微波ECR等离子体技术及其在材料加工中的应用.pdf

维普资讯

搬绷加工技术

曲第—
年期
、磊
微波等离子体技术及其在材料
蚨
加工中的应用
『. 。
苏州大学江苏省薄膜材料实验室, 苏
【箍耍】本文简要介绍了微波等离子体技术的原理,评述了近年来这种技
术在,, 刻蚀等方面的研宄和应的进展。
关麓饵,微波等离子体, 工艺设备, 薄膜淀积, 刘蚀
弓言
微波电子回旋共振气体放电是一种能在低气压下形成高密度
等离子体的新技术。与通常使用的直流或射频放电等离子体比较,它县有
更多的离子成分和更离的电离度。这是一种高活化的环境,从而使得它可以实现薄膜的低温
沉积,外廷,进行深亚微米线宽的超细图形刻蚀, 还可进行高质量的等离子体灰化,氧化,
锭氮化,以及等离子体聚合等。此项技术业已成为微电子学,光电子学中微细加工和材料表面
改性等领域重点研究和发展的方向之一。
、
近年来,微波等离子体技术及其在材料科学方面的应用研究已经进入了一个全面,
深入和走向实用的阶段。研究工作可以分为;一是关于等离子体技术,它涉及到等离
子体的产生,约束、稳定、诊断和控制模式的研究二是在材料科学中的应甩,如用于沉积
,., 金刚石薄膜, 用于刻蚀钨, 铝等难熔金属,以及Ⅲ一族半导体的外廷辱· 三是各
类装置的最佳化设计及高密度, 小体积离子源的研究等等”。
国外许多大学和太公司都投入相当大的力量开展和—的装置,膜
的制备,膜的性能等研究。并巳将系列型等离子体工艺设备推向了市场。
我们及国内一些单位已经成功地研制出等离子体,及刻蚀装置, 并开展
了多种薄膜的沉积、
制,制膜工艺,性能检泓等方面积累了丰富的经验‘。
收穑日期。一
维普资讯
本文中,我们首先简单介绍微波等离子体系统的原理和典型装置,接着着重介绍
近年来关于等离子体性能研究的进展, 用于沉积薄膜和用于刻蚀,以及在材料科学和
技术方面应用的展望。
微波等离子体原理
电子在垂直磁场的平面上作回旋运动或叫拉莫运动,其回旋角频率为
。㈩
式中, 为电子电荷单位为库伦, 为磁感应强度单位为特斯拉, .是自由电子质
量单位为千克。在磁化等离子体中沿磁场方向传播的微波模,将分成右旋园偏振波
波和左旋园偏振波液,它们的色散关系分别是
;。/一专/。/一。/
￡。,。一专/。// ,
式中, 分剐为波和波的折射率, 和是微波传输的波矢和角频率.
, 。/·/’‘
,是等离子体电子振荡频率,是电子密度。从式可知, 当满足。时,。为无
穷大,这时电子的回旋运动和波发生共振, 电子将最有效地吸收微波能量。因而只要适当
地控制气压和绩入的微波能量,使得电子在与中性气体粒子相邻两次碰撞之间从微波场中吸
收的能量等于气体粒子的电离能或激发能,就能获得高密度的等离子体,或获得高密度的话
性自由基,从而满足各种加工要求。
典型的微波等离子体化学气相沉积装置由微波源,微波传输耦合系统,等离子体
室、沉积室、真空抽气系统、电源和控制系统组成。
磁控管产生微波,功率在一之间。微波传输耦合系统包括。环行隔离器和