電漿在半導(dǎo)體領(lǐng)域分析

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局 鐘 翊

半導(dǎo)體作為多種技術(shù)的集成體，需要通過(guò)多種技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品的研發(fā)和制作，在具體的處理過(guò)程中，涉及多種工作體系的建設(shè)。本文探討了電漿在半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)起到關(guān)鍵作用的設(shè)備類型，分析其在半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)的具體使用方法，并在此基礎(chǔ)上分析了相對(duì)應(yīng)的質(zhì)量控制模式，從而讓電漿可以在半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)更好發(fā)揮應(yīng)有作用。

電漿刻蝕，又名等離子體刻蝕，在半導(dǎo)體制造工藝中被廣泛應(yīng)用，是制造半導(dǎo)體芯片的關(guān)鍵技術(shù)之一。在電漿的具體使用過(guò)程，其中會(huì)考慮具體的使用信息，并且通過(guò)對(duì)這類電漿信號(hào)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(duì)其進(jìn)行刻蝕處理，因此可以說(shuō)電漿本身的使用質(zhì)量以及處理工作規(guī)范中，能夠從根本上決定半導(dǎo)體產(chǎn)品的制作水平。在當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展和變革過(guò)程，必須要實(shí)現(xiàn)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的科學(xué)合理使用。

1 電漿在半導(dǎo)體產(chǎn)品制作工藝中發(fā)揮作用的設(shè)備

1.1 電子加速裝置

在電漿技術(shù)的具體使用過(guò)程中，所有電漿本身存在大量的電荷，要經(jīng)過(guò)響應(yīng)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(shí)現(xiàn)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的有效刻蝕。電漿可通過(guò)緩慢噴出的方式，導(dǎo)致電漿無(wú)法真正起到應(yīng)有作用，所以可以通過(guò)電子回旋加速震蕩反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)具體刻蝕處理設(shè)備的使用，從而在相對(duì)應(yīng)的工作壓力下產(chǎn)生致密的電漿。此外由于其中存在一個(gè)平行于反應(yīng)器流動(dòng)方向的關(guān)鍵電磁場(chǎng)，此時(shí)整個(gè)體系內(nèi)存在的所有自由電子會(huì)在磁場(chǎng)作用下做出螺旋運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電子的具體回旋頻率能夠和微波電場(chǎng)的固有頻率相同時(shí)，那么就可以實(shí)現(xiàn)所有的電子被集中在材料中，當(dāng)此時(shí)就實(shí)現(xiàn)了針對(duì)材料表面的有效刻蝕作用。

1.2 電感耦合電漿反應(yīng)器

電感耦合電漿反應(yīng)器構(gòu)造過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)反應(yīng)器中相關(guān)反應(yīng)的具體處理工作，并且該項(xiàng)設(shè)備相對(duì)于電子回旋加速振蕩器來(lái)說(shuō)，所需要投入的成本總量較低，因此已經(jīng)在當(dāng)前的半導(dǎo)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(xiàng)技術(shù)的運(yùn)行原理是，通過(guò)使用硅片和電漿的隔離，確保該系統(tǒng)可以在運(yùn)行過(guò)程中直接生成電漿，而同時(shí)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(huì)受到磁場(chǎng)參數(shù)的影響，此時(shí)可以通過(guò)增加處理的參數(shù)，獲得化學(xué)和物理的同時(shí)性刻蝕作用。此外在該過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的處理，該系統(tǒng)可以從13.56MHz的信號(hào)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(qiáng)反應(yīng)離子刻蝕反應(yīng)器

磁增強(qiáng)反應(yīng)系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中，對(duì)于該反應(yīng)器的作用，可以實(shí)現(xiàn)物理和化學(xué)的混合刻蝕作用，該系統(tǒng)中可以形成一個(gè)讓電漿遠(yuǎn)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(chǎng)。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(yīng)狀態(tài)的各類離子刻蝕作用，讓其處于完全性的運(yùn)行狀態(tài)，因此這一磁場(chǎng)就可以在后續(xù)的工作內(nèi)，實(shí)現(xiàn)三相交流電的相關(guān)參數(shù)調(diào)整和運(yùn)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(yùn)行方案中，在整個(gè)磁場(chǎng)內(nèi)部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)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(shè)施

