大气压双频容性耦合Ar/O_(2)等离子体特性研究

文章利用二维流体模型对双频调制大气压Ar/O_(2)放电特性进行了研究,着重讨论高低频电压、低频频率等不同匹配方式对等离子体参数的影响,并且通过对电子加热模式、电子密度、中性粒子密度、正离子能量以及正离子总通量等分析了大气压Ar/O_(2)放电双频调控机制。结果表明,低频源电压的改变使得电子加热模式由α模式转变为DA/α混合模式,且等离子体密度、正离子总通量及离子能量均随着低频电压的升高而增大,发生了解耦现象。与低频源电压不同,高频源电压和低频源频率对电子加热模式不产生影响。此外,高频源电压对等离子体密度及正离子总通量影响较大,对刻蚀工业中易对材料造成损伤的离子能量影响很小;而低频源频率对工业中影响影响较大的离子能量和离子总通量影响较大,对等离子体密度影响较小,实现了等离子体密度和离子能量的独立控制。

低频频率和O_2含量对双频容性耦合等离子体Ar-O_2放电的影响

利用四极杆质谱仪研究了Ar/O2混合气体放电中低频频率和O2含量对离子能量分布和平均能量的影响。研究结果表明当低频频率增大时,离子能量逐渐由中频机制向高频机制变化,其能量分布的马鞍型双峰结构逐渐收缩,变得不明显。Ar+离子由于共振电荷交换的影响获得更多的低能离子,其平均能量比O2+离子的稍低。增大氧气含量,电离率增大,Ar+离子和O2+离子的高低能峰均向高能区移动,最大能量值逐渐右移。同等条件下的Ar+离子的平均能量均低于O2+离子。

13.56 MHz/94.92 MHz双频容性耦合氩等离子体特性研究

利用高频频率(HF)为94.92MHz,低频频率(LF)为13.56MHz获得了氩等离子体.采用发射光谱法(OES)监测并诊断了氩等离子体的演化过程.基于费米-狄拉克模型计算了电子温度,用连续谱绝对强度法计算了电子密度.结果表明,电子温度随着低频功率的增大而升高,随着高频功率的增大而降低;电子温度随气压的升高而降低;电子密度随高频功率和低频功率的增大而增大;电子密度随气压的增大呈现出先增大后减小的趋势并且在60mTorr附近出现峰值.

气压对于低气压双频容性耦合Ar/O2等离子体放电特性影响的研究

研究了气压对双射频氩氧混合等离子体电子温度和电子密度的影响。在13.56MHz低频功率和94.92MHz高频功率固定为60W和氩氧气体比为1:9的情况下,利用发射光谱法分析了气压不同时氩氧混合等离子体的放电光谱中的特征谱线的变化规律。使用一维质点网格法(PIC-MC)静电模型计算了电子温度和电子密度。结果表明:电子温度随着气压的增加先降低后升高,与实验结果趋势相吻合;电子密度随着气压的增加先增大后减小。

碰撞辐射模型诊断双频容性耦合等离子体

建立了一个适用于低气压下双频容性耦合氩(Ar)等离子体的碰撞辐射模型,在试验仪器和条件不变的情况下,发现电源频率对该模型的影响不大。利用碰撞辐射模型结合发射光谱(OES),测试了双频容性耦合Ar等离子体在高低频放电中电子温度(T_e)和电子密度(n_e)随功率的变化情况。结果表明:n_e随功率的增加呈递增趋势,但高频放电中增长的幅度更大,这说明在双频容性耦合等离子体放电中,虽然高频和低频功率并未完全解耦,但高频功率仍在控制等离子体的密度方面占主导作用;高频和低频功率对T_e的影响相差不大。

电源接入方式对双频容性耦合等离子体性质的影响

采用发射光谱结合碰撞辐射模型的方法,研究27.12和2.00 MHz双频电源放电时单极双频(两个射频电源接在一个电极上)和双极双频(两个射频电源接在两个电极上)对双频容性耦合氩等离子体的电子温度和电子密度轴向分布的影响。结果发现:双极双频时的电子密度比单极双频时的高,且其中间等离子体主体区域的电子密度更加平稳和对称,而单极双频时靠接地电极一侧电子密度有一些下降,这与在接地电极附近电子损失相对较多以及高、低频电源在混频器上干扰等因素有关;双极双频时电子温度分布也更加对称和平稳。因此,双极双频接法对电子约束更好,使得高频电源和低频电源馈入等离子体的效率更高。

双频容性耦合等离子体密度径向均匀性研究

利用自主研制的全悬浮双探针,对影响双频容性耦合等离子体径向均匀性的因素进行了研究.发现低频功率、放电气压和放电间距对径向均匀性有明显影响.合适的低频功率、放电气压及较大的极板间距可以得到更均匀的等离子体.采用与实验相同的放电参数,利用改进的二维流体模型进行理论模拟,得到了不同极板问距下径向离子密度分布,并和实验测量结果进行了比较,两者的变化趋势基本符合.

