等离子体

等离子体技术在VLSI中的应用
1.等离子体清洗技术 2.离子注入 3.干法刻蚀 4.等离子体增强化学气相淀积（PECVD）
1 等离子体清洗的机理
主要是依靠等离子体中活性粒子的“活化作用”达到 去除物体表面污渍的目的。就反应机理来看，等离子体清 洗通常包括以下过程：无机气体被激发为等离子态；气相 物质被吸附在固体表面；被吸附基团与固体表面分子反应 生成产物分子；产物分子解析形成气相；反应残余物脱离 表面。
图3 磁控溅射原理图
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3.2、等离子体的其他用途
➢等离子灯：
将手靠近等离子灯改变了高频电场，使一根光线束从内 部的球体迁移到接触点上。接近玻璃球的任何导体都会在 内部产生电流，因为玻璃不能阻隔通过等离子体传导的电 流所产生的电磁场（尽管绝缘体确实阻隔了电流本身）。 玻璃在离子化的气体和手之间起到了电介质的作用，就像 电容器一样。
• 等离子体中存在有离子、电子和游离基 （游离态的原子、分子或原子团）等，这 些游离态的原子、分子或原子团等活性粒 子，具有很强的化学活性，位于硅片表面 的薄膜材料原子就会与等离子体中的激发 态游离基发生化学反应，生成挥发性的物 质，从而使薄膜材料收到刻蚀。
• 通过化学反应完成，有比较好的选择性。
溅射刻蚀的原理
➢等离子切割
原理：等离子切割是利用高温等离子 电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化 (和蒸发)，并借高速等离子的动量排除熔融 金属以形成切口的一种加工方法。它更像 是一把锯，切割坚韧的金属如同热刀切黄 油一般。
4、等离子体的发展前景
• 等离子体的技术最近发展迅速，等离子 体彩电、冰箱、空调等，都是高新产品， 发展前景广阔啊。等离子技术应用于更新 的实物上，可以发展出更好的产品供人们 使用。所以其发展前景很广阔。
• 由于化学和物理作用都有助于实现刻蚀， 因此可以灵活地选择工作条件以获得最佳 的刻蚀效果。
•等离子体焊接：可用以焊接钢、合金钢；铝、铜、钛等 及其合金。特点是焊缝平整，可以再加工没有氧化物杂质 ,焊接速度快。用于切割钢、铝及其合金，切割厚度大。
3、等离子体的主要用途
等离子体主要作用：
➢镀• 膜
清洁：去除表面有机物污染和氧化物
•••物化磁••理学控气气溅相相射沉沉镀积积膜刻改（（；蚀性PC：：VVDD化粗））学化镀镀反、膜膜应交；；性联刻蚀➢•纺、纺织物织纤理行维刻业表蚀面改性；
潜在的危险：把电子设备靠近或者放置在等离子灯上
面时要特别小心：不只是玻璃壳会发热，高电压还会导致 设备上积存大量静电，即使有塑料保护外壳也一样。
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方法2：
各种等离子体的密度和温度
等离子体工业生产模型
➢低温等离子体的建立系统;水平式和垂直式
产生低温等离子体系统
等离子体主要用于以下3方面：
•离子体冶炼：用于难于冶炼的材料，例如高熔点的锆(Zr) 、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)等金属；还用于 简化工艺过程，例如直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别 等离子体获得Zr、Mo、Ta和Ti；可开发硬的高熔点粉末， 如碳化钨-钴。 •等离子体喷涂：用等离子体沉积快速固化法可将特种材 料粉末喷入热等离子体中熔化，并喷涂到基体（部件）上 ，使之迅速冷却、固化，形成接近网状结构的表层，这可 大大提高喷涂质量。
➢等离子体隐身技术
方法一：是利用等离子体发生器产生等离子体，即在 低温下，通过电源以高频和高压的形式提供的高能量 产生间隙放电、沿面放电等形式，将气体介质激活、 电离形成等离子体。
