電漿在半導體領域分析

國家知識產(chǎn)權局專利局 鐘 翊

半導體作為多種技術的集成體，需要通過多種技術實現(xiàn)對半導體產(chǎn)品的研發(fā)和制作，在具體的處理過程中，涉及多種工作體系的建設。本文探討了電漿在半導體領域內(nèi)起到關鍵作用的設備類型，分析其在半導體領域內(nèi)的具體使用方法，并在此基礎上分析了相對應的質量控制模式，從而讓電漿可以在半導體領域內(nèi)更好發(fā)揮應有作用。

電漿刻蝕，又名等離子體刻蝕，在半導體制造工藝中被廣泛應用，是制造半導體芯片的關鍵技術之一。在電漿的具體使用過程，其中會考慮具體的使用信息，并且通過對這類電漿信號的全面加入，使得所攜帶的電漿可以被投放在基體上，最終對其進行刻蝕處理，因此可以說電漿本身的使用質量以及處理工作規(guī)范中，能夠從根本上決定半導體產(chǎn)品的制作水平。在當前的技術發(fā)展和變革過程，必須要實現(xiàn)對該項技術的科學合理使用。

1 電漿在半導體產(chǎn)品制作工藝中發(fā)揮作用的設備

1.1 電子加速裝置

在電漿技術的具體使用過程中，所有電漿本身存在大量的電荷，要經(jīng)過響應處理，使得電漿具有較高速度噴涂到被處理的材料上，讓其實現(xiàn)對于整個系統(tǒng)的有效刻蝕。電漿可通過緩慢噴出的方式，導致電漿無法真正起到應有作用，所以可以通過電子回旋加速震蕩反應器，實現(xiàn)對具體刻蝕處理設備的使用，從而在相對應的工作壓力下產(chǎn)生致密的電漿。此外由于其中存在一個平行于反應器流動方向的關鍵電磁場，此時整個體系內(nèi)存在的所有自由電子會在磁場作用下做出螺旋運動，當電子的具體回旋頻率能夠和微波電場的固有頻率相同時，那么就可以實現(xiàn)所有的電子被集中在材料中，當此時就實現(xiàn)了針對材料表面的有效刻蝕作用。

1.2 電感耦合電漿反應器

電感耦合電漿反應器構造過程中，可以直接減弱硅片上的電漿系統(tǒng)的密度，并且可以實現(xiàn)對于整個系統(tǒng)反應器中相關反應的具體處理工作，并且該項設備相對于電子回旋加速振蕩器來說，所需要投入的成本總量較低，因此已經(jīng)在當前的半導體行業(yè)內(nèi)，在大量的企業(yè)內(nèi)處于廣泛使用狀態(tài)。該項技術的運行原理是，通過使用硅片和電漿的隔離，確保該系統(tǒng)可以在運行過程中直接生成電漿，而同時可以把硅片放置在存在電漿的區(qū)域，那么硅片本身就不會受到磁場參數(shù)的影響，此時可以通過增加處理的參數(shù)，獲得化學和物理的同時性刻蝕作用。此外在該過程中，產(chǎn)生的功率和電漿參數(shù)本身，也可以使用專業(yè)的刻蝕工作方法，實現(xiàn)對系統(tǒng)的處理，該系統(tǒng)可以從13.56MHz的信號中接收功率，該系統(tǒng)可以直接放置在石英管外部的雙環(huán)天線耦合系統(tǒng)內(nèi)。

1.3 磁增強反應離子刻蝕反應器

磁增強反應系統(tǒng)的建設過程中，對于該反應器的作用，可以實現(xiàn)物理和化學的混合刻蝕作用，該系統(tǒng)中可以形成一個讓電漿遠離的腔體，并且能夠直接在芯片附近提高離子和電子濃度的處理磁場。該系統(tǒng)內(nèi)的其他部分使用中，都要能夠起到需要發(fā)生反應狀態(tài)的各類離子刻蝕作用，讓其處于完全性的運行狀態(tài)，因此這一磁場就可以在后續(xù)的工作內(nèi)，實現(xiàn)三相交流電的相關參數(shù)調整和運行，并且接觸了該系統(tǒng)的后續(xù)螺旋，在偶極環(huán)上的磁系統(tǒng)運行方案中，在整個磁場內(nèi)部進行旋轉并生成高密度電漿，從而可以處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。

