22921.直流與射頻混合放電下容性耦合等離子體的picmcc模擬

1、博士學位論文直流與射頻混合放電下容性耦合等離子體的PIC／MCC模擬PIC／MCCSimulationsforCapacitivelyCoupledPlasmasinMixedDirectCurrentandRadioFrequencyDischarges作者姓名：堂拯漁學10902039指導教師：王基生塾援答辯日期：20140625大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學博士學位論文摘要低溫等離

2、子體技術在半導體制造工藝中發(fā)揮著重要的作用。由于容性耦合等離子體源(CapacitivelyCoupledPlasmas，CCP)具有結構簡單，可以在低氣壓放電下產生大面積均勻等離子體等優(yōu)點，已被廣泛地應用到材料刻蝕和薄膜沉積等半導體制造工藝中。在過去幾十年里，微電子工業(yè)迅速發(fā)展，半導體器件的尺寸連續(xù)縮減，這對CCP源提出了更加嚴格的要求。為滿足這些要求，CCP源也在不斷發(fā)展，并衍生出許多獨具特點的新型CCP源，如目前最為廣泛使用的，并

3、能在一定程度上獨立控制等離子體密度和離子能量的雙頻CCP源，可以抑制表面充電效應的直流／射頻CCP源，以及能夠靈活調節(jié)離子能量的電非對稱CCP源等。在這些CCP源的發(fā)展過程中，數值模擬作為研究CCP放電過程的主要輔助手段，發(fā)揮了重要的作用。利用數值模擬，不僅能夠給出等離子體的狀態(tài)參數隨放電參數的變化規(guī)律，還能夠解釋CCP放電中包含的各種物理機制，為優(yōu)化CCP源的設計提供有價值的參考。最常用的數值模擬方法為等離子體流體力學模擬和PIC／M

4、CC(Particlein—cell／MonteCarlocollision)模擬。盡管流體模擬具有計算量小，穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但是流體模型無法研究等離子體中電子的動理學行為，并且無法獲得各粒子的能量分布。而PIC／MCC模型是建立在第一性原理基礎之上的完全動理學方法，能夠克服上述流體模型的缺點。但是PIC／MCC模擬的主要問題是空間和時間步長過小，模擬粒子數太多，導致計算量非常大。隨著計算機技術的快速發(fā)展，計算機的運算能力越來越強，因此

5、，近些年來PIC／MCC模型方法開始得到越來越多的應用。本文研究的主要目的是：利用PIC／MCC模擬方法，研究射頻放電中含有直流偏壓的兩種新型CCP源，即直流／射頻CCP源和電非對稱CCP源。前者是在基片對面的電極上施加負直流電壓，進而產生高能定向電子束流向基片，以抑制基片上的正離子充電效應；后者是通過調節(jié)兩個驅動電源之間的相位角，利用電非對稱效應在功率電極上自洽地生成直流電壓，進而靈活地調節(jié)轟擊到基片上的離子能量。這兩種新型CCP源在

6、實驗上都已經證實可以獲得很好的結果，但是對等離子體內部發(fā)生的物理過程，加熱機制的變化等都還不是很清晰。因此，本論文將利用PIC／MCC模擬方法從動理學角度詳細地研究不同放電參數對等離子體密度、電勢、加熱率等的影響，并分析對應的物理機制，為相關等離子體工藝腔室的設計與優(yōu)化提供理論參考和指導。第一章為緒論部分，介紹了等離子體源在微電子工業(yè)中的應用，以及幾種常用的等離子體源，然后重點介紹了等離子體刻蝕工藝中的關鍵問題，以及針對這些問題而產生的