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低气压射频感性耦合CF4和CHF3放电的流体模拟研究

低气压射频感性耦合CF4和CHF3放电的流体模拟研究

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作者：王亚萍大连理工大学

学位级别：硕士

射频感性耦合等离子体(Radio Frequency Inductively Coupled Plasma,即RF-ICP)源可产生大面积均匀的等离子体,并且RF-ICP具有等离子体密度高,放电装置简单,工作气压低以及放电参数容易控制等特点而被广泛地应用在半导体制备工艺和相关... 详细信息

射频感性耦合等离子体(Radio Frequency Inductively Coupled Plasma,即RF-ICP)源可产生大面积均匀的等离子体,并且RF-ICP具有等离子体密度高,放电装置简单,工作气压低以及放电参数容易控制等特点而被广泛地应用在半导体制备工艺和相关材料的表面处理中。在实际的工艺过程中,等离子体的放电是比较复杂的,因为等离子体的放电要受电源参数、工作气体和放电腔室结构的影响。不同的工作气体在半导体加工工艺中的作用不同,随着现代大规模集成电路的迅猛发展,碳氟性气体以其高刻蚀率高选择性等优点在现代集成电路制造业中备受关注。本文采用二维流体力学模型,分别针对CF4和CHF3气体在ICP腔室放电进行模拟,研究这两种气体在一定条件下各粒子密度、电子温度等相关量的空间分布,并进一步分析两种气体放电的内在物理机制。本文采用流体力学方法是因为虽然这种方法把研究对象看成连续流动的流体,忽略了对象内部的相互作用过程,不能对等离子体内部的加热机制等物理过程给出合理的解释,但是它却具有计算速度快,花费时间少,可以在比较短的时间内完成模拟并给出解释等优点。文章中通过计算得到了CF4和CHF3放电的一般规律：在一定的放电条件下,CF4中的电子密度和F-密度的最大值在放电腔室的中心位置,CHF3中电子密度和F。密度的最大值偏离腔室中心处,在两种气体中电子温度的最大值在电源线圈的下方,CHF3气体的电负性小于CF4气体。文章中还分析了随气压和功率的变化,CF4和CHF3放电中,电子和F-密度以及电子温度的变化趋势。发现随功率的增加,两种气体中的电子密度和电子温度都增加。而F-密度变化则不同,随着功率的增加,在CF4气体放电中,F-密度在腔室中心处出现先增加后减少的趋势,在CHF3中F-密度一直增加。并且在两种气体中,随功率的增加F-的最大值出现在偏离腔室中心处。在两种气体中,随气压的增加电子密度增大,电子温度降低,而F-密度在CF4放电中随气压增加而增加,在CHF3中则随气压增加而降低。因为碳氟气体在半导体芯片刻蚀工艺中发挥作用的是活性中性基团,本文中重点对比了CF2和F粒子在气体放电中含量的变化,发现在CF4气体中F密度大于CF2密度,在CHF3中CF2密度大于F密度。

关键词：感性耦合等离子源流体力学模型 CF4 等离子体 CHF3等离子体

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