1、Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,1,Chapter 7 電漿的基礎原理,Hong Xiao, Ph. D. www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,2,目標,列出至少三種使用電漿的IC製程 列出電漿中重要的三種碰撞 描述平均自由徑 解釋電漿在蝕刻和化學氣相沉積製程的好處 說出至少兩種高密度電漿系統,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc
2、.tx.us/HongXiao/Book.htm,3,討論的主題,什麼是電漿? 為什麼使用電漿? 離子轟擊 電漿製程的應用,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,4,電漿製程的應用,化學氣相沉積 蝕刻 物理氣相沉積 離子佈植 光阻剝除 製程反應室的的乾式清洗,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,5,電漿是什麼?,具有等量的正電荷和負電荷的離子氣體 更精確的定義: 電漿就是有著帶電與中性粒子之準中性的氣體，電漿本身就是這些例子的集體行為 例如
3、太陽, 焰火, 氖光, 等,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,6,電漿的成分,電漿是由中性原子或分子、負電(電子)和正電(離子)所構成 準-中性: ni ne 游離率: h ne/(ne + nn),Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,7,游離率,游離率主要受電漿中的電子能量決定 大部分電漿製程反應室，電漿的游離率小於0.001%. 高密度電漿(HDP)源的有較高的游離率, 約 1% 太陽核心的游離率約100%.,Hong Xiao, P
4、h. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,8,中性氣體密度,理想氣體 1 摩爾 = 22.4 升 = 2.24104 cm3 1 摩爾 = 6.62 1023 個分子 大氣壓下的氣體密度是2.961019 cm3 托的氣體密度是 3.891016 cm3 毫托的氣體密度是 3.891013 cm3 射頻電漿原有非常低的游離率,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,9,平行板電漿系統,電漿,射頻功率,暗區或 鞘層,電極,至真空幫浦,Hong Xiao, Ph. D.,www
5、2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,10,電漿的產生,需要借助外界的能量 射頻 (RF) 電能是最常使用的電源 產生一個穩定的射頻電漿需要真空系統,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,11,離子化,e- + A A+ + 2 e- 游離碰撞產生電子和離子 維持電漿的穩定,電子和中性原子或分子碰撞 把軌道電子敲離核的束縛,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,12,離子化的說明,自由電子入射撞擊軌道電子,兩個
6、自由電子,軌道電子,原子核,原子核,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,13,激發鬆弛,e- + A A* + e- A* A + hn (光) 不同的原子/分子有不同的頻率,也就是為什麼不同的氣體會發出不同的顏色. 偵測電漿的發光變化來決定蝕刻和化學氣相沉積反應室清潔步驟的終端點(endpoint),Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,14,激發碰撞,入射撞擊電子,基態電子,激態電子,原子核,原子核,撞擊電子,Hong Xiao, Ph.
7、 D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,15,鬆弛,基態,hn,hn,h: 蒲朗克常數 n: 光的頻率,激態,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,16,分解,電子和分子碰撞，可以打斷化學鍵並產生自由基:e- + AB A + B + e- 自由基至少有一個未成對電子，化學上是容易起反應的. 增加化學反應速率 對蝕刻和化學氣相沉積製程非常重要,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,17,分解,A,B
8、,e-,B,e-,A,分子,自由基,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,18,電漿蝕刻,氧化物蝕刻製程，在電漿中使用CF4 產生氟(F)的自由基e- + CF4 CF3 + F + e- 4F + SiO2 SiF4 + 2O 增進蝕刻製程的化學反應,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,19,電漿增進化學氣相沉積化學反應,PECVD氧化物的製程用矽烷和 NO2 (笑氣) e- + SiH4 SiH2 + 2H + e- e- + N2O N
