本節開始介紹等離子工藝，內容主要有：

1.等離子體是什么;

2. 等離子體的三種主要成分;

3. 等離子體中的三種重要碰撞及其重要性;

4. 說明化學氣相沉積CVD.和刻蝕工藝中使用等離子體的好處;

5. 說明PECVD和等離子體刻蝕工藝的主要區別;

6. 高密度等離子體系統;

7. 說明平均自由程及其與壓力的關系;

8. 解釋說明磁場在等離子體中的效應;

9 .說明離子轟擊及其與等離子體之間的關系;

簡介

等離子體工藝廣泛應用于半導體制造中。比如，IC制造中的所有圖形化刻蝕均為等離子體刻蝕或干法刻蝕，等離子體增強式化學氣相沉積(PECVD)和高密度等離子體化學氣相沉積 (HDP CVD)廣泛用于電介質沉積。離子注入使用等離子體源制造晶圓摻雜所需的離子，并提供電子中和晶圓表面上的正電荷。物理氣相沉積(PVD)利用離子轟擊金屬靶表面，使金屬濺鍍沉積于晶圓表面。遙控等離子體系統廣泛應用于清潔機臺的反應室、薄膜去除及薄膜沉積工藝中。

等離子體基本概念

半導體工業中，等離子體被廣泛定義為具有等量正電荷和負電荷的離子氣體。簡單的表述為等離子體就是具有等量帶電性與中性粒子的氣體，等離子體就是這些粒子的集體行為。

等離子體的成分

等離子體由中性原子或分子、負電子和正電子組成，電子濃度大約和離子濃度相等，即ne=ni。電子濃度和所有氣體濃度的比例稱為離化率：

離化率= ne/(ne +nn)

其中，ne為電子濃度，ni為離子濃度，nn為中性原子或分子濃度。離化率主要取決于電子能量，但是由于不同氣體所需的離子能量不同，所以也與氣體的種類有關。太陽是一個充滿等離子體的大球。在太陽的邊緣，由于溫度相對較低(約6000℃)，離化率也就低，滿足ne << nn。但在太陽中心，由于溫度相當高(10 000 000℃)，因此幾乎所有氣體分子都被離子化。滿足ne >> nn的情況，離化率幾乎為100% 。

半導體制造使用的等離子體離化率通常很低，比如帶有兩平行板電極的等離子體增強式化學氣相沉積反應室所產生的離化率大約為百萬分之一到千萬分之一，或小于0.0001%。帶有兩個平行板電極的等離子體刻蝕反應室，離化率稍高一些，為0.01%左右。甚至對于感應 式耦合等離子體(Inductively Coupled Plasma, ICP)和電子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance, ECR)這兩種最普遍的高密度等離子體源，離化率仍很低，約為1%?5%。具有接近100%離化率的高密度等離子體源仍在研發階段，而且并未應用于IC制造中。

等離子體反應器的離化率主要由電子能量決定，而電子能量則由施加的功率控制。離化率也與壓力、電極間的距離、制造中使用的氣體種類及等離子體反應器的設計有關。

等離子體的產生

必須借助外界能量才能產生等離子體，半導體制造中有幾種產生等離子體的方式。離子注入機使用的離子源和等離子體系統通常使用直流電位偏壓熱燈絲系統。多數物理氣相沉積系統都使用直流電力供應產生等離子體。半導體制造中最普遍的等離子體源是射頻(Radio Frequency, RF)等離子體源。

多數等離子體增強式化學氣相沉積和等離子體刻蝕反應室中，在真空室中兩個平行板電極之間加上射頻電壓產生等離子體(見下圖)。這兩個平行電極就如同電容器中的電極，所以也稱為電容耦合型等離子體源。

　　審核編輯：湯梓紅