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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整體,則它整體上呈準(zhǔn)電中性,當(dāng)施加一個外電磁場時,內(nèi)部帶電粒子會對其做出集體響應(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。在整個大規(guī)模集成電路制造過程中,近三分之一的工序是借助于等離子體技術(shù)來完成,因此,等離子體技術(shù)的進(jìn)步推動了大規(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、與清洗等過程都需要等離子體技術(shù)來輔助完成。

等離子體刻蝕，在干法刻蝕中最常見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，電離氣體通過電場被加速，從而加速離子撞擊固體表面發(fā)生各種過程，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)會與被刻蝕材料表面產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，因此來達(dá)到刻蝕的目的。就當(dāng)前的刻蝕工藝來說,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題。作為工作在相對較高氣壓(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。等離子清洗機(jī)清洗優(yōu)勢明顯,操作簡單,精度可控,整個過程無需加熱,不會產(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,對半導(dǎo)體技術(shù)的研究變得越來越重要,而在半導(dǎo)體工藝中,低溫等離子技術(shù)起著重要的作用。