在技術(shù)的具體使用過(guò)程中，還需要使用電子顯微鏡裝置進(jìn)行監(jiān)管，該設(shè)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(gè)系統(tǒng)，而之后探測(cè)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)所存在的散射電子，在該系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，并不需要相關(guān)設(shè)施直接和芯片進(jìn)行接觸，因此從破壞程度上來(lái)看大幅度下降。該系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)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(yùn)行過(guò)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(jí)別的觀測(cè)目標(biāo)。

2 電漿在半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)的作用方法

2.1 技術(shù)原理

電漿對(duì)于相關(guān)材料的刻蝕過(guò)程中，包括化學(xué)刻蝕和物理刻蝕兩個(gè)過(guò)程，而且兩者從整體的運(yùn)行模式上來(lái)看，基本上處于同時(shí)發(fā)生狀態(tài)，其中物理刻蝕過(guò)程會(huì)通過(guò)加速后粒子的轟擊，將整個(gè)基層表面的相關(guān)原子與原有的整體結(jié)構(gòu)脫離，同時(shí)離子發(fā)生能量損失而達(dá)到刻蝕效果。對(duì)于化學(xué)反應(yīng)，為能夠在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生多種離子和化學(xué)活性中的管理信息，并對(duì)這類物質(zhì)進(jìn)行更為活躍的刻蝕，該過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)如下：

在具體的反應(yīng)過(guò)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(yùn)動(dòng)，所以從結(jié)果上來(lái)看，屬于各個(gè)方向上的同性狀態(tài)，因此在具體的刻蝕工藝中，需要對(duì)各個(gè)方向上的刻蝕作用作出有效的抑制。對(duì)于離子參數(shù)需要能夠在電場(chǎng)的作用下，能夠讓各類材料之間發(fā)生反應(yīng)，并且這類反應(yīng)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(xué)技術(shù)，因?yàn)樵擁?xiàng)技術(shù)在使用過(guò)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(guò)程中，在整個(gè)結(jié)構(gòu)的表面產(chǎn)生過(guò)高的溫度，最終對(duì)整個(gè)刻蝕處理工作成果造成不可逆的影響，同時(shí)要防止對(duì)于側(cè)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?yàn)橄噍^于Cl系氣體，相對(duì)于其他的鹵族元素在化學(xué)活性上更高，此時(shí)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(shè)定

在刻蝕參數(shù)的確定過(guò)程中，必須要能夠根據(jù)所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果以及具體的建設(shè)指標(biāo)，對(duì)各類渠道的數(shù)據(jù)參數(shù)做出分析，從而在相關(guān)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)以及其他各類參數(shù)完全相同的情況下，反應(yīng)氣體會(huì)對(duì)整個(gè)體系的刻蝕速率造成一定的影響。其中在一定的反應(yīng)空間內(nèi)，反應(yīng)氣體對(duì)于硅和二氧化硅的腐蝕速率增加時(shí)，那么也必然需要相關(guān)的電漿密度參數(shù)增加，并且這兩個(gè)參數(shù)的增長(zhǎng)中，可在一定程度上處于增加狀態(tài)，另外在整個(gè)系統(tǒng)的后續(xù)運(yùn)行功率逐漸增加時(shí)，那么就意味著在具體的刻蝕速率逐漸調(diào)整過(guò)程中，也會(huì)對(duì)整體的運(yùn)行功率和工作參數(shù)造成一定的阻擋，其中發(fā)現(xiàn)針對(duì)硅材料的刻蝕速度，在最終發(fā)出電漿的功率為150W時(shí)反應(yīng)速度達(dá)到最快，二氧化硅的刻蝕速度在200W的情況下達(dá)到最大，因此為了能夠同時(shí)控制處理質(zhì)量和處理水平，要能夠在這兩個(gè)參數(shù)的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)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(guò)程中，必然會(huì)產(chǎn)生一定的流量，而針對(duì)不同流量參數(shù)下，必然會(huì)對(duì)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(duì)不同情況下的氣體流量參數(shù)，壓力場(chǎng)都會(huì)對(duì)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(shí)，刻蝕時(shí)間保持在5min時(shí)，并且處理功率為300W，壓強(qiáng)保持0.5Pa。

