ICP的設(shè)計(jì)在半導(dǎo)體工業(yè)中相當(dāng)普遍，這種系統(tǒng)包括高密度等離子體(HDP)電介質(zhì)CVD系統(tǒng);硅、金屬和電介質(zhì)HDP刻蝕系統(tǒng);原生氧化物濺鍍清潔系統(tǒng);離子化金屬等離子體PVD系統(tǒng)。

在ICP反應(yīng)室中加入射頻偏壓系統(tǒng)就可以產(chǎn)生自偏壓并控制離子的轟擊能量。由于在高密度等離子體中的離子轟擊會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，因此必須有一個(gè)背面気氣冷卻系統(tǒng)和靜電夾盤控制晶圓的溫度。下圖(b)顯示了一個(gè)ICP反應(yīng)室腔。ICP系統(tǒng)中，由等離子體密度決定的離子束流通過射頻功率源控制，而離子轟擊能量由偏壓射頻功率控制。

電子回旋共振

帶電粒子在磁場(chǎng)中將形成回旋轉(zhuǎn)動(dòng)，而轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率稱為螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)頻率或回旋頻率，它由磁場(chǎng)的強(qiáng)度決定。由公式可以得出，電子螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為：

ΩeMHz)=2.8B(高斯)

在磁場(chǎng)中，當(dāng)所用的微波頻率等于電子的螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，即ωMW=Ωe，電子就發(fā)生回旋共振。電子將通過微波使能量增加，進(jìn)而電子和原子或分子產(chǎn)生碰撞，而離子化碰撞將產(chǎn)生更多的電子，這些電子也會(huì)和微波形成共振獲得能量，且通過離子化碰撞產(chǎn)生更多的電子。由于電子將沿磁場(chǎng)線進(jìn)行螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)，如下圖(a)所示，因此即使平均自由程比反應(yīng)室的距離長(zhǎng),也一定會(huì)先和氣體分子產(chǎn)生多次碰撞后才會(huì)與反應(yīng)室墻壁或電極碰撞。這就是ECR系統(tǒng)能在低壓狀態(tài)下產(chǎn)生高密度等離子體的原因。

ECR系統(tǒng)和ICP系統(tǒng)一樣都具有射頻偏壓系統(tǒng)控制離子的轟擊能量，并具有靜電夾盤背面氮?dú)饫鋮s系統(tǒng)以控制晶圓的溫度，如下圖(b)所示。離子轟擊的流量主要由微波功率控制。ECR系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之一在于通過改變磁場(chǎng)線圈中的電流就能調(diào)整共振的位置，所以可以通過調(diào)整磁場(chǎng)線圈的電流來控制等離子體的位置，提高工藝的均勻性。

等離子體工藝回顧

1.等離子體由離子、電子和中性分子組成。

2.等離子體中三種主要的碰撞為離子化、激發(fā)-松弛和分解碰撞。

3.平均自由程是指粒子與其他粒子碰撞前所能移動(dòng)的平均距離，平均自由程和壓力成反比。

4.分解碰撞中產(chǎn)生的自由基能夠增強(qiáng)CVD、刻蝕和干法清洗工藝的化學(xué)反應(yīng)。

5.等離子體電位必須高于電極的電位，高電位的等離子體才能產(chǎn)生離子轟擊。

6.電容耦合式等離子體系統(tǒng)中，增加射頻功率可以增加離子轟擊的能量和流量。

7.低頻功率將使離子有更多的能量，說明有更劇烈的離子轟擊。

8.刻蝕工藝比PECVD工藝需要更多的離子轟擊，刻蝕反應(yīng)室通常使用磁場(chǎng)增加低壓條件下的等離子體密度。

9.電容耦合式等離子體源不能產(chǎn)生高密度等離子體。

10.刻蝕和CVD工藝需要低壓條件下的高密度等離子體。

H.ICP和ECR是最常使用的兩種高密度等離子體源。

12.ICP和ECR等離子體源都可以單獨(dú)控制離子轟擊的流量和能量。

審核編輯 ：李倩