等离子体及等离子体工艺介绍

等离子体是在特定条件下气体电离而产生的区别于固、液和气三态的物质第 四态，闪电、火焰、太阳就是等离子体。等离子体由带电粒子、中性粒子、自由 基等组成，具有独特的光、热、电物理特性以及高活性、高能量的特点。等离子 体的特性可实现特殊的工艺效果，被广泛应用于半导体薄膜沉积、刻蚀、离子注 入、清洗去胶、键合环节，以及光伏薄膜沉积、显示面板镀膜、精密光学镀膜等 领域。

以半导体薄膜沉积和刻蚀工序为例，等离子体实现了传统高温薄膜沉积和化 学溶剂湿法刻蚀无法达到的工艺效果，具体如下：

等离子体射频电源系统是半导体制造中极其关键的专用电源系统，主要由等 离子体射频电源和匹配器组成。等离子体射频电源是可以产生正弦波电压，工作 频率范围一般处于 3kHz 至 300GHz 之间，具有一定功率的工艺电源。其核心作用是通过产生高频电场，在晶圆反应腔体内将特定工艺气体电离，创造并维持高活性、高能量的等离子体，并利用等离子体的特殊性能实现薄膜沉积、刻蚀、离子注入、清洗去胶、键合等复杂半导体工艺（薄膜沉积、刻蚀与光刻并称为芯片 制造三大关键工序）。

在相关工艺中，等离子体的阻抗是动态变化的，常会出现负载阻抗与电源端 的阻抗不匹配的情况，导致负载接收到的功率较低，并在电源端产生较高的反射 功率，造成能量损耗。匹配器通过调节阻抗匹配网络，实现等离子体射频电源内 部阻抗、传输线阻抗和负载阻抗三者的匹配，从而实现功率最大化输出。匹配器 的作用可类比为汽车的变速箱，通过调节变速箱档位，将发动机（等离子体射频 电源）的动力，高效传输给车轮（负载）。

等离子体射频电源系统的性能直接影响薄膜沉积、刻蚀等环节中等离子体的 成分浓度、均匀性和稳定性等，对于薄膜沉积的厚度、密度、应力、速率，以及 刻蚀的选择性、方向性、速率、质量等至关重要，进而影响晶圆制造工艺的能力、 良率和效率，等离子体射频电源系统在半导体制造核心装备中占据着核心位置。

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