1.4 電子顯微鏡設施

在技術的具體使用過程中，還需要使用電子顯微鏡裝置進行監(jiān)管，該設施的作用是，可以根據(jù)已經(jīng)產(chǎn)生的高度聚集狀態(tài)電子顯微鏡直接掃描整個系統(tǒng)，而之后探測整個系統(tǒng)內(nèi)所存在的散射電子，在該系統(tǒng)的運行過程，并不需要相關設施直接和芯片進行接觸，因此從破壞程度上來看大幅度下降。該系統(tǒng)的建設過程，包括電子槍、電子整形成束裝置、聚焦裝置以及靜電磁聚焦系統(tǒng)，運行過程中可以讓產(chǎn)生的所有電子直接打到樣片上，最終形成原子級別的觀測目標。

2 電漿在半導體領域內(nèi)的作用方法

2.1 技術原理

電漿對于相關材料的刻蝕過程中，包括化學刻蝕和物理刻蝕兩個過程，而且兩者從整體的運行模式上來看，基本上處于同時發(fā)生狀態(tài)，其中物理刻蝕過程會通過加速后粒子的轟擊，將整個基層表面的相關原子與原有的整體結構脫離，同時離子發(fā)生能量損失而達到刻蝕效果。對于化學反應，為能夠在反應過程中產(chǎn)生多種離子和化學活性中的管理信息，并對這類物質進行更為活躍的刻蝕，該過程的化學反應如下：

在具體的反應過程中，通常情況下自由基并不攜帶電荷，而且是產(chǎn)生自由情況下的運動，所以從結果上來看，屬于各個方向上的同性狀態(tài)，因此在具體的刻蝕工藝中，需要對各個方向上的刻蝕作用作出有效的抑制。對于離子參數(shù)需要能夠在電場的作用下，能夠讓各類材料之間發(fā)生反應，并且這類反應必須要集中在刻蝕的處理方向上。

2.2 低溫刻蝕方法

在具體的刻蝕操作中，需要采用低溫科學技術，因為該項技術在使用過程，可以充分降低被刻蝕芯片的表面溫度，從而防止在刻蝕過程中，在整個結構的表面產(chǎn)生過高的溫度，最終對整個刻蝕處理工作成果造成不可逆的影響，同時要防止對于側壁的橫向刻蝕。而在具體的處理方面，需要優(yōu)先選擇F系氣體，因為相較于Cl系氣體，相對于其他的鹵族元素在化學活性上更高，此時處理的溫度要保持在-150℃～-30℃的低溫環(huán)境下，可以在表面上形成薄膜，該薄膜可以在低溫環(huán)境下保持穩(wěn)定，并且在具體的刻蝕處理中提高處理精度。

2.3 刻蝕參數(shù)設定

在刻蝕參數(shù)的確定過程中，必須要能夠根據(jù)所有的實驗數(shù)據(jù)分析結果以及具體的建設指標，對各類渠道的數(shù)據(jù)參數(shù)做出分析，從而在相關系統(tǒng)的運行參數(shù)以及其他各類參數(shù)完全相同的情況下，反應氣體會對整個體系的刻蝕速率造成一定的影響。其中在一定的反應空間內(nèi)，反應氣體對于硅和二氧化硅的腐蝕速率增加時，那么也必然需要相關的電漿密度參數(shù)增加，并且這兩個參數(shù)的增長中，可在一定程度上處于增加狀態(tài)，另外在整個系統(tǒng)的后續(xù)運行功率逐漸增加時，那么就意味著在具體的刻蝕速率逐漸調整過程中，也會對整體的運行功率和工作參數(shù)造成一定的阻擋，其中發(fā)現(xiàn)針對硅材料的刻蝕速度，在最終發(fā)出電漿的功率為150W時反應速度達到最快，二氧化硅的刻蝕速度在200W的情況下達到最大，因此為了能夠同時控制處理質量和處理水平，要能夠在這兩個參數(shù)的作用下實現(xiàn)對整個材料的最佳處理。

2.4 氣體流量參數(shù)影響

在氣體的處理過程中，必然會產(chǎn)生一定的流量，而針對不同流量參數(shù)下，必然會對該材料的后續(xù)處理速度和處理穩(wěn)定性不同的影響，其中針對不同情況下的氣體流量參數(shù)，壓力場都會對單晶硅以及二氧化硅造成刻蝕作用，并且SF6作為刻蝕氣體時，刻蝕時間保持在5min時，并且處理功率為300W，壓強保持0.5Pa。

