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廣泛應(yīng)用而又復(fù)雜的物理過程2.容性耦合等離子體(CCP)
等離子體刻蝕在集成電路制造中已有40余年的發(fā)展歷程，早70年代引入用于去膠，80年代成為集成電路領(lǐng)域成熟的刻蝕技術(shù)。等離子刻蝕采用的等離子體源常見的有容性耦合等離子體(CCP-capacitively coupled plasma)、感應(yīng)耦合等離子體ICP(Inductively coupled plasma)和微波ECR 等離子體(microwave electron cyclotron resonance plasma)等。雖然等離子體刻蝕設(shè)備已廣泛應(yīng)用于集成電路制造，但由于等離子體刻蝕過程中復(fù)雜的物理和化學過程到目前為止仍沒有一個有效的方法*從理論上模擬和分析等離子體刻蝕過程。除等離子刻蝕外，等離子體刻蝕技術(shù)也成功的應(yīng)用于其他半導體制程，如濺射和等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)。當然鑒于plasma豐富的活性粒子，plasma也廣泛應(yīng)用于其他非半導體領(lǐng)域，如空氣凈化，廢物處理等。
由于等離子刻蝕過程中復(fù)雜的物理和化學反應(yīng)， 不同中性粒子、帶電粒子間的場(電場，流場，力場等)的相互作用，使得plasma刻蝕很難描述。一些文章中都是針對初學者簡單的介紹了等離子體刻蝕中的主要幾個過程，但是對于原理性的描述非常有限。Nasser, “Fundamentals of Gaseous Ionization and Plasma Electronics”, John Wiley & Sons, 1971，Chapman, “Glow Discharge Processes”, John Wiley & Sons, 1980兩本經(jīng)典書籍全面的介紹了等離子體的基本物理定律和現(xiàn)象。物理和工程領(lǐng)域的相關(guān)人員可從此兩本書中了解等離子體技術(shù)。
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容性耦合等離子體(CCP)
等離子體是部分離化的中性氣體，在等離子體中自由電子與中性分子，原子進行碰撞，通過碰撞電離，進一步得到更多的電子和離子。基于電子的能量，可以獲得更豐富的離子，激發(fā)態(tài)高能中性粒子等，同時由于電子吸附在中性氣體表面還可獲得負離子。由于每種氣體在原子分子物理學中有各自的能級結(jié)構(gòu)，故高能電子可以將氣體激發(fā)到不同的能級上，當氣體分子、原子從高能級向低能級回遷時將會輻射出不同能量的光子，不同能量的光子代表了不同的波長，通過分析光譜我們可以有效地分析等離子體的刻蝕過程。該分析診斷過程常被用于半導體制造中的EDP監(jiān)測。
容性耦合等離子體源典型的腔室結(jié)構(gòu)如下圖。功率加載到上下電極上，通常頻率為13.56MHZ。所謂的暗鞘層將在所有器壁表面形成，暗鞘層常被認為是絕緣體或電容，因此可以認為功率通過一個電容器轉(zhuǎn)移至等離子體。
在頻率為1MHz和100MHz之間，自由電子可以伴隨電場的變化獲得能量，離子由于質(zhì)量較重，往往不會伴隨變化的電場運動。
容性耦合等離子體放電氣壓范圍往往從幾個毫托到幾百毫托，因為電子質(zhì)量遠低于離子質(zhì)量，電子可以運動更遠更長的距離并與氣體和器壁進行碰撞，電離出更多的電子和離子。而器壁周圍因為電子游離只留下笨重的離子，但整個腔室必須保證電中性，故必然會在器壁形成一種結(jié)構(gòu)來阻擋電子繼續(xù)在器壁周圍的電離，而這種結(jié)構(gòu)終平衡了等離子體的電中性特性。這種結(jié)構(gòu)即鞘層，鞘層可認為前面所說的電容器，因為電容器處于放電環(huán)境中，表面有電荷積累，就形成了一個電場，一個電場必然對應(yīng)一個電壓，因為電容器周圍達到的電荷積累動態(tài)平衡，故這個電場，電壓為動態(tài)的靜電場，即直流電場和直流電壓，故VDC形成。因為腔室內(nèi)壁接地，而形成的偏壓電場為阻止電子，故對地內(nèi)壁而言此VDC為負值，即負偏壓。在電極上此負偏壓與射頻電壓一起形成了復(fù)合電壓。
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