双频容性耦合等离子体相分辨发射光谱诊断

采用相分辨发射光谱法,对双频容性耦合纯Ar和不同含O2量的Ar-O2混合气体放电等离子体的鞘层激发模式进行了探究.放电腔室耦合电源电极的鞘层区域处观察到两种电子激发模式:鞘层扩张引起的电子碰撞激发模式和二次电子引起的电子碰撞激发模式;并发现这两种激发模式均受到低频射频电源周期的调制.在纯Ar放电等离子体中,两种激发模式的激发轮廓相似;而在Ar-O2混合气放电等离子体中,随着含O2量的增加,二次电子的激发轮廓变弱.此外,利用相分辨发射光谱法对不同含O2量的Ar-O2混合气放电下Ar的750.4 nm谱线在低频周期内的平均光强随轴向分布进行了研究,得到了距耦合电源电极约3.8 mm处为双频容性耦合射频等离子体的鞘层边界.

SiCOH低k介质中低表面粗糙度沟道的刻蚀研究

采用60 MHz/2 MHz双频率驱动的容性耦合放电等离子体技术,以C2F6/O2/Ar为刻蚀气体,开展了SiCOH低k介质中刻蚀低表面粗糙度沟道的研究。主要研究了O2/C2F6流量比对与SiCOH低k薄膜之间的刻蚀选择性的影响,以及O2/C2F6流量比、下电极功率对沟道刻蚀特性的影响。发现在O2/C2F6流量比为0.1以下时,光致抗蚀剂掩膜层与SiCOH低k薄膜之间具有较好的刻蚀选择性。对于沟道刻蚀,在O2/C2F6流量比为0.1时,下电极功率对沟道的表面粗糙度和剖面结构具有明显的影响。在下电极功率为30 W时,刻蚀的沟道底部平坦、沟道壁陡直,槽形完好,沟道底面的平均表面粗糙度降低至3.32 nm,因此,可以在SiCOH低k薄膜中刻蚀剖面结构完整的低表面粗糙度沟道。

晶圆边缘离子平均入射角度数值模拟研究

针对晶圆边缘非垂直刻蚀剖面问题,对300mm双频容性耦合等离子体刻蚀机晶圆边缘离子平均入射角度的分布特性进行了数值模拟研究。采用流体动力学模型求解等离子体宏观特性,氩气作为工艺气体,以一个射频周期内平均离子通量的矢量方向近似为离子平均入射角度,研究发现：边缘效应导致的晶圆边缘鞘层畸变是引起离子平均入射角度偏斜垂直方向的主要原因;晶圆外伸量与可利用半径近似呈负相关关系,且只会影响晶圆边缘向内约10-15mm区域的离子平均入射角度分布;上接地板半径和喷淋头半径影响范围较大,在晶圆半径超过100mm外均有较大影响;适当增大上接地板半径有利于提高离子平均入射角度的垂直性和增大晶圆的有效利用面积,而喷淋头半径在略小于晶圆半径时较佳。

13.56MHz低频功率对60MHz射频容性耦合等离子体的电特性的影响

使用补偿朗缪尔探针诊断技术,研究了60 MHz/13.56 MHz双频激发容性耦合等离子体的空间电子行为,得到了电子能量概率函数(EEPF)随径向位置和低频输入功率的演变行为.实验结果表明,13.56 MHz射频输入功率的变化主要影响低能电子的布居,其影响随气压升高而加大.在等离子体放电中心以外,EEPF呈现出双峰分布的特性,同时发现从放电中心到极板边缘,次能峰有逐渐向高能区漂移的现象,次能峰的出现显示了中能电子的增强的加热效应.通过EEPF方法,计算了等离子体的电子温度、电子密度.讨论了等离子体中的电子加热机理.