射频容性耦合氮及氮/氩等离子体的流体力学模拟及实验验证

发布时间：2023-04-23 14:26

　　在超大规模集成电路制造工艺中,有近三分之一的工序用到低温等离子体技术,如材料刻蚀、薄膜沉积等。在实际工艺中,一般采用复杂的反应性气体及多种气体混合放电产生等离子体,这类等离子体的状态极为复杂,包含了多物理场和复杂化学反应的非线性强耦合过程。了解此类等离子体的放电特性,特别是其内部微观物理过程及化学反应机理,对半导体设备的优化设计以及生产工艺的提高具有重要意义。针对实际工艺气体放电,建立包含等离子体、电磁场以及化学反应的多场耦合数值理论模型,可以实现对上述复杂等离子体特性的研究。同时,采用实验诊断方法测量等离子体参数,通过对比分析实验与模拟结果,对数值模型和结果进行实验评价,可以保证模拟结果的可靠性。本文通过建立等离子体的流体力学模型,并耦合电磁场及化学反应,系统地研究了在等离子体工艺中常用的容性耦合氮及氮/氩等离子体的放电特性,并采用了多种测量诊断技术开展相关实验验证。本文研究内容安排如下:第一章,详细介绍了容性耦合等离子体源及其在实际工艺中的应用,并对容性耦合等离子体的研究现状以及面临的挑战进行了阐述,提出本文主要研究目的。第二章,基于流体力学的基本思想,建立了带电粒子及中性粒子的二...

【文章页数】：131 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
    1.1 低温等离子体概述
        1.1.1 低温等离子体
        1.1.2 低温等离子体源
    1.2 容性耦合等离子体研究方法
        1.2.1 实验诊断方法
        1.2.2 数值模拟研究
    1.3 容性耦合等离子体的研究进展
        1.3.1 容性耦合等离子体放电特性与研究进展
        1.3.2 大面积容性放电中等离子体均匀性的研究进展
    1.4 氮及氮/氩等离子体的应用及研究进展
        1.4.1 氮及氮/氩等离子体的应用
        1.4.2 氮等离子体的研究进展
        1.4.3 氮/氩等离子体的研究进展
    1.5 本文研究内容和安排
2 容性耦合等离子体的流体力学模型
    2.1 引言
    2.2 流体力学方程及边界条件
        2.2.1 连续方程
        2.2.2 动量守恒方程
        2.2.3 能量守恒方程
    2.3 静电模型及边界条件
    2.4 数值方法
    2.5 化学反应及系数处理
    2.6 MAPS软件平台介绍
    2.7 本章小结
3 容性耦合氮等离子体放电特性研究
    3.1 引言
    3.2 放电腔室及放电参数
    3.3 射频源功率对放电的影响
    3.4 极板间距对放电的影响
    3.5 实验验证
        3.5.1 实验诊断系统
        3.5.2 模拟结果与实验结果对比
    3.6 本章小结
4 容性耦合氮/氩等离子体放电特性研究
    4.1 引言
    4.2 放电腔室及放电参数
    4.3 粒子密度的空间分布
        4.3.1 带电粒子密度的空间分布
        4.3.2 中性粒子密度的空间分布
    4.4 气体比例对放电的影响
        4.4.1 气体比例对带电粒子密度的影响
        4.4.2 气体比例对中性粒子密度的影响
    4.5 射频源功率对放电的影响
        4.5.1 射频源功率对带电粒子密度的影响
        4.5.2 射频源功率对中性粒子密度的影响
    4.6 实验验证
        4.6.1 实验诊断系统
        4.6.2 模拟结果与实验结果对比
    4.7 本章小结
5 绝缘材料对大面积容性耦合氮/氩等离子体均匀性的影响
    5.1 引言
    5.2 放电腔室及放电参数
        5.2.1 绝缘介质模型
        5.2.2 放电腔室及放电参数
    5.3 绝缘环相对介电常数对放电的影响
    5.4 绝缘环厚度对放电的影响
    5.5 绝缘环宽度对放电的影响
    5.6 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



本文编号：3799892