脈沖調(diào)制射頻容性耦合SiH4-Ar放電混合模擬.pdf

1、低溫等離子體微電子加工技術(shù)對世界經(jīng)濟建設(shè)有巨大貢獻(xiàn)，尤其在超大規(guī)模集成電路、微電子器件制造中，有近三分之一的工序用到等離子體技術(shù)，包括薄膜沉積和刻蝕工藝。其中等離子體增強化學(xué)氣相沉積(Plasma enhanced chemical vapor deposition，PECVD)技術(shù)是半導(dǎo)體工藝中薄膜沉積的關(guān)鍵技術(shù)之一，PECVD因其工作溫度低、薄膜均勻性好、過程易控制等優(yōu)點被廣泛用于微電子制備工藝中。在眾多工藝薄膜中，硅基薄膜因穩(wěn)定性

2、好，機械性能、光電性能高等優(yōu)點，作為一種優(yōu)質(zhì)半導(dǎo)體功能薄膜備受青睞。
　　在PECVD工藝過程中，電子溫度、中性基團密度會直接影響沉積薄膜的質(zhì)量。由于電子能量分布對電子溫度、氣體的解離系數(shù)起決定性作用，所以可以通過調(diào)節(jié)電子能量分布實現(xiàn)對電子溫度、中性基團密度進行控制。在射頻調(diào)制容性耦合等離子體(RadioFrequency Capacitively Coupled Plasma，RF-CCP)放電中，極板與放電中心形成一個雙極電場

3、，其中放電中心的主要靠歐姆加熱使電子虜獲能量，而鞘層區(qū)域加熱機制主要是射頻電流引起的無碰撞加熱和隨機加熱。此外，CCP由于腔室結(jié)構(gòu)對稱、等離子體密度分布均勻而有利于生成均勻性的薄膜。脈沖調(diào)制射頻等離子體放電，可以為沉積工藝提供更多的工藝參數(shù)，并且在脈沖關(guān)閉后負(fù)離子向極板逃逸，這對材料處理也非常有益。同時，一些沉積前驅(qū)粒子在脈沖關(guān)閉后向極板擴散，沉積時間延長，從而得到致密的薄膜。但是脈沖調(diào)制過程電子的產(chǎn)生和消失處于非動態(tài)平衡狀態(tài)，因此電子

4、能量分布偏離麥克斯韋分布。為了更好了解脈沖調(diào)制射頻的放電機理，本文用一維流體/蒙特卡羅（fluid/Monte-Carlo，fluid/MC）混合模型對脈沖調(diào)制硅烷、氬氣混合氣體放電進行模擬，其中電子能量分布通過MC模型統(tǒng)計得到。研究發(fā)現(xiàn)電子能量分布和解離系數(shù)受脈沖調(diào)制影響較大，脈沖調(diào)制可以在低占空比、低脈沖頻率下獲得比連續(xù)波更高的高能電子和解離速率系數(shù)。同時，脈沖關(guān)閉后電子溫度迅速下降，帶電粒子能量降低，極板損傷減小。文章內(nèi)容從以下三

5、方面展開:
　　第一章介紹了低溫等離子體基礎(chǔ)知識、等離子體硅基薄膜沉積技術(shù)以及脈沖調(diào)制在實驗及理論上的研究進展。
　　第二章介紹fluid/MC模型研究背景，模型雙向耦合過程及fluid模塊和MC模塊的物理模型。
　　第三章利用fluid/MC混合模型對脈沖調(diào)制SiH4/Ar放電過程進行模擬。主要研究了脈沖調(diào)制占空比、脈沖頻率、氣壓及電壓對脈沖調(diào)制放電過程中電子能量幾率分布，電子溫度，電子、離子及中性基團密度的影響。通