9、2 + O + e- SiH2 + 3O SiO2 + H2O 電漿增進化學反應 在相對低溫下，PECVD可達高的沉積速率,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,20,問與答,為何在銅和鋁的濺鍍製程中，分解碰撞並不重要?,鋁和銅的濺鍍製程中僅使用惰性氣體氬氣。和其他氣體不同的是，惰性氣體是以原子而非分子的形式存在，因此在氬氣電漿中並不會產生分解碰撞,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,21,問與答,在PVD製程中有分解碰撞嗎?,有，在氮化鈦(
10、TiN)的沉積中，會用到氬氣(Ar)和氮氣(N2)。在電漿中，氮氣會被分解而產生自由基N，而自由基N又會和鈦產生反應而在鈦靶表面形成氮化鈦，Ar+離子則會把氮化鈦分子從鈦靶表面濺射出來而使之沉積在晶圓表面,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,22,表7.1 矽烷的分解,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,23,問與答,表7.1中哪種碰撞最有可能發生?為什麼?,需要最少能量的碰撞便是最有可能發生的碰撞,Hong Xiao, Ph. D.,ww
11、w2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,24,平均自由路徑 (MFP),粒子和粒子碰撞前能夠移動的平均距離.,N是粒子的密度 s 是粒子的碰撞截面,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,25,平均自由路徑說明,大粒子,小粒子,大粒子,小粒子,(,a),(,b),Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,26,平均自由路徑 (MFP),壓力的影響壓力越高, 平均自由路徑越短 壓力越低, 平均自由路徑越長,Hong X
12、iao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,27,問與答,為何需要用到一個真空反應室來產生穩定的電漿?,電子在大氣壓 (760 托)的狀態下的平均自由路徑很短，電子很難去獲取足夠的能量使氣體離子化. 在一個極度強大的電場下，電漿會形成弧光(arcing,像是閃電一樣)的型態，而非穩定的輝光放電 (glow discharge),Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,28,帶電粒子的移動,電子質量遠小於離子 me mi me:mH =1:1836 電子和離子具相同
13、的電力 F = qE 電子有較高的加速度 a = F/m,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,29,帶電粒子的移動,射頻電場變化的非常快，電子可以快速的加速且開始碰撞，離子太重無法立即對交流的電場作出反應 由於離子的碰撞截面較大所以有較多的碰撞，也因此減緩離子的運動速度 在電漿中電子移動的較離子快很多,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,30,熱速度,電子熱速度 v = (kTe/me)1/2 射頻電漿, Te 約 2 eV ve 5.93
14、107 cm/sec = 1.33107 mph,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,31,磁力和螺旋運動,磁力作用在一個帶電粒子上: F = qvB 磁力總是垂直粒子的速度 帶電粒子沿著磁場線螺旋狀旋繞. 螺旋運動(Gyro-motion),Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,32,螺旋運動,帶電粒子軌跡,磁力線,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,33,螺旋轉
15、動頻率,磁場中的帶電粒子作螺旋運動環繞磁場線的頻率,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,34,螺旋轉動半徑,在磁場中帶電粒子的迴旋半徑, r, 可以下式表示: r = v/W,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,35,能量, E,f(E),2 - 3 eV,具有足夠離子化能量的電子,波茲曼分佈,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,36,離子轟擊,當電漿製程開始後，
