等离子体源(Plasma Sources)的原理及应用
2010-11-26 13:32阅读:
R&R公司同时提供等离子体源以及等离子体源相关的刻蚀、薄膜沉积设备。其等离子体源主要分成平行平板等离子体源、微波等离子体源以及ICP高频等离子体源。
平行平板等离子体源(电容耦合)
电容耦合等离子体源采用直径300mm的两圆型平行平板作为上下电极,平板间距离从30mm
到
100mm可调。射频电源频率为13.56 MHz,通过配网耦合到上下极板上。样品采用电阻式加热,最高加热温度600℃,均匀性较好;为了获得更均匀的气场,上极板采用淋浴头型多孔结构。
微波等离子体
微波等离子体的放电原理与微波离子源基本相同,也同样可以利用微波电子回旋共振(ECR)技术来维持对反应气体的辉光放电,对控制薄膜的成分和镀膜内应力的较为灵活,它具有运行气压低(10-1
Pa量级)、等离子体密度高(1011~1012
cm-3)、电离度高(约10%)、反应粒子活性高、离子能量低、无高能粒子损伤、且无内电极放电、没有污染、磁场约束、减少等离子体与反应室壁的相互作用、薄膜杂质含量少等许多其它工艺无法相比的优点,因而具有低温下制备均匀、致密、光滑、纯净的高品质功能性薄膜的巨大潜力。
电感耦合(ICP)高频等离子体
利用电感耦合高频等离子体(ICP)装置由高频发生器和感应圈、辉光放电管和供气系统、试样引入系统三部分组成。高频发生器的作用是产生高频磁场以供给等离子体能量。当有高频电流通过线圈时,产生轴向磁场,这时若用高频点火装置产生放电,形成的离子与电子在电磁场作用下,与原子碰撞并使之电离,形成更多的载流子,当载流子多到足以使气体有足够的导电率时,在垂直于磁场方向的截面上就会感生出流经闭合圆形路径的涡流,强大的电流产生高热又将气体加热。感应线圈将能量耦合给等离子体,并维持等离子辉光放电。
等离子体源的应用
反应离子刻蚀RIE
反应离子刻蚀:这种刻蚀过程同时兼有物理和化学两种作用。辉光放电在零点几到几十帕的低真空下进行。基片处于阴极电位,放电时的电位大部分降落在阴极附近。大量带电粒子受垂直于硅片表面的电场加速,垂直入射到硅片表面上,以较大的动量进行物理刻蚀,同时它们还与薄膜表面发生强烈的化学反应,产生化学刻蚀作用。选择合适的气体组分,不仅可以获得理想的刻蚀选择性和速度,还可以使活性基团的寿命短,这就有效地抑制了因这些基团在薄膜表面附近的扩散所能造成的侧向反应,大大提高了刻蚀的各向异性特性。反应离子刻蚀是超大规模集成电路工艺中很有发展前景的一种刻蚀方法。
等离子体增强化学气相沉积PECVD
基于辉光放电方法的PECVD技术,能够使得反应气体在外界电磁场的激励下实现电离形成等离子体。在辉光放电的等离子体中,电子经外电场加速后,其动能通常可达10eV甚至更高,足以破坏反应气体分子的化学键,因此,通过高能电子和反应气体分子的非弹性碰撞,就会使气体分子电离(离化)或者使其分解,产生中性原子和分子生成物。正离子受到离子层加速电场的加速与上电极碰撞,放置衬底的下电极附近也存在有一较小的离子层电场,所以衬底也受到某种程度的离子轰击。因而分解产生的中性物依扩散到达管壁和衬底。这些粒子和基团(这里把化学上是活性的中性原子和分子物都称之为基团)在漂移和扩散的过程中,由于平均自由程很短,所以都会发生离子-分子反应和基团-分子反应等过程。到达衬底并被吸附的化学活性物(主要是基团)的化学性质都很活泼,由它们之间的相互反应从而形成薄膜。