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电容耦合式与感应耦合式离子体的差异性能比较

发布者:科探仪器发布时间:2016-10-07 16:44浏览次数:


    传统型的离子设备一般又称电容耦合等离子机(capacitor coupled plasma,CCP或CP)或电场耦合式等离子机(electric field coupled plasma),因为两电极间所形成电容之间产生电场的等效电路故称之。这种电容式的等离子体系统虽行之有年,却有其据点存在,当粒子被RF电场加速时,其粒子顺着电场方向来回碰撞,因此造成两个问题,一为粒子因向上下电机板加速产生碰撞造成动能的损耗,二为由于晶片通常置于其中一电极,在粒子向两极加速的中过程中,易于对晶片上的元件造成损伤,又由于粒子动能的损耗使得电浆的效率无法提高,因此其密度只能维持在109ion/cm3的数量级,因此电容式电浆用于蚀刻时,基本上是具有物物理蚀刻和化学蚀刻双重作用的合成,限于等离子体密度无法提高,单位面积内的活化离子数目以及化学蚀刻反应也受到了带电粒子数目的限制,在低压状况下(1.333mPa以下),由于离子数目过低而造成等离子体无法维持的状况,因此电容耦合式电浆很难用于低压下蚀刻而且也不是很有效率,为了避免此一困扰,使用者将制成的压力提高到及几毫帕或几十豪帕的范围,此压力范围若应用于CVD就很好,但是若应用于蚀刻就会产生等向蚀刻的效应,此效应和化学蚀刻并没有太大差别,因为在此压力范围内,粒子的mean free-path已小到0.1mm以下,粒子进入晶片表面法向分量与切向分量已没任何差别。因此其纵向蚀刻速率与横向蚀刻速率几近相等,即所谓的"等向蚀刻"。
 
    20世纪80年代末期,出现了磁场耦合方式的等离子体,或称感应耦合式(Inductively Coupled Plasma,ICP)在特性上取代了电场耦合方式(即电容式等离子体),该种等离子体在结构上由电感产生感应磁场,再利用此磁场产生感应而得到二次感应而得到二次感应电流环绕此磁场,由于此结构类似变压器原理,因此又称之为变压器耦合待离子体(transformer coupled plasma)此结构的优点在于带电粒子功能损耗的缺点而使得效率大大提升,借而提升电浆密度,更有利的一点是因为粒子的加速方向平行于晶牌片表面的切线方向,因此不至于造成对元件的损伤,这种封闭式的加速路径使得粒子之间的碰撞几率大大增加,因此,磁场耦合式等离子体的密度高达1011-1013ion/cm3数量级。更重要的一点是由于其效率高、密度大,等离子体在压力低于0.133mPa以下的范围仍可维持1011-1013ion/cm2的数量级。由于此一优点,等离子体系统的工作压力可以延伸到0.133mpa以下,低工作压力得好处在于粒子的mean -free-path大,借由偏移压场可以辅助带电粒子向晶片的入射方向,不致因受到太多的碰撞而产生散射效应,此入射方向决定蚀刻角度的关键参数。在0.133-1.133mPa的压力范围下操作,其蚀刻角度可以到近于90度的垂直效果,此乃高密度等离子体的重要特性之一。


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