3. Tóm tắt nội dung của đề tài
1.3.2.2.2 Một số kỹ thuật tạo plasma
Có nhiều kỹ thuật khác nhau để tạo plasma. Tuy nhiên, tất cả chúng đều có chung một nguyên tắc đó là phải cung cấp một năng lượng đủ lớn để tạo ra và duy trì plasma.
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Nguyễn Trung Thành
Điểm khác biệt giữa các kỹ thuật này là phương pháp tạo ra plasma. Dưới đây là một số kỹ thuật tạo plasma phố biến hiện nay.
Plasma GDP, một hiệu điện thế một chiều được áp vào giữa 2 bản kim loại, gọi là anod và cathode. Ban đầu, trong khối khí trung hòa có tồn tại một ít các hạt bị ion hóa tự phát và một ít electron. Các hạt mang điện này sẽ bị gia tốc bởi điện trường và va chạm với các hạt trung hòa khác, làm ion hóa, sinh ra các ion và electron mới. Quá trình sẽ tái diễn và cuối cùng trong khối khí giữa cathode và anod sẽ chứa rất nhiều hạt mang điện và ở trang thái kích thích, tức là đã trở thành plasma. Thiết bị plasma phóng điện khí yêu cầu phải có hiệu thế giữa 2 bản cực rất cao. Một nhược điểm khác là điện thế gia tốc sẽ làm cho các electron và ion va đập bề mặt của 2 bản cực theo phương thẳng đứng với năng lượng lớn, làm mòn dần bản cực và các chi tiết cần làm sạch/ăn mòn của thiết bị đặt trên bản cực cũng bị bắn phá.
Capacitively coupled plasma (CCP) là kỹ thuật tạo plasma sử dụng phố biến nhất trong công nghiệp hiện nay. Cấu tạo gồm hai điện cực kim loại, đặt gần nhau trong một buồng phản ứng. Một trong hai điện cực này nối với cực dương của nguồn RF có tần số hoạt động bằng 13,56MHz, điện cực còn lại nối mát. Sóng RF có tác dụng iôn hoá chất khí nằm giữa 2 điện cực này tạo thành plasma. Vì cấu tạo của buồng phản ứng này giống như một tụ điện nên nó được gọi là kỹ thuật plasma CCP.
Hình 1.3.3: Cấu tạo buồng phản ứng của kỹ thuật CCP.
Inductively Coupled Plasma (ICP), trong thiết bị này, ngoài một điện thế áp vào giữa 2 cực, còn có một điện áp xoay chiều áp vào 2 đầu cuộn dây quấn dọc theo buồng. Khi cấp một dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây sẽ sinh ra từ trường biến thiên
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Nguyễn Trung Thành
sóng điện từ làn truyền trong buồng plasma. Sóng này làm các electron và ion tự phát dao động và ion hóa các hạt trung hòa khác, làm cho buồng phản ứng trở thành plasma.
Ưu điểm của thiết bị plasma ICP là có thể điều khiển một cách độc lập điện từ trường gia tốc theo phương thẳng đứng (tức là hiệu thế áp vào giữa 2 bản cực) và điện từ trường theo phương ngang (tức là điều khiển dòng điện chạy trong cuộn cảm). Do đó, có thể dùng cuộn cảm để tạo plasma trong buồng chứa rất nhiều hạt ở trang thái kích thích, có hoạt hóa cao sử dụng làm sạch hoặc phản ứng tốt với lớp vật chất mỏng trên bề mặt mẫu (thường là chip, wafer), trong khi lại hầu như không bắn phá bề mặt mẫu theo phương thẳng đứng, giữ các chi tiết trên bề mặt mẫu không bị thay đổi. Buồng phản ứng của thiết bị tạo plasma ICP có dạng như hình 1.3.4:
Hình 1.3.4: Cấu tạo của buồng phản ứng của kỹ thuật ICP
Phương pháp làm sạch bề mặt bằng plasma oxy với hệ plasma ICP có ưu điểm là plasma chỉ tác động lên các chất bẩn nằm trên bề mặt của thiết bị muốn làm sạch, và hầu như không ảnh hưởng để các vi cấu trúc của thiết bị. Do đó, các chức năng, chất lượng của thiết bị được bảo toàn. Plasma oxy trong thiết bị ICP, có thể làm thay đổi tính chất
Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Nguyễn Trung Thành
hóa học của lớp mỏng vật chất trên bề mặt mẫu mà không làm tổn hại sâu bên trong mẫu. Do đó, plasma oxy đã được chọn để xử lý bề mặt silicon nitride trong luận văn này.