最後更新:2026年10月8日蝕刻蝕刻中國大陸:等离子体

電漿(半導體製造)是什麼

Plasma

電漿是氣體解離成電子與正離子的「物質第4態」,是半導體製造中蝕刻、薄膜沉積與清潔的基礎技術。以 RF 功率等使低壓氣體解離,將反應性高的自由基與離子供應到晶圓表面。依產生方式大致分為 CCP(電容耦合)與 ICP(電感耦合),依用途分別使用。

目錄5 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關企業
  4. 相關用語
  5. 比較文章

定義與原理

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。

電漿(半導體製造)的常見問題

半導體製造中如何使用電漿?
用於乾式蝕刻的材料去除、PECVD 與 PEALD 的低溫薄膜沉積、光阻去除(灰化)、腔體內清潔、表面改質等。電漿中的反應性自由基負責化學反應,被加速的離子則負責物理性濺射與非等向性。
CCP 與 ICP 有何不同?
CCP(電容耦合電漿)是在平行平板電極間施加 RF 的方式,結構簡單、可獲得高離子能量,適合高深寬比的氧化膜蝕刻。ICP(電感耦合電漿)是以線圈感應磁場的方式,可在低壓下產生高密度電漿,優點是容易獨立控制電漿密度與離子能量。
什麼是電漿損傷?
指高能量離子或紫外線進入閘極絕緣膜或底層,產生介面態與陷阱,使元件特性劣化的現象。充電效應造成的絕緣崩潰也包含在內。使用低能量離子的 ALE(原子層蝕刻)是抑制此類損傷的方法之一。

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