类型b

这篇综述文章由Demetre J Economou撰写，他是休斯顿大学化学与生物分子工程系等离子体处理实验室的成员。该文章发表在《Journal of Physics D: Applied Physics》2014年第47卷。

本文的主题是脉冲等离子体在半导体制造中的应用，特别是蚀刻过程中的使用。作者详细讨论了脉冲等离子体相对于连续波（CW）等离子体的优势和机制，并探讨了其在电正性气体（如氩气）和电负性气体（如氯气）中的应用。

主要观点及其支持证据

脉冲等离子体的基本原理和优势

脉冲等离子体通过调制输入功率，可以显著提高蚀刻速率、均匀性和减少结构、电气或辐射损伤。实验表明，脉冲等离子体可以改善微特征蚀刻中不希望出现的效应，例如缺口、弯曲、微槽和依赖于纵横比的蚀刻。这些优点使得脉冲等离子体可能成为下一代亚10纳米器件蚀刻的关键技术。
支持这一观点的证据包括多项研究结果，例如Banna等人对高密度反应器中脉冲等离子体的综述，以及实验数据表明脉冲等离子体能够减少充电损伤并改善蚀刻结果。

脉冲等离子体的时间演化特性

在脉冲等离子体中，物种密度、电子能量分布函数（EEDF）、离子能量和角度分布在基底上的时间演化是关键的研究内容。作者引用了多个模型和实验研究，展示了不同阶段（如早期活性辉光、晚期活性辉光、早期余辉和晚期余辉）中等离子体特性的变化。例如，在氯气等离子体中，负离子密度在活性辉光期间表现出浅最小值，而在余辉期间逐渐增加。 支持这一观点的理论包括Kaganovich和Tsendin对负离子空间前缘形成的分析，以及Ashida和Lieberman对电子温度和密度演化的研究。

脉冲等离子体的化学反应动力学测量

脉冲等离子体被广泛用于研究等离子体中的化学反应动力学。例如，Belostotsky等人利用激光光剥离技术研究了氧气直流辉光放电中负离子的动力学行为；Hansen等人则通过光学发射光谱和激光诱导荧光监测了CF4等离子体中激发态氟原子和自由基的行为。这些研究表明，脉冲等离子体为“真实”条件下反应动力学的测量提供了有效手段。 支持这一观点的实验包括Takahashi等人使用红外二极管激光吸收光谱测量CFx自由基密度的研究，以及Booth等人通过关闭等离子体来研究CF和CF2自由基浓度时空变化的工作。

物种密度和离子能量分布的影响

脉冲等离子体可以通过调节源功率或偏置功率影响物种密度和离子能量分布。例如，Agarwal等人模拟了Ar/Cl2混合气体中硅蚀刻的过程，发现同步脉冲源功率和偏置功率可以优化蚀刻速率，同时减少损伤。此外，Brihoum等人测量了不同占空比下氩气和SiCl4/Cl2等离子体中的离子速度分布函数（IVDF），揭示了脉冲操作对离子能量分布的显著影响。 支持这一观点的实验包括Subramonium和Kushner对负离子提取的模拟研究，以及Nam等人使用PIC-MCC方法对单能离子束提取的验证。

负离子提取的应用

脉冲等离子体的一个重要应用是从余辉中提取负离子。Samukawa等人通过在基底电极上施加正直流偏压实现了从Cl2或SF6等离子体中提取负离子。此外，Panda等人探索了通过离子中和技术生成高能中性束的概念。这些研究为负离子在材料加工和核聚变加热中的应用提供了新思路。 支持这一观点的实验包括Kanakasabapathy等人使用分子束质谱研究交替提取正负离子的工作，以及Xu等人通过静电过滤获得单能离子分布的实验。

本文的意义和价值

本文系统地总结了脉冲等离子体在半导体制造中的应用现状和未来潜力。它不仅为研究人员提供了关于脉冲等离子体基本原理、时间演化特性和化学反应动力学的深入理解，还展示了其在提高蚀刻性能和负离子提取方面的实际应用价值。此外，本文强调了脉冲等离子体在下一代纳米器件制造中的不可或缺性，为相关领域的进一步研究指明了方向。