隨著半導(dǎo)體製程技術(shù)的進(jìn)步，為了實(shí)現(xiàn)縮小線寬(critical dimensions, CD)且增大晶圓尺寸，即時(shí)(in-situ)監(jiān)測(cè)與控制蝕刻製程之均勻度(uniformity)與穩(wěn)定度也變得越來(lái)越重要。而氯氣除了用于消毒漂白之外，也大量運(yùn)用于造紙、紡織、農(nóng)藥、有機(jī)合成、金屬冶煉、化工原料等行業(yè)。今天紐瑞德特氣小編為大家介紹一下氯氣電漿放射光譜的相關(guān)知識(shí)。

  為開發(fā)應(yīng)用于電漿製程系統(tǒng)上的，氯氣電漿放射光譜(optical emission spectroscopy)之空間分佈影像重建與電漿濃度的量測(cè)分析，使用大面積高密度之13.56 MHz射頻電感藕合式電漿源(inductively coupled plasma, ICP)系統(tǒng)及六吋多晶硅(polysilicon)晶圓。利用電漿放射光斷層掃瞄(optical emission tomography)的技術(shù)，假設(shè)電漿源為光學(xué)薄電漿體(optically thin)可以忽略吸收效應(yīng)，且電漿放射光強(qiáng)度為圓柱型軸對(duì)稱分佈，使用Abel inversion來(lái)作其一維空間分佈影像重建，再結(jié)合optical emission actinometry的原理，于氯氣電漿中入5%之Ar為Trace Rare Gas (TRG)，并量測(cè)Ar (750.4 nm)與Cl2 (306 nm)、Cl (725.66 nm)及Cl+ (481.95 nm)的放射光強(qiáng)度比，以瞭解不同操作參數(shù)下(輸入功率60∼1200 W，壓力5∼20 mTorr，流量20∼100 sccm)，與蝕刻製程中(偏壓功率100∼200 W)，氯離子、氯原子及氯分子濃度及解離率隨空間與時(shí)間的變化情形。


  相同壓力下，隨著輸入功率的上升氯分子濃度會(huì)下降，氯原子及氯離子濃度會(huì)上升，由于輸入功率越高，電子密度越高，氯分子解離率(percent dissociation)與游離(dissociative ionization)率也越高。相同功率下，隨著壓力的上升氯分子及氯原子濃度會(huì)上升，氯離子濃度會(huì)下降，因?yàn)閴毫ι仙Ｗ拥钠骄杂陕窂?mean free path)會(huì)縮短，導(dǎo)致電子溫度的下降，而且負(fù)電性氣體Cl2容易與電子發(fā)生碰撞(dissociative attachment)產(chǎn)生負(fù)離子(Cl-)會(huì)消耗電子，使得電子密度下降，使得氯分子游離率降低。相同壓力與輸入功率下，越靠近腔體中心氯分子濃度越低，氯離子濃度越高，因?yàn)樵娇拷惑w中心電子密度與電子溫度越高，氯分子游離率越高。當(dāng)蝕刻製程中偏壓功率開啟時(shí)，氯原子及氯離子濃度會(huì)瞬間下降，氯分子濃度會(huì)上升，且隨著越靠近晶圓表面處氯原子與氯離子濃度越低，越往腔壁處濃度越高，因?yàn)槁仍訒?huì)與晶圓表面的硅產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生SiClx，氯離子會(huì)濺擊(sputtering)以及離子驅(qū)策蝕刻(ion energy-driven etching)晶圓表面，導(dǎo)致氯原子及氯離子的消耗，使得濃度下降，當(dāng)偏壓關(guān)閉時(shí)，氯原子及氯離子濃度則會(huì)瞬間上升，氯分子濃度則會(huì)下降，另外由于氯離子Cl2+與Cl-會(huì)于靠近腔體表面處產(chǎn)生再結(jié)合(dissociative recombination)的效應(yīng)，所以蝕刻過(guò)后越靠近腔壁處氯分子與原子濃度會(huì)變的較高。

  小常識(shí)：

  氯氣的化學(xué)性質(zhì)很活潑，它是一種活潑的非金屬單質(zhì)。氯原子的最外電子層有7個(gè)電子，在化學(xué)反應(yīng)中容易結(jié)合一個(gè)電子，使最外電子層達(dá)到8個(gè)電子的穩(wěn)定狀態(tài)，因此氯氣具有強(qiáng)氧化性。

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