射频Word格式.docx

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射频电压的平均值决定值决定自偏压

由射频的电压的正幅值等离子体空间电位

性质：

（1）容性耦合射频等离子体电位也随时间振荡

（2）与地电极的面积有关

降低空间电位的方法:

（1）增加地电极面积;

（2）磁场约束;

（3）磁控放电EⅹB

5．CCP体应用

典型应用工艺有三种：

（1）射频溅射沉积；

（2）刻蚀；

（3）等离子体增强化学气相沉积

匹配

网络

靶

基片

（a）溅射沉积

（b）反应离子刻蚀

（c）等离子体刻蚀和PECVD

图18射频等离子体典型应用工艺

工艺要求：

射频溅射沉积和反应离子刻蚀：

（a）希望驱动电极鞘层电位降大，以提高靶溅射率、刻蚀速率；

（b）壁鞘层电位降小于壁材料的溅射阈值，以抑制壁材料溅射对沉积、刻蚀薄膜表面的污染。

［简单二极型装置存在问题1］

（1）密度低（尽管能量高）→溅射、刻蚀、沉积的速率低

（2）二次电子发射强→基片温升高

（a）射频平面磁控电极（b）电子的

漂移

（c）电子的运动轨迹

图19

由此带来的缺点：

不能实现低温、高速沉积工艺

解决方法：

磁控放电（

位形）。

优点：

低放电气压；

高等离子体密度，低等离子体电位（污染）

缺点：

提高均匀性，靶利用效率

［简单二极型装置存在问题2］

离子轰击能量与等离子体密度不能独立控制

不能完成优化工艺

比如：

在的优化离子能量下，提高等离子体密度

尝试过各种方法

实用方法：

等离子体产生与离子加速分离（参见图）

等离子体产生：

高密度等离子体源：

ICP、ECR、Helicon、SWP

离子加速：

射频偏置电源

ICPorECR

Plasma

绝缘基片架

匹配网络

图20等离子体增强工艺

中基片射频偏置示意图

6［新技术介绍］---双频等离子体源技术

[原理]理论结果：

Vpp=c,np~（f）1/2

Prf=c,Vrfdc~（f）-1.5

[应用]FDP，solarcell，微电子集成电路绝缘物刻蚀

射频放电电源

图21双频等离子体源示意图

射频放电电源的频率较高，射频鞘层电位降小，

等离子体密度高

[应用中问题1----功能解耦]

●高频电源的功能是产生等离子体；

●低频电源的功能是产生偏压，不影响密度。

（700KHz偏置电源对密度没有影响）（700KHz偏置电源对对密度有影响）

[应用中问题2----驻波效应]

●驻波效应示意图

●驻波效应传输线模型

●驻波效应----电压径向分布

●驻波效应----解决方法一例

轴向电场强度分布

平板电极高斯型弯曲电极

平板电极放电离子饱和流径向分布

高斯型弯曲电极离子饱和流的径向分布

7．射频放电同直流、低频放电的比较：

直流放电：

在电源电压的作用下，等离子体中有“实在电流”---

传导电流流向电极。

等离子体中电流与电源电流相等。

50Hz或低频放电：

频率的周期比等离子体中多数物理过程的时间长得多，此放电作为电压变化的直流放电。

射频放电：

电极的电压频率高，振荡周期可以和离子穿越等离子体鞘层所需的时间相比拟。

该条件下，等离子体（鞘层）中的传导电流小于电源中传导电流。

等离子体鞘层中位移电流占主导地位，射频输入功率受完全受位移电流而不是实在传导电流的支配，因而物理过程就完全不同。

直流放电功率损耗方式：

欧姆加热

射频放电功率损耗方式：

随机加热

1-8-2感性耦合射频等离子体

1．非CCP射频等离子体分类

依据：

感应天线的不同，有无磁场

三种：

（1）ICP等离子体，天线有柱面和平面两种天线长度远小于射频波长

（2）螺旋共振（HelicalResonate，HR）等离子体，天线长度与射频波长相等或为其二分之一、四分之一（参见图）

（3）螺旋波（Helicon）等离子体，工作时需要外磁场,可以用与ICP源相同的单匝、多匝天线，为了激发单一极性的螺旋波，需要采用扭转天线。

图22螺旋共振等离子体源

其与通常的ICP源不同，螺旋共振源无需阻抗匹配网络，通过射频源与天线的接点而达到“共振”工作状态。

天线长度不同，其两端的电连接不同：

（a）全波长（

），天线两端接地；

（b）半波长（

），天线两端悬空；

（c）四分之一波长（

），一端接地，一端悬空。

2．感性等离子中容性耦合

原因：

感应天线上总存在着射频电压

耦合路径：

射频天线→通过空气间隙→耦合窗口→等离子体流→地电极。

容性耦合：

产生径向、轴向射频电场、电流

感性耦合：

产生角向轴向射频电场、电流

（a）

危害：

窗口溅射，污染

解决方法

a.法拉第屏蔽

同轴传输线

匹配箱

射频感

应天线

法拉第

屏蔽

绝缘隔离

电源

石英窗口

真空室

（a）法拉第屏蔽ICP源（b）法拉第屏蔽顶视图

图28

磁增强ICP等离子体源

b.磁场控制（韩国）

石英窗口悬浮电压（V）

线圈电压（KV）

020406080

磁场强度（高斯）

020406080

[原因分析]

相同功率下，线圈射频电压

随外加磁场强增加而降低。

c．增加石英窗口厚度d

d增加→

降低→窗口容抗增加→窗口射频压降增加→等离子体与地电极射频压降降低→窗口自偏压降低

d.降低天线电感（单匝线圈）

降低→天线射频电压降低

3.ICP天线的电场

的分布（放电时）

（1）径向

2）轴向

电场强度

正常趋肤层

反常趋肤层

轴向分布

（3）角向

角向分布

电场角向分布的形成原因？

天线的对称性:

（a）几何对称

（b）电流不对称

（电气不对称）

电流分布

电压分布

天线长度

造成的结果：

等离子体密度分布角向不均匀分布

［解决方法］

（1）使用多匝天线，

（2）多层补偿天线（p547,Fig.1）

4.等离子体的密度空间分布

（1）径向