容性耦合等离子体源与感性耦合等离子体源

文章出处：等离子清洗机厂家 | 快盈47| 发表时间：2023-09-04

工业生产中常用的等离子体主要由气体放电产生，其中应用较为广泛的等离子体源有：单频／双频容性耦合等离子体源、感性耦合等离子体源等。

容性耦合等离子体源

容性耦合等离子体源（Capacitively Coupled Plasma,CCP）是在集成电路刻蚀工艺中最早使用的等离子体源，其反应装置简单，目前仍是半导体工业中主要的等离子体源。CCP源的反应装置如图1-1所示，反应装置被放置在真空腔室中，在腔室里面主要由两块平行电极板组成，其中一块电极板通过匹配网络连接射频电源，另外一块电极板接地，两个电极板之间构成了一个平行板电容器。在容性耦合等离子体放电装置中，电极板之间的距离一般是0.02~0.1m，气压在10~100mTorr之间，电源频率通常是工业中常用到的13.56MHz。在CCP放电装置中，等离子体加热机制包括随机加热和欧姆加热两种方式。在射频电源的作用下，腔体内部存在着射频电场，在电极板附近形成鞘层，鞘层中的正电荷数量要比负电荷多。电子运动到鞘层时，获得加速，即发生随机加热。此外，被加速的电子和中性粒子发生碰撞，即发生欧姆加热。

图1-1 单频容性耦合等离子体源装置

单频CCP放电装置要想增加等离子体密度，需要提高电源频率，但是这也会造成离子能量过高，在轰击基片时可能会造成损伤。为了实现独立地控制等离子体密度和离子能量，在单频电源装置的基础上提出了双频容性耦合等离子体放电装置，其中低频电源用来控制离子能量，而高频电源用来控制等离子体密度。如图1-2所示，双频电容耦合等离子体源装置有两种形式，一种是高频电源和低频电源在同一侧电极板上，另一种是高频电源和低频电源各在一个电极板上，两种方式在不同的半导体制造公司都有使用。两个射频源的频率相差较大，目前在工业中使用的有27MHz和2MHz的组合、162MHz和13.56MHz的组合等。一个电源频率较高，可以用来独立地控制等离子体密度，另一个电源频率较低，可以用来独立地控制离子到达晶片的能量。

图1-2 双频容性耦合等离子体源装置

感性耦合等离子体源

感性耦合等离子体源在上世纪90年代开始被广泛使用，如图1-3所示，感性耦合等离子体源（Inductively Coupled Plasma,ICP）根据线圈放置位置的不同，可以分为两种类型，一种是将线圈缠绕在反应腔体的侧面，另一种是将线圈放置在反应腔体的上方。两种类型的感性耦合等离子体源装置均可实现对等离子体密度和能量的独立控制，其中线圈中的射频源用来控制等离子体密度，在基片上加的射频偏压可以独立控制离子能量。ICP源装置将射频电源加到线圈当中，在线圈中产生交变电流，从而在腔室内产生交变的电磁场，电子在电磁场的作用下被加速，和周围的气体发生电离碰撞反应，产生等离子体，同时环向的电场减少了带电粒子对腔体侧壁的撞击。ICP源放电装置的工作气压很低，一般在0.1Pa到1Pa，但是可以产生非常高密度的等离子体，可以达到10¹⁷~10¹⁸m^-3，被广泛应用于大型集成电路的刻蚀工艺中。