Elektronenfluss unverändert, was für die Stabilität des Ionenstrahls entscheidend ist.
• Die Substratkammer ist dreh- und neigbar, was es ermöglicht, den Strahl unter verschiedenen Winkeln auf das Substrat zu lenken. Dadurch kann die Ätztiefe und -richtung präzise gesteuert werden.
4. Materialabtrag:
• Wenn die hochenergetischen Ionen auf das Substrat treffen, übertragen sie ihren Impuls auf die Atome der Substratoberfläche, wodurch diese herausgeschlagen werden. Dieser physikalische Materialabtrag ist anisotrop, das heißt, er erfolgt bevorzugt in einer bestimmten Richtung.
• Die Kontrolle über die Dichte, Energie und den Auftreffwinkel der Ionen ermöglicht es, äußerst präzise Strukturen in das Material zu ätzen.
Beschreiben sie die drei schritte des boschprozesses
Nennen sie die verschiedenen Ätzgase
Schritt 1: Plasmabeschichtung mit schützender C4F8 schicht
Schritt 2: anistoropes ätzen der schutzschicht, hauptsächlich physikalisches ionenätzen mit SF6
Schritt 3: Isotropes ätzen des siliziums
Ätzgase : CF4 + O2, SF6, CCL2F2+O2, NF3
Welchen vorteil hat der Bosch prozess? In weöcje, zustand befindet sich das Ätgas wie dird der zustand erreicht
hohes askpektverhältnis ca 30:1
hohe ätzrate
Seitenwände nahezu 90°
oberflächengenauigkeit richtung 10nm
Gas ist im pllasmazustand
Der plastmazustand wird durch die beschleunigung der elektronen mittels elektroden erreicht.
Nennen sie 4 Faktoren die die Ötzqualität des DRIE Prozesses beeinflussen
Seitenwandgräben (lokale ladungen führen zu höheren abbauraten m treffpunkt zwischen seitenwand und boden
Mikroskopische ladung: Lokale Plasmabildung
Apekverhältnisabhängiges Ätzen
Beschädigung
Nennen sie zwei integrierte Bauelemetnttypen die vom DRIE Ätzprozess profitiieren
Linsen
Mikrospiegel
Vergleichen sie trocken und Nasschemisches Ätzen
Wie funktioniert barrel etching
Rein chemisches verfahren häufig für die entfernung von photoresists
hohe selektivität —> isotropes ätzen
auch plasmazustand
Ein 100 silizium Wafer wird mittels KOH geätzt. Die Maskenöffnunt ist quadratisch mit einer kantenlänge von 250 mikrometern parallel zum wafer flat. wie tief ist die ätzgrube
T= B/wurzel 2
Was somd tyüoscje werte für das ätzratenverhältnis zwischen schnellen und langsamen ätzebenen im fall von anisotropen nassätzen von silikon in alkalischen lösungen
Ätzratenverhältnis zwischen 100-400:1
110 und 100 ebene haben hohe ätzraten wohingegen 111 niedrigere ätzraten haben
die ätzrate nimmt bei fallender temperatur ab
skizzieren und erklären sie das anodischen bonden verfahren
bei hoher femperatur , hohem fügedruck und anlegen einer hohen spannung diffundieeren die elektronen in das material
hierbei hinterlassen sie einen positiven ladungsüberschuss am ursprung
beim abkühlen frieren die elektronen im material ein
ihre negative ladung bildet eine elektrostatische haftschicht
Beschreiben sie wie das unterätzen von einem 100 wwafer mittels koh bestimmt werden kann
ich trage eine resistmaske im blumenmuster auf einen testwafer auf un dkann dann anhand des entstehendn blumenmuster das unterätzen ablesen
Wie wird die ätztiefe beim anisotropen ätzen von silizium definiert was wird benötigt um die methode einzusetzen
die ätztiefe ist typischerweise T=B/wurzel 2
Die oberflächenkristallorientierung muss 100 sein
Wie können konvexe kanten während eines nasschemischen ätzprozesses geschützt werdden
corner compensation stuctures ; Maskenschicht welche die konvexen kanten schützt. Maskendesign ist dabei angepasst an das umfeld der konvexen kante
Beschreiben sie mit einer skizze wie iene konvexe kontur genutzt werden kann um einen biegebalken in einem siliziumwafer zu ätzen
wie funktioniert etch stop at a pn junction
Erkläre Ätzstop Schichten
Ätzstoppschichten (Etch Stop Layers) sind spezielle Schichten in der Mikroelektronik, die den Ätzprozess in bestimmten Bereichen stoppen oder verlangsamen, um präzise Strukturen zu erzeugen. Diese Schichten werden typischerweise durch gezielte Dotierung des Siliziums mit bestimmten Elementen, wie Bor, erzeugt.
vergleiche das ätzen eines silizium 110 und eines 100 wafers
Was ist der unterschied zwischen der buld und oberflächenmikromechanik
Bei der bulkmikromechanik wird in den wafer geätzt wohingegen bei der oberflächenmikromechanik funktions und opferschichten abgelagert und entfernt werden
eklären und skizzieren sie die gunlegenden prozessschritte der oberflächenmikrotrukturierung
ablagerung maskierung und strukturierung der opferschicht
ablagerung maskierung un strukturierung der funktionsschicht
entfernen der opferschicht
wofür werden opferschichten gebraucht und nenen sie drei häufig eingesetzte materiealien
ermöglichen neu formen für die funktionsschicht
sie dienen als distanzhalter und tragen die funktionssschicht und definieren deren abstand zum substrat
freihängende- freistehende oder bewegliche strukturen können hergestellt werden
Poly s, si3n4 , sio2 , metalle , polymere
Was ist überkritische trocknung warum ist sie besonders wichtig in der mikrostrukturtechnik
kritische trocknung liegt vor wenn tropfen zwischen balken und platten gefangen werden dies kann dann zu dauerhaften schäden führen
lösung ist überkritisches trocknen
nennen sie die ursachen von spannungen in dünnen filmen
thermisch induzierte eigenspannungen durch unterschiedliche thermische ausdehnungskoeffizienten von schicht und substrat
phasenwechsel als spannungsursprung in folge trocknender tropfen —> lösung wäre überkritisches trocknen
skizziere den lift off prozess
Deposit sacrificial layer
Mask sacrificial layer
Pattern sacrificial layer with overhang shape
Anisotropically deposit functional layer
Strip sacrificial layer
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