低温等离子体.doc

低温等离子体
三、低温等离子体
第一章国外研究工作的最新进展
低温等离子体物理与技术经历了一个由60年代初的空间等离子体研究向80年代和90年代以材料为导向研究领域的大转变,高速发展的微电子科学、环境科学、能源与材料科学等,为低温等离子体科学发展带来了新的机遇和挑战。
现在,低温等离子体物理与应用已经是一个具有全球影响的重要的科学与工程,对高科技经济的发展及传统工业的改造有着巨大的影响。例如,1995年全球微电子工业的销售额达1400亿美元,而三分之一微电子器件设备采用等离子体技术。科学家预测:二十一世纪低温等离子体科学与技术将会产生突破。据估计,低温等离子体技术在半导体工业、聚合物薄膜、材料防腐蚀、等离子体电子学、等离子体合成、等离子体冶金、等离子体煤化工、等离子体三废处理等领域的潜在市场每年达一千几百亿美元。
等离子体辅助加工被用来制造特种优良性能的新材料、研制新的化学物质和化学过程,加工、改造和精制材料及其表面,具有极其广泛的工业应用--从薄膜沉积、等离子体聚合、微电路制造到焊接、工具硬化、超微粉的合成、等离子体喷涂、等离子体冶金、等离子体化工、微波源。等离子体辅助加工已开辟的和潜在的应用领域包括:
●半导体集成电路及其它微电子设备的制造
●工具、模具及工程金属的硬化
●药品的生物相溶性包装材料的制备
●表面上防蚀及其它薄层的沉积
●特殊陶瓷(包括超导材料)
●新的化学物质及材料的制造
●金属的提炼
●聚合物薄膜的印刷和制备
●有害废物的处理
●焊接
●磁记录材料和光学波导材料
●精细加工
●照明及显示
●电子电路及等离子体二极管开关
●等离子体化工(氢等离子体裂解煤制乙炔、等离子体煤
气化、等离子体裂解重烃、等离子体制炭黑、等离子体
制电石等)
对上述某些部分领域的目前潜在市场估计:
●半导体工业260亿美元
●等离子体电子学400亿美元
●工具及模具硬化20亿美元
●作记录和医用聚合物薄膜领域有几十亿美元的市场
对一些新的有活力的市场估计:
●金属腐蚀防护500亿美元
●优质陶瓷50亿美元
在废物处理、金属提练、包装材料及制药业中的应用有几十亿美元市场。
低温等离子体物理与应用是一个具有全球性影响的重要的科学与工程,对全世界的高科技工业发展及许多传统工业的改造都有着直接的影响,二十一世纪初等离子体辅助加工会产生重要的突破,而这些突破对高科技产业的保护及提高其在市场中的地位将是极为重要的,例如近十年来,低温等离子体的物理研究和技术应用在很多方面有了突破性的进展,最有代表性的是微电子工业等离子体的应用。1995年的微电子工业的全球销售额已达1400亿美元,其中三分之一的微电子器件的设备是采取等离子体技术。以“奔腾”芯片为代表的半导体微处理器的复杂生产过程中,三分之一是与等离子体有关的。
. 低温冷等离子体的进展
深亚微米和纳米的等离子体刻蚀
1997年全球半导体材料设备的市场销售额约为40多亿美元,据估计该数字每年以18%的速率增长。其中等离子体刻蚀设备的市场为
24亿美元,预计到2000年将会达到53亿美元。由于刻蚀尺度要求已在100纳米或更小,按照美国SIA于1994年公布的半导体行业发展蓝图,,至2004、、。据中国科学报报导(),。,已接近了硅半导体器件的物理极限,对各项微细加工技术提出了严峻挑战。在超大规模集成电路的生产中,掩模光刻和基底等离子体(反应离子)刻蚀是两个主要的工艺流程。作为重要工艺流程之一的等离子体刻蚀,: 大面积均匀(200~300mm,不均匀性≤±3%),高速率单片刻蚀(2~3分钟),高各向异性(侧壁垂直角≥88°),高纵横比(10∶1),高刻蚀选择比(30∶1),微观不均匀性小[Aspect Ratio Dependent Etching(ARDE)and Notching],低电磁和能量损伤。
当刻蚀槽孔越来越小时,人们所遇到的问题是:1)等离子体刻蚀速率随槽孔的绝对尺寸减小而下降[size-dependent etching,(SDE)];2)同一绝对尺寸的图形,刻蚀速率随图形密度增大而下降,即微负载效应[microloading effect.(ML)],与过去普通的宏观负载效应相对应;3)同一绝对尺寸下的图形,其刻蚀速率随图形深宽比增加而下降[aspect ratio dependent etching (AREC)];4)在图形