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等離子體是由大量電子、離子和中性氣體粒子組成的復(fù)雜系統(tǒng)。若把等離子體看作一個(gè)整體,則它整體上呈準(zhǔn)電中性,當(dāng)施加一個(gè)外電磁場(chǎng)時(shí),內(nèi)部帶電粒子會(huì)對(duì)其做出集體響應(yīng)。等離子體技術(shù)作為許多高科技產(chǎn)業(yè)和重大科學(xué)項(xiàng)目的基礎(chǔ),在微電子工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)，生態(tài)環(huán)保、空間開(kāi)發(fā)等方面發(fā)揮著重要作用。尤其是在芯片加工技術(shù)領(lǐng)域,基于低溫等離子體物理機(jī)制的材料表面處理技術(shù)發(fā)揮著舉足輕重的作用。用于材料表面改性的射頻等離子體通常在低氣壓下工作,由于粒子間的碰撞較少,低氣壓射頻放電容易產(chǎn)生大面積、均勻的低溫非熱平衡等離子體。在整個(gè)大規(guī)模集成電路制造過(guò)程中,近三分之一的工序是借助于等離子體技術(shù)來(lái)完成,因此,等離子體技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了大規(guī)模集成電路制造的發(fā)展,促進(jìn)了微電子工業(yè)以及相關(guān)制造裝備的進(jìn)步,引發(fā)了現(xiàn)代社會(huì)全面而深刻的變革。

在大規(guī)模集成電路制造的主要流程中,薄膜沉積、刻蝕、與清洗等過(guò)程都需要等離子體技術(shù)來(lái)輔助完成。

等離子體刻蝕，在干法刻蝕中最常見(jiàn)的一種形式就是將掩膜圖形完整地復(fù)制到硅片表面，涵蓋的范圍包括前段柵極大小的控制，還包括后端金屬鋁的刻蝕等。其原理是將高頻電場(chǎng)施加到反應(yīng)氣體上，使得反應(yīng)氣體產(chǎn)生電離并形成等離子體，電離氣體通過(guò)電場(chǎng)被加速，從而加速離子撞擊固體表面發(fā)生各種過(guò)程，如離子濺射、沉積和離子注入等，大量處于激發(fā)態(tài)的活性基和中性原子團(tuán)會(huì)與被刻蝕材料表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，因此來(lái)達(dá)到刻蝕的目的。就當(dāng)前的刻蝕工藝來(lái)說(shuō),射頻容性耦合等離子體主要用于介質(zhì)材料的刻蝕,而感性耦合等離子體(Inductively Coupled Plasma,ICP)則主要用于刻蝕金屬和半導(dǎo)體Si。

在薄膜沉積方面,主要采用物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition,PVD)技術(shù)作為低氣壓(幾mTorr)薄膜沉積中的主要工藝,其中,金屬薄膜主要采用直流磁控濺射技術(shù)來(lái)制備,而射頻磁控濺射技術(shù)則通用于制備介質(zhì)、氧化物薄膜,然而其一直存在著濺射速率較低的問(wèn)題。作為工作在相對(duì)較高氣壓(幾百mTorr)的薄膜沉積技術(shù),等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能電池硅或氧化硅薄膜的制備。

在半導(dǎo)體制造業(yè)中,等離子清洗技術(shù)已經(jīng)成為不可或缺的手段,其主要作用是能夠有效提高半導(dǎo)體元器件在生產(chǎn)制造過(guò)程中表面的潔凈度,且活化表面,提高產(chǎn)品的可靠性。等離子清洗機(jī)的干式清洗方式能夠在不破壞半導(dǎo)體芯片表面材料特性的情況下去除附著在芯片表面的污染雜質(zhì),該方法與其它清洗方式相比占有明顯優(yōu)勢(shì)。等離子清洗機(jī)清洗優(yōu)勢(shì)明顯,操作簡(jiǎn)單,精度可控,整個(gè)過(guò)程無(wú)需加熱,不會(huì)產(chǎn)生任何的污染,安全可靠,該設(shè)備在半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域中有著大規(guī)模的應(yīng)用。

伴隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,對(duì)半導(dǎo)體技術(shù)的研究變得越來(lái)越重要,而在半導(dǎo)體工藝中,低溫等離子技術(shù)起著重要的作用。