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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雜系統(tǒng)。若把等離子體看作一個整體,則它整體上呈準電中性,當施加一個外電磁場時,內部帶電粒子會對其做出集體響應。等離子體技術作為許多高科技產業(yè)和重大科學項目的基礎,在微電子工業(yè)、生物醫(yī)學，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領域,基于低溫等離子體物理機制的材料表面處理技術發(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來完成,因此,等離子體技術的進步推動了大規(guī)模集成電路制造的發(fā)展,促進了微電子工業(yè)以及相關制造裝備的進步,引發(fā)了現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氣體上，使得反應氣體產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子團會與被刻蝕材料表面產生化學反應，因此來達到刻蝕的目的。就當前的刻蝕工藝來說,射頻容性耦合等離子體主要用于介質材料的刻蝕,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來制備,而射頻磁控濺射技術則通用于制備介質、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,等離子體增強化學氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)廣泛應用于太陽能電池硅或氧化硅薄膜的制備。

在半導體制造業(yè)中,等離子清洗技術已經成為不可或缺的手段,其主要作用是能夠有效提高半導體元器件在生產制造過程中表面的潔凈度,且活化表面,提高產品的可靠性。等離子清洗機的干式清洗方式能夠在不破壞半導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,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,不會產生任何的污染,安全可靠,該設備在半導體封裝領域中有著大規(guī)模的應用。

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