二维脉冲调制射频SiH4/N2/O2放电的数值模拟研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lishao_minlimin
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在集成电路与电子设备制造工艺中,氮氧化硅薄膜被广泛应用于电介质与钝化层等方面,这主要是因为氮氧化硅薄膜拥有好的光学性能以及稳定性,同时兼备二氧化硅与氮化硅的大部分优点。所以,近几十年来,人们采用了各种技术来沉积氮氧化硅薄膜,这些技术包括:具有低温特点的等离子体化学气相沉积技术(PECVD)、ECR-PECVD技术,具有高温特点的热化学气相沉积(CVD)、硅靶溅射技术、二氧化硅渗氮技术等,其中,等离子体化学气相沉积技术因其在低温条件下可以获得性能优异的薄膜已被广泛的应用于半导体行业当中。随后,人们对PECVD装置中硅烷以及混合气体放电沉积氮氧化硅薄膜做了很多研究。最近,脉冲调制技术因其能改进薄膜特性这一优点而成为当下研究的热点。但是对于脉冲CCP等离子体放电沉积氮氧化硅薄膜的研究还很少,主要是它的化学反应过程比较复杂,特别是使用SH4/N2/O2混合气体放电的过程。在先前的研究中,王燕等人使用一维流体力学模型研究了SH4/N2/O2放电。为了更好的了解脉冲SH4/N2/O2放电过程,我们有必要模拟真实的腔室结构。因此本文采用自洽的流体力学方法研究了二维脉冲调制射频容性祸合等离子SH4/N2/O2放电。第一章介绍了低温等离子体的特点以及沉积技术,然后相继开展了一些脉冲在实验与模拟方而的调研。第二章介绍了流体力学模型以及用到的数值算法,同时也给出文中所涉及到的化学反应。第三章利用流体力学方法模拟了二维脉冲调制射频容性耦合SiH4/N2/02放电的动力学过程,主要讨论了脉冲参数以及其他放电参数对等离子体中各物理量的影响,这些物理量包括电子密度、正离子密度、负离子密度、中性粒子密度、沉积速率、离子通量以及电子温度。结果表明:在相同的射频电压下,调制占空比增大,主等离子体区电子密度、离子密度、中性粒子密度与下极板处沉积速率和通量增大且占空比变化引起电子温度变化进而造成粒子密度随时变化;在相同的射频电压下,调制脉冲频率减小,主等离子体区电子密度和氧负离子密度的极大值增大,氧负离子随时的平均值减小,鞘层区的电势降、极板处的沉积速率和通量减小;在固定频率与占空比下,随着等离子体气压增大,主等离子体区的密度增多,下极板处的离子通量、沉积速率增大而离子能量减小;在固定频率与占空比下,随着射频源幅度的增大,等离子体的密度增多,同时下极板处的离子通量和能量增大。随后讨论了两种腔室对等离子体的影响,发现介质环的存在有利于抑制边缘效应,同时能提升电势和极板处的通量与沉积速率。最后讨论了气体组分比对等离子体的影响。此外,我们发现无论论参数如何变化,极板处的沉积速率在脉冲关闭后的变化不是很大,并且关闭期间的均匀性比脉冲开启时要好,利用这样的条件可以在较小幅度的降低沉积速率的条件下,大幅度的的减少轰击极板的能量和通量。基于上述结果,在脉冲调制放电中,通过优化脉冲参数以及利用脉冲放电特点,以提高等离子体密度、控制沉积到薄膜里面的化学组分,同时还可以有效的降低离子对薄膜的轰击能量,提高薄膜的性能
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