方法二：是在兵器特定部位（如强散射区）涂一层放 射性同位素，它的辐射剂量应确保它的a射线电离空气 所产生的等离子体包层具有足够的电子密度和厚度， 以确保对雷达波有最强的吸收。与前者相比，后者比 较昂贵且维护困难。
➢半导体IC行业
•蚀刻小孔，精细线路的加工 •IC芯片表面清洗 •绑定打线 •沉积薄膜
➢生物和医疗行业
•半透膜表面亲水的改性； •医疗器械的清洁；
磁控溅射:基本原理就是以磁场改变电子运动方向，束缚和 延长电子的运动路径，提高电子的电离概率和有效地利用 了电子的能量。因此，在形成高密度等离子体的异常辉光 放电中，正离子对靶材轰击所引起的靶材溅射更加有效， 同时受正交电磁场的束缚的电子只能在其能量将要耗尽时 才能沉积在基片上。这就是磁控溅射具有“低温”、“高 速”两大特点的机理。
独特的优点:
(1)吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好．使用简便、 使用时间长、价格极其便宜； (2)俄罗斯的实验证明，利用等离子体隐身技术不但不 会影响飞行器的飞行性能．还可以减少30%以上的飞 行阻力。
存在难点:
(1)飞行速度对等离子体的影响; (2) 等离子体是一项十分复杂 的系统工程，涉及到大 气等离子体技术、电磁理论与工程、空气功力学、机 械与电气工程等学科，具有很强的学科交叉性。
• 等离子体中的高能离子射到硅片上的薄膜 表面时，通过碰撞，高能离子与被撞击的 原子之间将发生能量和动量的转移，如果 轰击离子传递给被撞原子的能量比原子的 结合能还要大，就会使被撞原子脱离原来 的未知飞溅出来，产生溅射现象。
• 各向异性刻蚀，但刻蚀的选择性差。
反应离子刻蚀
• 介于溅射刻蚀与等离子刻蚀之间的干法刻 蚀技术，同时利用了物理溅射和化学反应 的刻蚀机制。
高温等离子体：高度电离的等 离子体，离子温度和电子温度 都很高。
2、怎样产生等离子体？
➢等离子体的形成
固体 液体 气体 等离子体
能量
能量
能量
物质的四种状态
方法1：对于气态的物质，温度升高到几千度 时，由于物质分子的热运动的加剧，相互间的 碰撞就会使气体的分子产生电离，这样的物质 就变成正离子和电子组成的混合物等离子体。
主讲：小林 学号：2
1、什么是等离子体？
• 等离子体：又叫做电浆，通常被视为物质
的第四种形态。它是由部分电子被剥夺后
的原子及原子被电离后产生的正负电子组 成的离子化气体状物质。等离子体是一种 很好的导电体，用磁场可以捕捉、移动和 加速等离子体。
• • • • 等离子体 •
低温等离子体：轻度电离 的等离子体，离子温度一般 远低于电子温度。
离子注入
• 将杂质离化、加速，注入到晶体内部 经退火形成特定杂质分布的技术。
离子注入的特点
• 注入杂质的纯度高 • 杂质浓度范围选择宽 • 可精确控制杂质的分布和深度，均匀性好 • 低温工艺 • 掺杂工艺灵活 • 横向扩散小
离子注入的设备
• 离子源 • 离子加速 • 质量分析器 • 扫描装置 • 工艺腔（终端台）
– 两种结合产生第三种刻蚀方法称为反应离子刻蚀。
等离子体刻蚀原理
• 等离子体刻蚀是采用高频辉光放电反应， 使反应气体激活成活性粒子，如原子或游 离基，这些活性粒子扩散到需刻蚀的部位， 在那里与被刻蚀材料进行反应，形成挥发 性生成物而被去除。它的优势在于快速的 刻蚀速率同时可获得良好的物理形貌。
等离子刻蚀的原理
干法刻蚀
• 干法刻蚀：利用等离子体激活的化学反应或者是利用高 能离子束轰击完成去除物质的方法。
• 干法刻蚀主要分为以下三种：
– 一种是利用辉光放电产生的活性粒子与需要刻蚀的材料发生化 学反应形成挥发性产物完成刻蚀，也称为等离子体刻蚀。
– 第二种是通过高能离子轰击需要刻蚀的材料表面，使材料表面 产生损伤并去除损伤的物理过程完成刻蚀，称为Байду номын сангаас射刻蚀。