脉冲调制射频容性耦合H2放电流体/蒙卡模拟

摘要

目前微电子工业已经成为人们生活中的重要组成部分，同时微电子工业的进步与半导体加工设备的进步也紧密的联系在一起。在半导体加工工艺当中，低温等离子体技术有着至关重要的作用，尤其是在生产制造大规模集成电路领域。
　　在低温等离子体技术当中，应用最广泛的是在半导体行中的薄膜沉积与刻蚀。其中薄膜沉积的主要方法是等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，PECVD具有低温可沉积薄膜、能够获得良好均匀性的薄膜、应用简单、可控性强等优点倍受青睐。在PECVD技术当中大多采用容性耦合等离子体（CCP）放电，CCP放电腔室构造简单易操作，同时能够产生大面积且均匀的等离子体，所以其应用领域相当广泛。一般PECVD技术会选用H2/SiH4混合气体放电，但是由于SiH4在混合气体中所占比例非常小，本文主要研究H2放电，采用一维流体/蒙卡（Fluid/MC）混合模型对脉冲调制射频容性耦合H2放电进行模拟研究。脉冲调制的优势是为调控等离子体性质提供了更多的参数，包括脉冲占空比以及脉冲频率等。脉冲调制可以在低占空比、低脉冲频率下获得比连续波放电更高的等离子体密度，同时，脉冲关闭后电子温度下降，带电粒子能量降低，极板损伤减小，并且在脉冲关闭后负离子向极板逃逸，同时一些沉积前驱粒子也向极板扩散，延长沉积时间，从而获得致密性良好薄膜，所以脉冲调制对于改善等离子体工艺水平具有很大的意义。本文的内容安排如下:
　　第一章介绍了低温等离子体的概念、各类低温等离子体源以及应用领域，尤其是在微电子工业中的应用技术。同时，本章中重点介绍了脉冲调制射频等离子体放电的基本原理和优势，并且从实验诊断以及数值模拟两个方面分别介绍了脉冲调制射频等离子体放电的研究进展以及研究成果。
　　第二章主要介绍了目前应用广泛的几种数值模拟模型，并重点介绍了本文中所采用的Fluid/MC混合模型、等离子体放电腔室结构以及放电气体H2的主要化学反应。
　　第三章讨论分析了采用流体/蒙卡混合模型对脉冲调制射频容性耦合H2等离子体放电模拟的数据结果。在数值模拟过程中，考虑了四种参数对等离子体的影响，包括脉冲占空比、脉冲频率、放电气压、放电电压，在不同的参数条件下讨论了对H3+、H2+、H+离子密度、电子密度、电子温度、电子能量几率分布、电场以及电势的影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 低温等离子体

1．1．1 低温等离子体源

1．1．2 低温等离子体与微电子工业

1．2 低温等离子体刻蚀与沉积技术

1．2．1 低温等离子体薄膜刻蚀技术

1．2．2 低温等离子体薄膜沉积技术

1．3 脉冲调制射频等离子体的研究背景及进展

1．3．1 脉冲调制射频等离子体的应用背景

1．3．2 脉冲调制射频等离子体实验及模拟的研究进展

2 模拟方法及物理模型

2．1 流体力学模型

2．2 电子蒙特卡罗模型

2．3 流体／电子蒙特卡罗混合模型

2．4 腔室结构

2．5 化学反应

3 脉冲调制射频H2放电混合模型模拟

3．1 脉冲占空比对等离子体性质的影响

3．1．1 对电子温度、电子密度的影响

3．1．2 对电子能量几率分布的影响

3．1．3 对离子密度的影响

3．1．4 对电场、电势的影响

3．2 脉冲频率对等离子体性质的影响

3．2．1 对电子温度、电子密度的影响

3．2．2 对电子能量几率分布的影响

3．2．3 对离子密度的影响

3．2．4 对电场、电势的影响

3．3 气压对等离子体性质的影响

3．3．1 对电子温度、电子密度的影响

3．3．2 对电子能量几率分布的影响

3．3．3 对离子密度的影响

3．3．4 对电场、电势的影响

3．4 电压对等离子体性质的影响

3．4．1 对电子温度、电子密度的影响

3．4．2 对电子能量几率分布的影响

3．4．3 对离子密度的影响

3．4．4 对电场、电势的影响

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