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半导体制造技术导论（第二版） 第七章 等离子体工艺 白雪飞 中国科学技术大学电子科学与技术系 提纲 • 简介 • 等离子体基本概念 • 等离子体中的碰撞 • 等离子体参数 • 离子轰击 • 直流偏压 • 等离子体工艺优点 • 等离子体增强化学气相沉积及等离子体刻蚀反应器 • 遥控等离子体工艺 • 高密度等离子体工艺 2 简 介 等离子体工艺的应用 • 刻蚀 – 等离子体刻蚀、干法刻蚀 • 电介质沉积 – 等离子体增强化学气相沉积(PECVD) – 高密度等离子体化学气相沉积(HDP-CVD) • 离子注入 – 等离子体源制造晶圆掺杂所需离子，并提供电子中和晶圆表面的正电荷 • 物理气相沉积(PVD) – 利用离子轰击金属靶表面，是金属溅镀沉积于晶圆表面 • 遥控等离子体系统 – 清洁机台反应室、薄膜去除、薄膜沉积 4 等离子体基本概念 等离子体的成分 • 等离子体的成分 – 等离子体是具有等量正电荷和负电荷的离子气体 – 等离子体由中性原子或分子、负电子和正离子组成 – 电子浓度大约和离子浓度相等，即 = • 离化率 – 电子浓度和所有气体浓度的比例 = / + – 离化率主要有电子能量决定，而电子能量则由施加的功率控制 – 离化率也与压力、电极间的距离、制造中使用的气体种类、等离子体反 应器设计有关 6 等离子体的产生 • 射频(RF)等离子体源 – 电容耦合式等离子体源 – 半导体制造中最普遍的等离子体源 • 直流电位偏压热灯丝系统 • 直流(DC)等离子体源 • 感应耦合型等离子体源(ICP) • 电子回旋共振(ECR)等离子体源 • 微波(MW)遥控等离子体源 7 电容耦合式等离子体源 电容耦合式等离子体源示意图 8 等离子体中的碰撞 等离子体中的碰撞 • 弹性碰撞 – 碰撞分子间没有能量交换 • 非弹性碰撞 – 离子化碰撞 – 激发—松弛碰撞 – 分解碰撞 – 其他碰撞：再复合、电荷交换、投掷角度散射、中性分子间碰撞 10 离子化碰撞 电子碰撞前后的离化碰撞 − + − + +2 11 激发—松弛碰撞 激发碰撞前后的示意图 − ∗ − + +