SF6+Ar+He混合气体等离子体的干法刻蚀性能对比研究：从诊断技术到动力学模型解析

本文推荐：作者团队通过朗缪尔探针（Langmuir probe）和光学发射光谱（OES）技术，结合0维等离子体模型，系统对比了富Ar（42% Ar + 8% He）与富He（8% Ar + 42% He）的SF6混合气体在感应耦合等离子体（ICP）中的刻蚀性能差异。研究发现，He替代Ar会显著提升电子温度（Te）、降低电子密度（ne）并通过改变电离率与电子能量损失机制增强电负性，为反应离子刻蚀（RIE）和低温刻蚀工艺优化提供了理论依据。

　　

Highlight

实验装置与等离子体诊断方法

研究在PlasmaLab 100（OIPT, UK）刻蚀设备中进行，采用2 MHz射频驱动的感应耦合等离子体（ICP）。铝制反应腔呈圆柱形（直径380 mm，高450 mm），实验保持总气体流速（120 sccm）和SF₆分流速（60 sccm，占比50%）恒定，变量为气体压力（5–25 mTorr）和输入功率（800–2750 W）。

结果与讨论

多组分气体混合对等离子体化学的影响聚焦于两点：1）电子相关参数（如电子温度T_e、密度n_e）如何调控电子碰撞解离动力学；2）离子相关参数（如离子密度、通量）如何影响轰击强度。对比富Ar与富He等离子体发现，He的引入像一位“能量调度师”——通过提升T_e和降低n_e，同时增强电负性，重塑了电离率与电子能量分配格局。

结论

本研究揭示了He替代Ar在SF₆混合气体中的“三重效应”：抬升电子温度、压制电子密度、激活电负性机制。这些发现为理解气体成分对等离子体刻蚀（尤其是硅基材料加工）的调控作用提供了新视角。