CCP vs. ICP: Plasmaerzeugung, Dichte, Ionenenergie und Einsatz
Beide Verfahren ionisieren Gas mit Hochfrequenzleistung zu einem Plasma, unterscheiden sich aber darin, wie die Leistung in das Plasma eingekoppelt wird. Beim CCP wird zwischen zwei gegenüberliegenden Elektroden eine Hochfrequenzspannung angelegt, und das elektrische Feld beschleunigt die Elektronen. Beim ICP fließt ein Hochfrequenzstrom durch eine Spule, und das durch die Änderung ihres Magnetfelds induzierte elektrische Feld beschleunigt die Elektronen; so lässt sich bei niedrigem Druck ein Plasma hoher Dichte erzeugen. ICP besitzt auf der Waferseite eine separate Bias-Quelle, sodass sich Plasmadichte und Ionenenergie getrennt einstellen lassen.
| Merkmal | CCP (kapazitiv gekoppeltes Plasma) | ICP (induktiv gekoppeltes Plasma) |
|---|---|---|
| Plasmaerzeugung | An parallele Plattenelektroden wird eine Hochfrequenzspannung angelegt; das Feld zwischen den Elektroden beschleunigt die Elektronen | Ein Hochfrequenzstrom fließt durch eine Spule; das induzierte elektrische Feld beschleunigt die Elektronen |
| Anlagenaufbau | Zwei Elektroden, oben und unten gegenüberliegend. Der Wafer liegt auf einer der Elektroden | Spule außerhalb (oberhalb oder rings um) eines dielektrischen Fensters; am Wafertisch ist eine separate Bias-Quelle angeschlossen |
| Plasmadichte (typische Werte) | Mittel. Etwa 10⁹–10¹⁰ cm⁻³ | Hoch. Etwa 10¹¹–10¹² cm⁻³ |
| Betriebsdruck (typische Werte) | Meist etwa einige Pa bis einige zehn Pa | Niedriger Druck von etwa 0,1 Pa bis einige Pa |
| Steuerung von Dichte und Ionenenergie | Mit einer einzigen Quelle ändern sich bei steigender Leistung Dichte und Self-Bias gemeinsam; unabhängige Steuerung ist schwierig. Zweifrequenzverfahren teilen die Aufgaben auf | Dichte über die Spulenleistung, Ionenenergie über die Bias-Leistung auf der Waferseite – leicht getrennt einstellbar |
| Ionenenergie | Große Self-Bias-Spannung; hohe Ionenenergien leicht erreichbar | Mit niedrigem Bias lassen sich viele Ionen niedriger Energie einstrahlen; Schädigung leicht begrenzbar |
| Gasdissoziation | Vergleichsweise gering. Ausgangsmoleküle und deren Fragmente bleiben leicht erhalten | Stark. Das Gas wird gut zersetzt; viele Radikale und Ionen |
| Typische Ätzanwendungen | Isolierschichten wie Oxid und Low-k-Schichten. Selektivität durch starken Ionenbeschuss und Fluorkohlenstoffpolymere. Kontaktlöcher mit hohem Aspektverhältnis | Schnelles, stark anisotropes Ätzen von Silizium (Gates, Isolationsgräben), Metallen (z. B. Aluminiumleiterbahnen) und Verbindungshalbleitern |
| Einsatz bei der Abscheidung | Plasma-CVD (PECVD) mit Parallelplattenaufbau. Die Schichtspannung wird über das Verhältnis von Hoch- und Niederfrequenzleistung eingestellt | Hochdichte-Plasma-CVD (HDP-CVD). Während der Abscheidung trägt Ionensputtern den Grabeneingang ab, sodass schmale Gräben gefüllt werden |
| Anlagenkonfiguration | Vergleichsweise einfach. Elektroden und HF-Quelle | Spule, dielektrisches Fenster, zwei Quellen usw. erforderlich; etwas komplexer |
Die Zahlenwerte sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.