容性耦合等離子體源與感性耦合等離子體源

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：2023-09-04

工業生產中常用的等離子體主要由氣體放電產生，其中應用較為廣泛的等離子體源有：單頻／雙頻容性耦合等離子體源、感性耦合等離子體源等。

容性耦合等離子體源

容性耦合等離子體源（Capacitively Coupled Plasma,CCP）是在集成電路刻蝕工藝中最早使用的等離子體源，其反應裝置簡單，目前仍是半導體工業中主要的等離子體源。CCP源的反應裝置如圖1-1所示，反應裝置被放置在真空腔室中，在腔室里面主要由兩塊平行電極板組成，其中一塊電極板通過匹配網絡連接射頻電源，另外一塊電極板接地，兩個電極板之間構成了一個平行板電容器。在容性耦合等離子體放電裝置中，電極板之間的距離一般是0.02~0.1m，氣壓在10~100mTorr之間，電源頻率通常是工業中常用到的13.56MHz。在CCP放電裝置中，等離子體加熱機制包括隨機加熱和歐姆加熱兩種方式。在射頻電源的作用下，腔體內部存在著射頻電場，在電極板附近形成鞘層，鞘層中的正電荷數量要比負電荷多。電子運動到鞘層時，獲得加速，即發生隨機加熱。此外，被加速的電子和中性粒子發生碰撞，即發生歐姆加熱。

圖1-1 單頻容性耦合等離子體源裝置

單頻CCP放電裝置要想增加等離子體密度，需要提高電源頻率，但是這也會造成離子能量過高，在轟擊基片時可能會造成損傷。為了實現獨立地控制等離子體密度和離子能量，在單頻電源裝置的基礎上提出了雙頻容性耦合等離子體放電裝置，其中低頻電源用來控制離子能量，而高頻電源用來控制等離子體密度。如圖1-2所示，雙頻電容耦合等離子體源裝置有兩種形式，一種是高頻電源和低頻電源在同一側電極板上，另一種是高頻電源和低頻電源各在一個電極板上，兩種方式在不同的半導體制造公司都有使用。兩個射頻源的頻率相差較大，目前在工業中使用的有27MHz和2MHz的組合、162MHz和13.56MHz的組合等。一個電源頻率較高，可以用來獨立地控制等離子體密度，另一個電源頻率較低，可以用來獨立地控制離子到達晶片的能量。

圖1-2 雙頻容性耦合等離子體源裝置

感性耦合等離子體源

感性耦合等離子體源在上世紀90年代開始被廣泛使用，如圖1-3所示，感性耦合等離子體源（Inductively Coupled Plasma,ICP）根據線圈放置位置的不同，可以分為兩種類型，一種是將線圈纏繞在反應腔體的側面，另一種是將線圈放置在反應腔體的上方。兩種類型的感性耦合等離子體源裝置均可實現對等離子體密度和能量的獨立控制，其中線圈中的射頻源用來控制等離子體密度，在基片上加的射頻偏壓可以獨立控制離子能量。ICP源裝置將射頻電源加到線圈當中，在線圈中產生交變電流，從而在腔室內產生交變的電磁場，電子在電磁場的作用下被加速，和周圍的氣體發生電離碰撞反應，產生等離子體，同時環向的電場減少了帶電粒子對腔體側壁的撞擊。ICP源放電裝置的工作氣壓很低，一般在0.1Pa到1Pa，但是可以產生非常高密度的等離子體，可以達到10¹⁷~10¹⁸m^-3，被廣泛應用于大型集成電路的刻蝕工藝中。