16、任何接近電漿的東西都會產生離子轟擊 對於濺鍍、蝕刻和電漿增強式化學氣相沉積非常重要 主要受射頻功率供給影響 壓力也會影響轟擊,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,37,離子轟擊,電子移動比離子快很多 電子首先到達電極和反應室牆邊 電極帶負電，排斥電子，吸引離子. 鞘極(sheath) 電位差會加速離子朝向電極移動，並造成離子轟擊. 離子轟擊對濺鍍、蝕刻和電漿增強式化學氣相沉積非常重要.,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,38,鞘層電位,+
17、,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,+,-,+,-,+,-,+,-,+,-,+,+,+,+,-,+,-,+,-,+,-,+,+,+,+,-,+,-,+,-,+,+,+,+,+,+,-,+,-,+,+,+,+,+,+,-,+
18、,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,鞘層區,V,p,V,f,x,暗區,巨體電漿,鞘層電位,電極,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,39,離子轟擊的應用,幫助如何到達非等向性蝕刻輪廓 損傷機制 阻絕機制 氬濺鍍 縫補縫隙的介電質蝕刻 金屬沉積 幫助控制PECVD製程中薄膜的應力 較重的離子轟擊，薄膜受到的壓應力越大,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,40,直流偏壓和射頻功率的關係,時間,電壓(伏特),直流偏壓,射頻電位,電漿電位,H
19、ong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,41,直流偏壓和射頻功率,0,時間,電漿電位,0,時間,電漿電位,直流偏壓,射頻電位,直流偏壓,較低的射頻功率較小的直流偏壓,較高的射頻功率較大的直流偏壓,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,42,離子轟擊,離子能量 離子密度 兩者受射頻功率控制,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,43,離子轟擊控制,增加射頻功率、增加直流偏壓，
20、則離子密度也增加. 離子密度和離子轟擊能量都受射頻功率控制. 射頻功率是控制離子轟擊最重要的把手 射頻功率也用來做為增強式化學氣相沉積製程薄膜應力的控制,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,44,化學氣相沉積反應室電漿的直流偏壓,V,p,= 10 - 20 V,射頻熱電極,接地電極,暗區或鞘層區域,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,45,蝕刻反應室電漿的直流偏壓,直流偏壓,0,時間,晶圓電位,電漿電位,自我偏壓,Hong Xiao, Ph
21、. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,46,蝕刻反應室電漿的直流偏壓,V,2,A,2,A,1,V1/V2 =(A2/A1),V1 = 200 到 1000 V,4,直流偏壓 V1,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,47,問與答,如果電擊的面積比例為1:3，試問直流偏壓和自我偏壓之間的差值為何?,直流偏壓是 V1, 自我偏壓是 V1 - V2, 因此,他們的差值是V1 - (V1 - V2)/V1 = V2/V1 = (A1/A2)4 = (1/3)4 = 1/81
22、= 1.23%,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,48,問與答,我們是否可以在電漿中插入金屬探針來測量電漿電位V2?,可以，但是當探針靠近電漿時，它會受到電子快速移動的影響而帶負電，並在其表面和巨體電漿間形成鞘層電位。 因此測量的結果端視於鞘層電位的理論模式，但是這理論模式至今尚未完全發展完備,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,49,離子轟擊和電極尺寸,越小的電極就會有較大的鞘層電壓，因此能產生較高能量的離子轟擊 大多數的蝕刻反應室將晶
23、圓放在較小的射頻熱電極,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,50,使用電漿的優點,IC生產線的電漿製程: 電漿增強式化學氣相沉積 化學氣相沉積反應室的乾式清洗 電漿蝕刻 物理氣相沉積 離子佈植,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,51,化學氣相沉積製程使用電漿的好處,相對較低的溫度有較高的沉積速率. 獨立的薄膜應力控制 反應室乾式清洗,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.
