2-1 電漿簡介 2-1-1 電漿的產生
電漿是物質在固態、液態、氣態之外，所存在的第四種型態。
當氣體受到外加的能量，會使氣體分子解離而形成電漿。電漿是一種 由正電荷、負電荷以及中性氣體分子所構成的部分解離氣體，它是由 離子、電子、中性原子或分子所組成的，主要是靠粒子間的碰撞來產 生激發(Excitation)、解離性附著(Dissociative Attachment)、解 離(Dissociation)、離子化(Ionization)、再結合(Recombination) 反應形成電漿。粒子間的碰撞分為彈性碰撞及非彈性碰撞，由於電子 質量遠小於原子質量，所以電子與氣體分子之間的碰撞是屬於彈性碰 撞。但是隨著電子能量的增加，最後到達足夠的能量，進而使氣體分 子在碰撞後分離為離子及電子，因為有能量的散失所以氣體分子與電 子之間產生離子化的碰撞屬於非彈性碰撞。
用一個化學式來說明電漿產生過程，當電子獲得外來的能量成 為高能量電子時，撞擊到氣體分子有可能形成一正離子和電子，或者 是形成兩個中性自由基，
e O
O
e
*+
2→
2++ 2
(2-1) eO O O
e*+ 2 → + + (2-2)
離子化的氣體在遇到電子時，可能產生復合(recombination)作用產
達基材表面後，會吸附在基材表面上進行化學反應，形成揮發性分子 離開基材表面。
電漿的基本蝕刻機制分為下列幾種:
(1) 離子濺擊蝕刻（Sputtering）
離子濺擊蝕刻可視為一種物理濺鍍方法，它是利用輝光放電使 氣體分子解離成正離子，受到電漿 sheath 影響加速濺擊基材表面，
將基材表面材料移除。此過程完全利用物理碰撞產生蝕刻機制稱之為 離子濺擊蝕刻。其特色有良好的方向性，可幾乎獲得垂直蝕刻輪廓，
缺點是以離子撞擊基材表面，會導致選擇性不好。
(2) 純化學性蝕刻（Pure Chemical Etching）
純化學反應蝕刻是利用電漿產生化學活性強的自由基，經由擴 散到達基材表面與基材反應產生揮發性生成物，再利用真空設備來抽 離腔體，其過程完全利用化學反應達成故稱之。這一種化學性反應蝕 刻機制是等向性的（無方向性），但選擇性好。
(3) 離子能量催化蝕刻（Ion Energy Driven Etching）
此過程反應包含蝕刻反應物及高能離子，電漿中高能量離子會 加強蝕刻反應，離子被電漿 sheath 加速，破壞晶圓表面上的原子結 構間的鍵結，加速基材表面化學反應，此過程比純化學性蝕刻為快。
(4) 抗蝕層離子蝕刻（Ion Enhanced Inhibitor Etching）
晶圓表面在蝕刻反應進行時，同時會有鈍化反應在進行，這些
SiCl SiCl
1.離子和電子的產生：
)
電容耦合式電漿源 (capacitive coupled plasma)是最早利用 射頻技術所發展的電漿產生系統，利用加在兩相鄰電極板上的射頻電 蝕刻系統(high density plasma)。目前最普遍使用的電漿源為變壓
耦合式電漿源(Transformer Coupled Plasma:TCP)，可以操作在較低 的壓力(1
mTorr
到50mTorr
)，產生較高密度電漿。由於操作壓力較 低，粒子間的碰撞機率變小因此會有較佳的非等向性。另外一些優點 是藉由電漿源來控制電漿密度，由於粒子的加速方向平行於晶圓所以 能產生的電漿密度到達 ;晶圓上的偏壓可以控制離子能量，避 免高能量離子撞擊晶圓造成損害。由此可知高密度電漿蝕刻系統不論 在蝕刻速率、蝕刻結果、蝕刻的異向性方面都比傳統蝕刻系統還要 好，因此現今的蝕刻製程都採用高密度電漿蝕刻系統。3
1011cm−
TCP 可視作是 ICP(Inductively Coupled Plasma)的一種，圖 2-1 所示。其本身都是利用線圈產生感應電場來產生電漿，因為線圈位置 不同而有所區別。在 TCP 電漿蝕刻機中，是利用放置於電漿腔體
（chamber）頂端之 Antennas，通以時變 RF 電流（頻率約在 13.56Mhz）
來產生電漿。而位於腔體下方之 RF 電源則主要是產生偏壓(bias)，
用以產生自偏壓(self-bias)，此偏壓場會加速離子撞擊晶圓，並使 離子有較佳的方向性，從而得到較佳的蝕刻輪廓。