《半导体工艺原理》课程教学课件（PPT讲稿）第7章 等离子体的基础原理

Chapter 7 等离子体的基础原理 1

1 Chapter 7 等离子体的基础原理

目标 ·列出至少三种使用等离子体的C工艺 ·列出等离子体中重要的三种碰撞 ·描述平均自由程 ·解释等离子体在蚀刻和化学气相沉积工 艺的好处 ·说出至少两种高密度等离子体系统 2

2 目标 • 列出至少三种使用等离子体的IC工艺 • 列出等离子体中重要的三种碰撞 • 描述平均自由程 • 解释等离子体在蚀刻和化学气相沉积工 艺的好处 • 说出至少两种高密度等离子体系统

讨论的主题 ·什么是等离子体？ ·为什么使用等离子体？ ·离子轰击 ·等离子体工艺的应用 3

3 讨论的主题 • 什么是等离子体? • 为什么使用等离子体? • 离子轰击 • 等离子体工艺的应用

等离子体工艺的应用 ·化学气相沉积 ·蚀刻 ·物理气相沉积 ·离子注入 ·光刻胶剥除 。工艺反应室的的干式清洗 4

4 等离子体工艺的应用 • 化学气相沉积 • 蚀刻 • 物理气相沉积 • 离子注入 • 光刻胶剥除 • 工艺反应室的的干式清洗

等离子体是什么？ ·具有等量的正电荷和负电荷的离子气体 ·更精确的定义：等离子体就是具有等量带电性 与中性粒子的气体，等离子体本身就是这些例 子的集体行为 ·例如 -太阳，电孤等 5

5 等离子体是什么? • 具有等量的正电荷和负电荷的离子气体 • 更精确的定义:等离子体就是具有等量带电性 与中性粒子的气体，等离子体本身就是这些例 子的集体行为 • 例如 –太阳,电弧等

等离子体的成分 ·等离子体是由中性原子或分子、负电（电 子)和正电（离子）所构成 。准-中性： ni≈ne ·离化率： h≈ne/(ne+nn 6

6 等离子体的成分 • 等离子体是由中性原子或分子、负电(电 子)和正电(离子)所构成 • 准-中性: ni  ne • 离化率: h ne/(ne +nn)

离化率 。离化率主要受等离子体中的电子能量决定 。 大部分等离子体工艺反应室，等离子体的离化 率小于0.001%. 。高密度等离子体源有较高的离化率，约1% 。太阳核心的离化率约100%. 7

7 离化率 • 离化率主要受等离子体中的电子能量决定 • 大部分等离子体工艺反应室，等离子体的离化 率小于0.001%. • 高密度等离子体源有较高的离化率,约 1% • 太阳核心的离化率约~100%

中性气体密度 ·理想气体 -1摩尔=22.4升=2.24×104cm3 -1摩尔=6.62×1023个分子 ·1大气压下的气体密度是2.96×1019cm3 ·1托的气体密度是3.89×1016cm3 ·1毫托的气体密度是3.89×1013cm3 ·射频等离子体源有非常低的离化率 8

8 中性气体密度 • 理想气体 –1摩尔 = 22.4 升 = 2.24104 cm3 –1摩尔 = 6.621023 个分子 • １大气压下的气体密度是2.961019 cm−3 • １托的气体密度是 3.891016 cm−3 • １毫托的气体密度是 3.891013 cm−3 • 射频等离子体源有非常低的离化率

等离子体的产生 ·需要借助外界的能量 ·射頻(RF)电能是最常使用的电源 ·产生一个稳定的射频等离子体需要真空系统 射频功率 暗区或 电极 等离子体 鞘层 至真空泵 平行板等离子体系统

9 等离子体的产生 • 需要借助外界的能量 • 射頻 (RF)电能是最常使用的电源 • 产生一个稳定的射频等离子体需要真空系统 等离子体 射频功率 暗区或 电极 鞘层 至真空泵 平行板等离子体系统

离子化 ·电子和中性原子或分子碰撞 ·把轨道电子「敲离」核的束缚 e-+AA+2 e- ·游离碰撞产生电子和离子 ·维持等离子体的稳定 10

10 离子化 e - + A A + + 2 e- • 游离碰撞产生电子和离子 • 维持等离子体的稳定 • 电子和中性原子或分子碰撞 • 把轨道电子「敲离」核的束缚