24、htm,52,PECVD 和 LPCVD的比較,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,53,高密度電漿化學氣相沉積間隙填充,同時沉積和濺鍍 間隙的開口逐漸變細 金屬線之間的間隙從底部填充上來,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,54,0.25 mm, A/R 4:1,高密度電漿CVD無空洞的間隙填充,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,55,蝕刻製程使用電漿的好處,
25、高蝕刻速率 非等向性蝕刻輪廓 光學式終端點偵測 減少化學藥品的使用和廢棄物的處理,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,56,物理氣相沉積製程使用電漿的好處,氬氣濺射 薄膜品質較高 不純度低和較高的導電係數 較好的均勻性 較好的製程控制 製程整合能力較高. 較容易沉積金屬合金薄膜,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,57,PECVD 和電漿蝕刻反應室,CVD: 添加材料到晶圓的表面 自由基 為了應力控制的一些離子轟擊 蝕刻: 將材料由晶圓表面
26、移除 自由基 激烈的的離子轟擊 喜低壓，較好的離子定向性,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,58,PECVD反應室,離子轟擊控制薄膜的應力 晶圓放在接地電極 射頻熱電極和接地電極兩者有相同的面積 非常小的自我偏壓 離子轟擊能量大約10 20 eV, 主要是由射頻功率大小決定,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,59,PECVD反應室的示意圖,電漿,吸盤,RF,晶圓,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.u
27、s/HongXiao/Book.htm,60,電漿蝕刻反應室,離子轟擊 移除晶圓表面材料 打斷化學鍵 晶圓所在的電及面積較小 自我偏壓 離子轟擊能量 晶圓上 (射頻熱電極): 200 1000 eV 反應室蓋子 (接地電極): 10 20 eV.,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,61,電漿蝕刻反應室,激烈的離子轟擊產生熱能 需要控制溫度以保護做為圖案光罩的光阻 水冷式晶圓冷卻台(夾盤, 陰極) 低壓不利於從晶圓轉移熱能到夾盤 需要把氦氣注入晶圓的背面 夾環或靜電夾盤 (E-夾盤)抓住晶圓,Hong Xiao, P
28、h. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,62,電漿蝕刻反應室,蝕刻在低壓下進行 較長的平均自由路徑,較多的離子能量和較少的濺鍍 低壓, 長平均自由路徑,較少離子化碰撞 很難產生和支撐電漿 磁極用來強迫電子以螺旋路徑移動去增加碰撞的機會,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,63,電漿蝕刻反應室示意圖,製程氣體,電漿,製程反應室,副產品被真空幫浦抽走,夾盤,射頻功率,晶圓背端用氦氣冷卻,磁場線圈,晶圓,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx
29、.us/HongXiao/Book.htm,64,遙控電漿製程,需要自由基 增強化學反應 避開離子轟擊 避免電漿誘生傷害 遙控電漿系統因此應運而生,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,65,製程氣體,電漿,微波或射頻功率,製程反應室,副產品被真空幫浦抽走,遙控電漿反應室,自由基,加熱板,遙控電漿系統,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,66,光阻剝除,蝕刻後立即移除光阻 O2 和 H2O 的化學 可以整合到蝕刻系統 臨場蝕刻和光阻剝除 同時
30、改善生產率和良率,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,67,光阻剝除製程,H2O, O2,電漿,O,O,H,微波,製程反應室,H2O, CO2, 至真空幫浦,遙控電漿反應室,O,O,O,H,H,表面有光阻的晶圓,加熱板,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,68,遙控電漿蝕刻,應用: 等向性蝕刻製程: 係的局部氧化或淺溝槽絕緣氮化物剝除 酒杯狀接觸窗孔蝕刻 可以整合再電漿蝕刻系統 改善生產率 部分往取代濕式蝕刻製程努力,Hong Xiao,
31、Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,69,NF3,電漿,F,F,F,F,N2,N2,F,微波,製程反應室,N2, SiF4, 至真空幫浦,遙控電漿反應室,加熱板,晶圓,遙控電漿蝕刻系統,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,70,遙控電漿清潔法,沉積不只發生在晶圓表面 CVD反應室需要例行清潔 避免薄膜破裂的粒子污染物 電漿清潔一般使用氟碳化合物的氣體 離子轟擊影響零件的壽命 氟碳化合物的分解率低 環保人士很在意氟碳化合物的釋出,Hong Xiao, Ph. D.
