低温等离子体在半导体工艺中的应用

文章出处：等离子清洗机厂家 | 快盈47| 发表时间：2024-02-23

等离子体是由大量电子、离子和中性气体粒子组成的复杂系统。若把等离子体看作一个整体，则它整体上呈准电中性，当施加一个外电磁场时，内部带电粒子会对其做出集体响应。等离子体技术作为许多高科技产业和重大科学项目的基础，在微电子工业、生物医学、生态环保、空间开发等方面发挥着重要作用。尤其是在芯片加工技术领域，基于低温等离子体物理机制的材料表面处理技术发挥着举足轻重的作用。用于材料表面改性的射频等离子体通常在低气压下工作，由于粒子间的碰撞较少，低气压射频放电容易产生大面积、均匀的低温非热平衡等离子体。在整个大规模集成电路制造过程中，近三分之一的工序是借助于等离子体技术来完成，因此，等离子体技术的进步推动了大规模集成电路制造的发展，促进了微电子工业以及相关制造装备的进步，引发了现代社会全面而深刻的变革。

在大规模集成电路制造的主要流程中，薄膜沉积、刻蚀、离子注入与清洗等过程都需要等离子体技术来辅助完成。就当前的刻蚀工艺来说，射频容性耦合等离子体主要用于介质材料的刻蚀，而感性耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，ICP)则主要用于刻蚀金属和半导体Si。在薄膜沉积方面，主要采用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)技术作为低气压(几mTorr)薄膜沉积中的主要工艺，其中，金属薄膜主要采用直流磁控溅射技术来制备，而射频磁控溅射技术则通用于制备介质、氧化物薄膜，然而其一直存在着溅射速率较低的问题。作为工作在相对较高气压(几百mTorr)的薄膜沉积技术，等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)广泛应用于太阳能电池硅或氧化硅薄膜的制备。

等离子体的刻蚀和沉积工艺与半导体器件的性能紧密联系。因此，为了满足半导体性能的工艺需求，对基于低温等离子体的材料表面处理技术提出了严格的要求。通过对工艺腔室结构、气体组分、气压、进气流量、功率源频率等外部放电参数的调节可以改善等离子体性质，进而提升刻蚀、沉积速率和均匀性。因此，如何能获得高密度、均匀等离子体并实现对离子的通量与能量的独立控制已然成为成功的关键因素。