CCP 與 ICP 的差異:電漿產生方式、密度、離子能量、用途比較

兩者都是以高頻功率使氣體電離而產生電漿的方式,但將功率傳給電漿的機制不同。CCP 在相對的 2 片電極之間施加高頻電壓,以電場加速電子。ICP 讓高頻電流流過線圈,以其磁場變化所產生的感應電場加速電子,因此能在低壓下產生高密度電漿。ICP 在晶圓側另設偏壓電源,可以分別調整電漿密度與離子能量。

項目CCP(電容耦合電漿)ICP(感應耦合電漿)
電漿的產生方式對平行平板電極施加高頻電壓,以電極之間的電場加速電子讓高頻電流流過線圈,以感應電場加速電子
設備結構上下相對的 2 片電極。晶圓放在其中一片電極上在介電質窗的外側(上方或周圍)放置線圈,晶圓載台另接偏壓用電源
電漿密度(典型值)中等。約 10⁹ 至 10¹⁰ cm⁻³高。約 10¹¹ 至 10¹² cm⁻³
操作壓力(典型值)多為約數 Pa 至數十 Pa約 0.1 Pa 至數 Pa 的低壓
密度與離子能量的控制以 1 個電源時,提高功率會使密度與自偏壓一起改變,難以獨立控制。以使用 2 種頻率的方式分擔以線圈功率調整密度,以晶圓側偏壓功率調整離子能量,容易分別調整
離子能量自偏壓大,容易得到高離子能量只要降低偏壓,就能以低能量照射大量離子,容易抑制損傷
氣體的解離相對較少。原料分子或其碎片容易殘留多。氣體被充分分解,自由基與離子多
擅長的蝕刻氧化膜或低介電常數膜等絕緣膜。以強烈的離子轟擊與氟碳聚合物取得選擇比。高深寬比的接觸孔矽(閘極或元件隔離溝槽)、金屬(鋁導線等)、化合物半導體的快速、高非等向性蝕刻
成膜的應用平行平板型電漿 CVD(PECVD)。以高頻與低頻功率的比例調整薄膜應力高密度電漿 CVD(HDP-CVD)。一邊成膜一邊以離子濺射削去溝槽開口,填入狹窄的溝槽
設備構成相對簡單。電極與高頻電源需要線圈、介電質窗、2 個電源等,稍微複雜

數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。

適用於什麼情況

CCP(電容耦合電漿)
氧化膜、氮化膜、低介電常數膜等絕緣膜的蝕刻。例如需要高離子能量與聚合物所帶來之選擇比的深接觸孔等。平行平板型電漿 CVD。
ICP(感應耦合電漿)
矽或金屬的快速、高非等向性蝕刻。為了抑制損傷,想以低離子能量取得高密度電漿時。填入狹窄溝槽的 HDP-CVD。
趨勢
CCP 也廣泛使用以高頻率分擔密度、以低頻率分擔離子能量的雙頻率方式,彌補難以獨立控制的弱點。

常見問題

為什麼 ICP 能分別控制電漿密度與離子能量?

因為產生電漿的線圈電源,與對晶圓施加偏壓的電源是分開的。以線圈功率調整電漿密度,以晶圓側的高頻功率調整自偏壓與離子能量。

為什麼氧化膜的蝕刻常使用 CCP?

SiO2 的鍵結強,蝕刻需要高離子能量。CCP 容易得到大的自偏壓,氣體解離也相對較少,因此容易以氟碳聚合物取得與底層氮化膜或矽之間的選擇比。

CCP 與 ICP 也用於蝕刻以外的用途嗎?

是的。平行平板 CCP 廣泛用於電漿 CVD(PECVD)設備,ICP 等高密度電漿則被用於同時進行成膜與濺射、以填入狹窄溝槽的 HDP-CVD。

理解度檢測

關於感應耦合電漿(ICP)型蝕刻設備的特徵,下列何者正確?

  1. A不使用電漿
  2. B以線圈產生高密度電漿,容易分別控制電漿密度與離子能量
  3. C使用液體藥液
查看答案與解析

正確答案:B. 以線圈產生高密度電漿,容易分別控制電漿密度與離子能量

ICP型是讓高頻電流通過腔體上方或周圍的線圈,以所產生的感應電場生成10¹¹~10¹² cm⁻³的高密度電漿,並在晶圓側以另一組高頻電源施加偏壓。電漿的密度(自由基與離子的量)與撞擊晶圓的離子能量容易獨立調整,在數Pa以下的低壓下即可進行高速且高度非等向性的蝕刻,廣泛用於矽與金屬的蝕刻。

在電容耦合型等電漿設備中,晶圓側電極自然帶有負的直流電位,使離子朝晶圓加速的現象稱為什麼?

  1. A霍爾效應
  2. B席貝克效應
  3. C自偏壓(self-bias)
查看答案與解析

正確答案:C. 自偏壓(self-bias)

在施加高頻功率的電極上,輕且易移動的電子比離子更多地流入,因此透過電容器相連的電極平均而言帶有負的直流電位(自偏壓,數十至數百V)。這個電位差使電漿中的正離子幾乎垂直地朝晶圓加速,用於非等向性蝕刻。改變高頻功率會改變自偏壓,因而可以調整離子的能量。

關於反應性離子蝕刻(RIE)的說明,下列何者正確?

  1. A在反應性氣體的電漿中,結合化學反應與離子轟擊來進行蝕刻
  2. B將晶圓浸入藥液中進行蝕刻
  3. C以研磨墊削除晶圓表面
查看答案與解析

正確答案:A. 在反應性氣體的電漿中,結合化學反應與離子轟擊來進行蝕刻

RIE是一種乾式蝕刻,結合了反應性氣體(氟系、氯系等)電漿所產生的自由基之化學反應,以及經電場加速的離子之轟擊。離子垂直入射晶圓,促進底面的反應,因此縱向蝕刻容易進行,可以做出高度非等向性的加工。與名稱給人的印象相反,它並不是只靠離子來蝕除,其本質在於與自由基的協同效應。

  1. 想要蝕刻氧化層並在其下方的氮化層處停止時,必須具備下列何者?
  2. 高密度電漿CVD(HDP-CVD)一直被用於狹窄溝槽之絕緣膜填充,其理由為下列何者?
  3. 作為將電漿CVD氮化矽膜的應力從壓縮調整到拉伸的方法,下列何者被使用?

前往蝕刻的練習題

相關名詞的解說

ICP(感應耦合電漿)
對線圈通入高頻電流以產生高密度電漿的方式。容易分別控制電漿密度與入射晶圓之離子的能量。
自偏壓
在電容耦合電漿設備中,晶圓側電極自然帶有負直流電位的現象。正離子被加速射向晶圓,有助於非等向性蝕刻。
RIE(反應式離子蝕刻)
結合電漿中的反應性粒子與經電場加速之離子來進行蝕刻的乾式蝕刻。可進行垂直的非等向性加工。
HDP-CVD(高密度電漿化學氣相沉積)
使用高密度電漿,在成膜的同時以離子濺射削去溝槽入口處的薄膜並進行沉積的CVD。一直用於抑制空洞,以絕緣膜填充狹窄的溝槽。
PECVD(電漿輔助化學氣相沉積)
以電漿分解原料氣體來沉積薄膜的CVD。可在比熱CVD更低的溫度下成膜,用於導線製程的絕緣膜等。

相關的比較