當此時發(fā)現(xiàn)，如果運行流量處于增加狀態(tài)時，那么單晶硅的刻蝕速度也必然會逐漸增加，原理是由于流量增加，意味著刻蝕氣體的總數(shù)量增加，使得刻蝕氣體的濃度具有逐漸性的提升作用，那么電漿的濃度也會處于增大狀態(tài)。但是也需要意識到的是，雖然氣體的流量增大，但是二氧化硅的刻蝕速度反而處于下降狀態(tài)，這是因為流量的增加使得刻蝕氣體針對硅單質的選擇比重要高于二氧化硅。

2.5 溫度參數(shù)影響

溫度參數(shù)的影響要根據(jù)整體的空間環(huán)境溫度和芯片反應溫度兩個區(qū)域環(huán)境分析，對于空間環(huán)境溫度來說，在芯片本身的運行溫度會發(fā)生變化時，那么也就意味著可以在很大的程度上確保整個體系的反應速度得到了提升，因此可以說，在得到了專門性的反應速度和反應工作結果之后，則產(chǎn)生的刻蝕作用方向增強。而同時發(fā)現(xiàn)，如果單純提高基體的溫度，但對于其他的溫度不變，會導致整個體系的刻蝕速度下降，同時也會發(fā)現(xiàn)取得的刻蝕精度和設定的工作標準值不符。

3 電漿在半導體領域內(nèi)的質量控制

3.1 工藝參數(shù)控制

要分析電漿在半導體領域內(nèi)的質量控制因素，核心是必須要分析當前的工藝參數(shù)控制狀況，因為從未產(chǎn)生了的建設情況上來看，針對各類電漿的運行參數(shù)以及作用表現(xiàn)中，必須要能夠實現(xiàn)針對本身刻蝕工作相關標準和工作項目的綜合分析。此外在得到了這類新型的分析結果之后，也可以為后續(xù)的信息調整工作方案和信息的具體處理結果做出對比，如果發(fā)現(xiàn)這類參數(shù)在一定時間段的使用過程中，和設定的工作標準之間出現(xiàn)過大偏差時，那么就可以認為，當前所采用的工藝形式和具體的工作方法之間存在過大的偏差，今后需要對該系統(tǒng)做出進一步的調整。

3.2 刻蝕材料選擇

材料選擇過程中，當前主要采用的基體材料為硅單質和二氧化硅晶體，那么就需要根據(jù)這兩個材料的本身作用表現(xiàn)以及相關的理化性質，對具體的材料做出進一步的分析，而同時從上文的分析中發(fā)現(xiàn)，主要是采用含有F元素的刻蝕材料，對整體結構進行處理，當此時就需要研究所有材料之間的本身反應情況和反應作用，如果發(fā)現(xiàn)這兩者的反應工作結果和預期的工作標準之間存在明顯性的差別時，則需要對相關材料的后續(xù)使用方法做出進一步的協(xié)調和整理，從中選擇最佳的材料選擇和搭配方案。

3.3 氣體流量控制

從氣體流量參數(shù)的控制方法上來看，如果整個空間內(nèi)的氣體流量大幅度增加時，那么就意味著針對硅單質材料來說，刻蝕的速度也會增加，但是對于二氧化硅類型材料來說，反應速度反而會下降。在當前的半導體材料使用過程中，主要是采用硅單質材料作為基體材料做出處理，那么也就是說，在刻蝕氣體的流量參數(shù)控制方面，需要在一定程度上提高氣體的運行流量，并且該氣體的流量參數(shù)本身運行狀況和工作表現(xiàn)中，必須要能夠得到相對應的監(jiān)管，只有在確定整個系統(tǒng)的運行質量符合標準時才可正常應用。

結論：綜上所述，電漿在半導體行業(yè)內(nèi)的具體使用過程，要通過對電漿處理模式以及電漿的制備方法，分析相關刻蝕材料的具體處理工作預案、相關材料的本身溫度、參數(shù)控制以及氣體流量參數(shù)的分析等，在得到的所有這類專項結果之后，才可為后續(xù)的調整工作建立過程提供幫助。在質量控制過程，主要包括氣體的流量控制、刻蝕材料的控制和工藝參數(shù)的控制三個方面。