等离子体刻蚀中反应物输运对剖面演化影响的多尺度研究
发布时间：2021-04-21 12:04
等离子体刻蚀与薄膜沉积、光刻等工艺结合,通过精细的图形转移在衬底材料上形成微电子器件的微观结构,是半导体制造中不可缺少的关键技术。随着10 nm及更先进技术节点的应用,更小的特征尺寸、更复杂的微结构使得对刻蚀中剖面控制的精度要求达到了原子/分子的级别,给等离子体刻蚀带来严峻挑战。在等离子体刻蚀中,反应性粒子的产生,及其在鞘层和刻蚀槽/孔的输运过程决定了被刻蚀材料表面的反应性粒子的通量、能量,是影响刻蚀过程中剖面控制、选择性、介质损伤等的关键因素。本文建立了包括腔室、鞘层、刻蚀槽/孔以及表面的多尺度模型,能够在工业应用条件下,对等离子体刻蚀中的剖面演化过程进行模拟。通过模拟能够获得实验难以诊断的物理量,帮助更深入的理解刻蚀中复杂的多尺度、多物理过程,有利于减少产业应用中的试错成本,为工艺开发以及设备的设计和优化提供支持。本文第一章是绪论,介绍了低温等离子体在半导体制造中的应用背景,以及等离子体刻蚀当前面临的新机遇和挑战。在第二章中介绍了多尺度刻蚀演化仿真模型。首先通过整体模型能够快速获得不同放电参数下反应器内离子、中性粒子的密度（通量）以及电子温度。这些结果与偏压条件一起作为鞘层模型的输...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 低温等离子体和半导体制造
1.2 等离子体沉积和刻蚀
1.3 反应物的产生和输运过程
1.3.1 等离子体源
1.3.2 等离子体鞘层和离子能量分布
1.4 等离子体刻蚀的仿真模拟
1.4.1 等离子体刻蚀中的多尺度过程
1.4.2 多尺度模型的研究背景
1.5 本文的研究内容与安排
2 刻蚀剖面演化的多尺度模型
2.1 引言
2.2 腔室模型
2.2.1 腔室模拟简介
2.2.2 整体模型
2.3 鞘层模型
2.3.1 混合鞘层模型简介
2.3.2 流体模型
2.3.3 离子碰撞过程的模拟
2.4 特征尺度的刻蚀槽模型
2.4.1 元胞法
2.4.2 反应物在刻蚀槽内的运动
2.4.3 离子的表面反射
2.4.4 离子运动和充电效应
2.4.5 副产物的再沉积
2.5 表面反应模型
2.5.1 简介
2.5.2 刻蚀产额与离子能量的依赖关系
2.5.3 表面覆盖度平衡法
2.5.4 表面反应的蒙特卡罗几率法
2.6 本章小结
3 反应物的输运与刻蚀的微观不均匀性
3.1 引言
3.2 宏观放电参数对反应物的产生和离子在鞘层中运动的影响
3.2.1 反应物的产生
3.2.2 离子穿越鞘层后的能量和角度分布
3.3 微观刻蚀槽尺度下反应物的输运和表面分布
3.3.1 离子在刻蚀槽表面的分布
3.3.2 充电效应对离子运动的影响
3.4 表面反应
3.5 放电参数对刻蚀剖面演化过程的影响
3.5.1 气压对刻蚀剖面演化的影响
3.5.2 偏压对刻蚀剖面演化的影响
3.6 刻蚀的微观不均匀性
3.6.1 充电效应
3.6.2 刻蚀副产物的再沉积
3.7 本章小结
4F8等离子体中SiO2的刻蚀 ">4 Ar/C4F8等离子体中SiO2的刻蚀
4.1 引言
4.2 反应物的产生与离子能量和角度分布
4.2.1 反应器尺度的放电模拟
4.2.2 离子穿越鞘层后的能量和角度分布
4.3 表面反应模型和蒙特卡罗法
4.4 放电参数对刻蚀剖面演化的影响
4.4.1 放电气压和功率对刻蚀剖面演化的影响
4.4.2 偏压对刻蚀剖面演化的影响
4.5 微观不均匀性与剖面形貌控制
4.5.1 充电效应
4.5.2 侧壁保护
4.5.3 离子能量调制与刻蚀剖面形貌控制
4.6 本章小结
5 原子层刻蚀
5.1 引言
5.2 Si的原子层刻蚀
5.3 Si的长脉冲偏压刻蚀
2的原子层刻蚀 "> 5.4 SiO2的原子层刻蚀
