電漿(Plasma)是氣體達到高能量狀態、解離成電子與正離子的「物質第4態」,在半導體製造中是蝕刻、薄膜沉積、清潔、表面改質等許多製程的基礎技術。以 RF(射頻)功率或電子迴旋共振(ECR)使低壓(1Pa~數百 Pa)氣體解離,將反應性高的自由基與離子供應到晶圓表面。
半導體製造中使用電漿的主要製程如下。①電漿蝕刻(乾式蝕刻):以 CF₄、Cl₂、HBr 等反應性氣體的電漿選擇性去除膜材料。②電漿 CVD(PECVD):以電漿分解 SiH₄、N₂O、NH₃ 等氣體,在低溫下沉積薄膜。③電漿 ALD:在 ALD 製程的吹淨與反應步驟中使用電漿,實現低溫、高品質的原子層沉積。④電漿清潔:用於去除腔體內的沉積物與晶圓表面的有機污染。
電漿產生的代表性方式有「CCP(電容耦合電漿)」與「ICP(電感耦合電漿)」。CCP(Capacitively Coupled Plasma)是在相對電極間施加 RF 功率的簡單結構,可獨立控制離子能量與電漿密度的「雙頻 CCP」是主流。ICP(Inductively Coupled Plasma)以 RF 線圈的感應電磁場產生電漿,可在低壓下實現高密度電漿(10¹¹~10¹²cm⁻³),適用於高深寬比蝕刻與原子層蝕刻(ALE)。
電漿控制的精度要求隨微縮愈趨嚴格。在先進邏輯(GAA/FinFET 閘極加工、EUV 硬遮罩蝕刻等)中,離子入射角、能量分布與自由基通量的均勻性直接影響良率。以電漿診斷技術(OES:光學發射光譜、QMS:四極質譜分析)進行即時終點偵測(EPD),以及運用機器學習進行製程最佳化,正逐漸成為標準做法。
電漿相關設備市場方面,科林研發(Lam Research)、應用材料(Applied Materials)、東京威力科創(TEL)3家公司合計占全球前段製程設備市場的50%以上。其中科林研發在蝕刻設備市場擁有約39%的市占率。雖然也有「熱 ALD」「濕式蝕刻」等不使用電漿的替代手段,但由於電漿具備低溫處理、高速反應與高選擇性等特點,預期其在先進製程中的重要性今後仍將持續提升。