32、,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,71,遙控電漿清潔法,微波高密度電漿 自由基流入CVD反應室 和沉積薄膜反應並且移除 清潔反應室 緩和的製程, 延長零件的壽命 高分解,少量氟碳化合物釋出,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,72,NF3,電漿,F,F,F,F,N2,N2,F,微波,CVD 反應室,N2, SiF4, 至真空幫浦,遙控電漿反應室,加熱板,遙控電漿清潔法示意圖,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/B
33、ook.htm,73,遙控電漿 CVD (RPCVD),磊晶矽鍺(Si-Ge)材料為高速雙載子互補型金氧半電晶體 仍在研發中 匣極介電質: SiO2, SiON, 和 Si3N4 高介電常數(k) : HfO2, TiO2, 和 Ta2O5 PMD 氮化物阻擋層 LPCVD: 熱積存的限制 PECVD: 限制電漿誘發損傷,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,74,高密度電漿(HDP),能在低壓下產生高密度電漿是最大的希望 低壓有較長的平均自由路徑，較少的離子濺鍍，增進蝕刻輪廓的控制. 密度越高, 離子和自由基也越多
34、增進化學反應 增加離子轟擊 對CVD 製程, HDP在臨場,同步沉積/回蝕/沉積時增進間隙填充能力,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,75,平行平板電漿源的限制,電容耦合型電漿源 無法產生高密度電漿 在低壓下即使在磁場中，要產生電漿仍然很難, 約幾毫托(mTorr) 電子的平均自由路徑太長,無法形成足夠的離子化碰撞,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,76,平行平板電漿源的限制,不能單獨控制離子束流和離子能量 兩者直接與射頻功率相關 較佳
35、的製程控制需要一個可以單獨控制離子通量和離子能量的電漿源,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,77,感應耦合型電漿(ICP)和電子迴旋共振(ECR),在IC工業上最常使用 感應耦合型電漿, ICP 亦稱作變壓器耦合電漿源,TCP 電子迴旋共振, ECR ICP可以在低壓的狀態(幾個毫托)製造高密度電漿 可以單獨控制離子束流和離子能量,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,78,感應耦合型電漿(ICP),射頻電流通過線圈時，經由感應耦合會產生一
36、個隨時間變化的電場 迴旋型電場使電子加速也是往迴旋方向加速. 電子因迴旋而能移動很長的距離而不會撞到反應室牆壁或電極. 離子化碰撞能在低壓狀態產生高密度電漿,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,79,感應耦合型電漿(ICP),偏壓射頻功率控制離子轟擊能量 射頻功率來源控制離子束流 必須有一個背面氦氣冷卻系統和靜電夾盤( E-chuck)來控制晶圓溫度,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,80,感應耦合原理示意圖,線圈中射頻電流,射頻磁場,感
37、應電場,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,81,ICP反應室示意圖,氦氣,射頻偏壓,晶圓,靜電夾盤,電漿,感應線圈,射頻功率源,反應室主體,陶瓷蓋,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,82,ICP的應用,介電質化學氣相沉積 所有的圖案蝕刻製程 金屬沉積之前的濺鍍清洗 金屬電漿物理氣相沉積 電漿浸置型離子佈植,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,83,電子迴旋共振
38、(ECR),螺旋轉動頻率(Gyro-frequency)或迴旋頻率(cyclotron frequency):由磁場強度決定,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,84,電子迴旋共振(ECR),當wMW = We時，產生電子迴旋共振 電子從微波中取得能量 具能量的電子和原子或分子碰撞 離子化碰撞產生更多的電子 電子沿著磁場線螺旋轉進 即使在非常低的壓力也有許多的碰撞,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,85,電子迴旋共振(ECR),電子軌跡,
39、B,微波,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,86,氦氣,射頻偏壓,磁力線,微波,磁場線圈,ECR 電漿,晶圓,靜電夾盤,電子迴旋共振(ECR),Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,87,電子迴旋共振(ECR),射頻偏壓功率控制離子轟擊能量 微波功率控制離子束流 磁場線圈控制電漿位置和製程的均勻性 背面要有一個具有靜電夾盤(E-chuck)的氦氣冷卻系統來控制晶圓溫度,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.
40、us/HongXiao/Book.htm,88,ECR的應用,介電質化學氣相沉積 所有的圖案蝕刻製程 電漿浸置型離子佈植,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,89,概要,電漿是n = n+的游離氣體 電漿由中性原子(n),電子(e),和離子(i) 組成 離子化、激發鬆弛和分解 離子轟擊幫助蝕刻率的增加和達到非等向性蝕刻 光的放射可以使用來做為蝕刻終端點 平均自由路徑和壓力有關 電漿的離子總是轟擊電極,Hong Xiao, Ph. D.,www2.austin.cc.tx.us/HongXiao/Book.htm,90,概要,電容耦合型電漿，增加射頻功率同時增加離子束流和離子能量 低頻射頻功率提供離子更多的能量，引起較激烈的離子轟擊 蝕刻製程比PECVD需要更多的離子轟擊 低壓下產生高密度電漿源是希望達到的目標 ICP和ECR是兩種用在IC製造的高密度電漿系統,
