射頻偏壓等離子體鞘層特性的二維流體力學模擬.pdf

1、微電子機械系統(tǒng)(Micro Electro-Mechanical Systems MEMS)制造中，等離子體刻蝕已經(jīng)成為最關鍵的流程之一并日漸受到人們的關注，因為利用等離子體進行刻蝕可以實現(xiàn)高刻蝕速率、高各向異性、高縱橫比、高選擇比、微觀不均勻性小和低能量損傷的工藝要求。射頻容性耦合放電作為高頻放電方法的其一，由于其可以產(chǎn)生大面積均勻等離子體，而且還可以通過調(diào)節(jié)高、低頻源的放電參數(shù)有效的控制等離子體密度和離子能量等關鍵工藝參數(shù)，裝置結(jié)構(gòu)

2、也比較簡單、成本相對較低，被廣泛應用在半導體刻蝕、薄膜沉積等材料表面處理工藝中。
　　 電容耦合等離子體刻蝕晶片時，由于射頻源的加入，晶片附近將會形成一個容性的等離子體鞘層區(qū)，在這個區(qū)域里存在著很強的由等離子體指向極板的電場，可以將其中的離子加速到很高的能量(幾十到上百電子伏)，直接決定刻蝕的速率和質(zhì)量，因此，對等離子體鞘層物理特性的研究至關重要。在MEMS制造中，很多情況下被處理基片表面往往具有非平面結(jié)構(gòu)，當基片的特征尺寸遠遠

3、小于鞘層厚度時，通常認為鞘層在平行基片方向上是均勻的，使其簡化為只研究沿著垂直基片方向變化的二維鞘層物理特性問題。然而，當基片的特征尺寸和鞘層厚度可比擬甚至小于鞘層厚度時，鞘層在平行基片方向上的演化將不能再被忽略，此時，必須采用二維(或者多維)鞘層模型來精確描述鞘層特性。
　　 在第二章中，我們采用二維流體模型，研究了帶有環(huán)形溝道的電極附近鞘層物理特性，并研究了溝道的深寬比對射頻偏壓等離子體鞘層特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明，鞘層在徑

4、向的演化不再均勻，鞘層總是趨向于模仿和適應基片的表面輪廓，即“Plasmamolding”(等離子體成型)效應；在環(huán)形溝道的內(nèi)外兩個側(cè)壁，鞘層電勢和電場存在明顯的不對稱性；隨著槽深寬比值的加大，鞘層電勢變小，鞘層厚度變薄。
　　 眾所周知，雙頻容性耦合放電可以實現(xiàn)對等離子體密度和能量的獨立控制，高頻源主要控制等離子體密度，低頻源控制離子能量。在第三章中，我們外加兩個射頻源，仍然采用二維流體方法研究了帶圓柱形凹槽電極附近的鞘層物理