等离子体也可以称为物质的第四种状态。等离子体不同于其他三种物质的状态，它由自由离解的离子和处于平衡稳定状态的电子组成。
等离子体的特性
等离子体的某些特定特性如下:
- 在游离状态下，等离子体由离子、自由基、未激发态分子和电子组成。
- 等离子体的离子密度定义为离子与剩余分子的比率
- 等离子体由相等数量的正电荷和负电荷组成，因此中和了电荷使其为零。
- 等离子体加工可以描述为一种将非活性分子转化为带电的活性分子的方法
- 等离子体的电子能量是以电离率为基础的。
- 正常等离子体的电离率为0.001%，而高密度等离子体(HDPs)的电离率约为1%。
等离子体生成过程
等离子体是通过将能量引入物质而形成的。这可以通过以下几种方式实现:
下面的插图解释了一个中性原子或分子如何与一个电子碰撞产生一个离子和另一个电子。
e-+ a ->++ 2 e-
当一个原子或分子与一个电子碰撞时，它被激发到一个更高的能态，并在那个态保持一段短暂的时间，然后返回到它最初的松弛状态。能量以光子的形式释放出来。由于不同的分子或原子发出不同波长的光，不同的气体显示出独特的等离子体发光颜色。因此，使用光谱仪是非常有用的端点检测，因为波长峰值决定何时特定的层已经被移除。
e-+ a ->＊+ e-
一个＊——> A + hv(光子)
在半导体加工中应用的等离子体在本质上是高度专一的。半导体器件的加工需要相对低温的等离子体。因此，通过对导电气体施加电场来产生等离子体。气体是导电的，等离子体很容易在1托左右的相当低的压力下实现。
等离子体反应堆的历史
等离子体处理技术在20世纪60年代首次被引入半导体行业。最初桶型系统用于剥离光刻胶。在此之前，人们使用的是致癌且处理成本高昂的湿化学溶剂。等离子体处理在去除正阻垢方面相对更有效，使用更少的化学物质，更环保。
等离子体反应堆的类型
以下是不同类型的等离子体反应堆:
- 桶的反应堆
- 平行板反应器
- 反应离子刻蚀
- 混合动力反应堆
桶的反应堆
桶式反应器的主要特点如下:
- 最初建造的桶式反应器是电感耦合的，由一个石英钟形罩组成，钟形罩侧面转动，周围有一个线圈，如图1所示。由于石英室在氟化气体中腐蚀，这些反应器仅用于用氧气剥离光刻胶。
- 最近的版本是电容耦合和组成一个圆柱形铝腔与同心阴极内部如图2所示。由于铝对氟化腐蚀气体是惰性的，这些反应器可以用于腐蚀
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图1所示。电感耦合桶。
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图2所示。容性耦合。
平行板反应器
平行板电抗器的某些特点如下:
- 平行板电抗器是电容耦合的顶部或底部供电。
- 在最高功率反应堆中完成的蚀刻称为等离子体模式或PE模式
- 在底部动力反应堆中完成的蚀刻称为反应离子蚀刻
平行板反应器如图3所示。
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图3所示。平行板反应器。
Reinburg反应堆
图4所示的Reinburg反应器是一个平行板反应器，于1972年首次开发。它基本上是一个底部供电电极系统，大到足以容纳25个100毫米的晶圆。
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图4所示。Reinburg反应堆。
1979年，泰格尔在半导体生产线上引入了第一个全自动的单晶圆平行板系统。由于单晶片系统是高效率的，所有生产蚀刻系统具有相同的配置。
反应离子刻蚀
反应性离子蚀刻这个术语是有误导性的。这种技术更准确的名称是离子辅助蚀刻。等离子体中的离子百分比非常小，如果只有离子参与，那么总蚀刻率也会非常小。
实际的机制包括以下三个步骤:
- 化学吸附反应分子或自由基在表面的化学吸附。
- 一个离子对表面的影响是反应性或非反应性的。
- 物理解离许多反应副产品从表面的物理解离。
直到20世纪80年代后期，如图5所示的反应离子蚀刻工艺是唯一可以产生各向异性蚀刻的等离子体处理技术。这种现象是可能的，因为燃烧室的几何形状，等离子体物理和系统的工作压力。定义反应离子蚀刻的两个主要东西是底部动力反应堆和低于100 mTorr的工作压力。
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图5所示。反应离子蚀刻结构。
混合电抗器(三极管，ECR和ICP)
用于等离子体处理的最新类型的反应堆包括三极管、ECR(或下游微波)和ICP反应堆。这些反应堆被称为混合反应堆，因为它们通过一个二次源将电力引入反应堆。这是有益的，因为电力可以添加到等离子体，而不通过样品耦合。这些反应堆类型或次级电源激发等离子体获得高密度等离子体(HDP)。混合反应器具有相对较小的电荷损伤、溅射、工作温度;较高的腐蚀速率和选择性。
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