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
【参考文献】：
博士论文
[1]甚高频容性耦合等离子体中电磁效应的数值研究[D]. 张钰如.大连理工大学 2013
硕士论文
[1]刻蚀和沉积工艺腔室的理论仿真及实验验证[D]. 葛婕.清华大学 2014
[2]基于水平集方法的等离子体刻蚀过程数值模拟[D]. 严培.大连理工大学 2013
本文编号：3151719
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
1.1 低温等离子体和半导体制造
1.2 等离子体沉积和刻蚀
1.3 反应物的产生和输运过程
1.3.1 等离子体源
1.3.2 等离子体鞘层和离子能量分布
1.4 等离子体刻蚀的仿真模拟
1.4.1 等离子体刻蚀中的多尺度过程
1.4.2 多尺度模型的研究背景
1.5 本文的研究内容与安排
2 刻蚀剖面演化的多尺度模型
2.1 引言
2.2 腔室模型
2.2.1 腔室模拟简介
2.2.2 整体模型
2.3 鞘层模型
2.3.1 混合鞘层模型简介
2.3.2 流体模型
2.3.3 离子碰撞过程的模拟
2.4 特征尺度的刻蚀槽模型
2.4.1 元胞法
2.4.2 反应物在刻蚀槽内的运动
2.4.3 离子的表面反射
2.4.4 离子运动和充电效应
2.4.5 副产物的再沉积
2.5 表面反应模型
2.5.1 简介
2.5.2 刻蚀产额与离子能量的依赖关系
2.5.3 表面覆盖度平衡法
2.5.4 表面反应的蒙特卡罗几率法
2.6 本章小结
3 反应物的输运与刻蚀的微观不均匀性
3.1 引言
3.2 宏观放电参数对反应物的产生和离子在鞘层中运动的影响
3.2.1 反应物的产生
3.2.2 离子穿越鞘层后的能量和角度分布
3.3 微观刻蚀槽尺度下反应物的输运和表面分布
3.3.1 离子在刻蚀槽表面的分布
3.3.2 充电效应对离子运动的影响
3.4 表面反应
3.5 放电参数对刻蚀剖面演化过程的影响
3.5.1 气压对刻蚀剖面演化的影响
3.5.2 偏压对刻蚀剖面演化的影响
3.6 刻蚀的微观不均匀性
3.6.1 充电效应
3.6.2 刻蚀副产物的再沉积
3.7 本章小结
4F8等离子体中SiO2的刻蚀 ">4 Ar/C4F8等离子体中SiO2的刻蚀
4.1 引言
4.2 反应物的产生与离子能量和角度分布
4.2.1 反应器尺度的放电模拟
4.2.2 离子穿越鞘层后的能量和角度分布
4.3 表面反应模型和蒙特卡罗法
4.4 放电参数对刻蚀剖面演化的影响
4.4.1 放电气压和功率对刻蚀剖面演化的影响
4.4.2 偏压对刻蚀剖面演化的影响
4.5 微观不均匀性与剖面形貌控制
4.5.1 充电效应
4.5.2 侧壁保护
4.5.3 离子能量调制与刻蚀剖面形貌控制
4.6 本章小结
5 原子层刻蚀
5.1 引言
5.2 Si的原子层刻蚀
5.3 Si的长脉冲偏压刻蚀
2的原子层刻蚀 "> 5.4 SiO2的原子层刻蚀
5.5 本章小结
6 结论与展望
6.1 结论
6.2 创新点
6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介
【参考文献】：
博士论文
[1]甚高频容性耦合等离子体中电磁效应的数值研究[D]. 张钰如.大连理工大学 2013
硕士论文
[1]刻蚀和沉积工艺腔室的理论仿真及实验验证[D]. 葛婕.清华大学 2014
[2]基于水平集方法的等离子体刻蚀过程数值模拟[D]. 严培.大连理工大学 2013
本文编号：3151719
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wulilw/3151719.html
