等離子體及等離子體工藝介紹

等離子體是在特定條件下氣體電離而產(chǎn)生的區(qū)別于固、液和氣三態(tài)的物質(zhì)第 四態(tài)，閃電、火焰、太陽就是等離子體。等離子體由帶電粒子、中性粒子、自由 基等組成，具有獨特的光、熱、電物理特性以及高活性、高能量的特點。等離子 體的特性可實現(xiàn)特殊的工藝效果，被廣泛應用于半導體薄膜沉積、刻蝕、離子注 入、清洗去膠、鍵合環(huán)節(jié)，以及光伏薄膜沉積、顯示面板鍍膜、精密光學鍍膜等 領域。

以半導體薄膜沉積和刻蝕工序為例，等離子體實現(xiàn)了傳統(tǒng)高溫薄膜沉積和化 學溶劑濕法刻蝕無法達到的工藝效果，具體如下：

等離子體射頻電源系統(tǒng)是半導體制造中極其關鍵的專用電源系統(tǒng)，主要由等 離子體射頻電源和匹配器組成。等離子體射頻電源是可以產(chǎn)生正弦波電壓，工作 頻率范圍一般處于 3kHz 至 300GHz 之間，具有一定功率的工藝電源。其核心作用是通過產(chǎn)生高頻電場，在晶圓反應腔體內(nèi)將特定工藝氣體電離，創(chuàng)造并維持高活性、高能量的等離子體，并利用等離子體的特殊性能實現(xiàn)薄膜沉積、刻蝕、離子注入、清洗去膠、鍵合等復雜半導體工藝（薄膜沉積、刻蝕與光刻并稱為芯片 制造三大關鍵工序）。

在相關工藝中，等離子體的阻抗是動態(tài)變化的，常會出現(xiàn)負載阻抗與電源端 的阻抗不匹配的情況，導致負載接收到的功率較低，并在電源端產(chǎn)生較高的反射 功率，造成能量損耗。匹配器通過調(diào)節(jié)阻抗匹配網(wǎng)絡，實現(xiàn)等離子體射頻電源內(nèi) 部阻抗、傳輸線阻抗和負載阻抗三者的匹配，從而實現(xiàn)功率最大化輸出。匹配器 的作用可類比為汽車的變速箱，通過調(diào)節(jié)變速箱檔位，將發(fā)動機（等離子體射頻 電源）的動力，高效傳輸給車輪（負載）。

等離子體射頻電源系統(tǒng)的性能直接影響薄膜沉積、刻蝕等環(huán)節(jié)中等離子體的 成分濃度、均勻性和穩(wěn)定性等，對于薄膜沉積的厚度、密度、應力、速率，以及 刻蝕的選擇性、方向性、速率、質(zhì)量等至關重要，進而影響晶圓制造工藝的能力、 良率和效率，等離子體射頻電源系統(tǒng)在半導體制造核心裝備中占據(jù)著核心位置。

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