當(dāng)此時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果運(yùn)行流量處于增加狀態(tài)時(shí)，那么單晶硅的刻蝕速度也必然會(huì)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(huì)處于增大狀態(tài)。但是也需要意識(shí)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?yàn)榱髁康脑黾邮沟每涛g氣體針對(duì)硅單質(zhì)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(yīng)溫度兩個(gè)區(qū)域環(huán)境分析，對(duì)于空間環(huán)境溫度來(lái)說(shuō)，在芯片本身的運(yùn)行溫度會(huì)發(fā)生變化時(shí)，那么也就意味著可以在很大的程度上確保整個(gè)體系的反應(yīng)速度得到了提升，因此可以說(shuō)，在得到了專門性的反應(yīng)速度和反應(yīng)工作結(jié)果之后，則產(chǎn)生的刻蝕作用方向增強(qiáng)。而同時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果單純提高基體的溫度，但對(duì)于其他的溫度不變，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)體系的刻蝕速度下降，同時(shí)也會(huì)發(fā)現(xiàn)取得的刻蝕精度和設(shè)定的工作標(biāo)準(zhǔn)值不符。

3 電漿在半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)的質(zhì)量控制

3.1 工藝參數(shù)控制

要分析電漿在半導(dǎo)體領(lǐng)域內(nèi)的質(zhì)量控制因素，核心是必須要分析當(dāng)前的工藝參數(shù)控制狀況，因?yàn)閺奈串a(chǎn)生了的建設(shè)情況上來(lái)看，針對(duì)各類電漿的運(yùn)行參數(shù)以及作用表現(xiàn)中，必須要能夠?qū)崿F(xiàn)針對(duì)本身刻蝕工作相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和工作項(xiàng)目的綜合分析。此外在得到了這類新型的分析結(jié)果之后，也可以為后續(xù)的信息調(diào)整工作方案和信息的具體處理結(jié)果做出對(duì)比，如果發(fā)現(xiàn)這類參數(shù)在一定時(shí)間段的使用過(guò)程中，和設(shè)定的工作標(biāo)準(zhǔn)之間出現(xiàn)過(guò)大偏差時(shí)，那么就可以認(rèn)為，當(dāng)前所采用的工藝形式和具體的工作方法之間存在過(guò)大的偏差，今后需要對(duì)該系統(tǒng)做出進(jìn)一步的調(diào)整。

3.2 刻蝕材料選擇

材料選擇過(guò)程中，當(dāng)前主要采用的基體材料為硅單質(zhì)和二氧化硅晶體，那么就需要根據(jù)這兩個(gè)材料的本身作用表現(xiàn)以及相關(guān)的理化性質(zhì)，對(duì)具體的材料做出進(jìn)一步的分析，而同時(shí)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(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理，當(dāng)此時(shí)就需要研究所有材料之間的本身反應(yīng)情況和反應(yīng)作用，如果發(fā)現(xiàn)這兩者的反應(yīng)工作結(jié)果和預(yù)期的工作標(biāo)準(zhǔn)之間存在明顯性的差別時(shí)，則需要對(duì)相關(guān)材料的后續(xù)使用方法做出進(jìn)一步的協(xié)調(diào)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(lái)看，如果整個(gè)空間內(nèi)的氣體流量大幅度增加時(shí)，那么就意味著針對(duì)硅單質(zhì)材料來(lái)說(shuō)，刻蝕的速度也會(huì)增加，但是對(duì)于二氧化硅類型材料來(lái)說(shuō)，反應(yīng)速度反而會(huì)下降。在當(dāng)前的半導(dǎo)體材料使用過(guò)程中，主要是采用硅單質(zhì)材料作為基體材料做出處理，那么也就是說(shuō)，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(yùn)行流量，并且該氣體的流量參數(shù)本身運(yùn)行狀況和工作表現(xiàn)中，必須要能夠得到相對(duì)應(yīng)的監(jiān)管，只有在確定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)時(shí)才可正常應(yīng)用。

結(jié)論：綜上所述，電漿在半導(dǎo)體行業(yè)內(nèi)的具體使用過(guò)程，要通過(guò)對(duì)電漿處理模式以及電漿的制備方法，分析相關(guān)刻蝕材料的具體處理工作預(yù)案、相關(guān)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(xiàng)結(jié)果之后，才可為后續(xù)的調(diào)整工作建立過(guò)程提供幫助。在質(zhì)量控制過(guò)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(gè)方面。