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射频偏压等离子体鞘层特性的二维流体力学模拟

作　者: 郝美兰
导　师: 戴忠玲
学　校: 大连理工大学
专　业: 等离子体物理
关键词: 等离子体射频电容耦合鞘层二维流体
分类号: O539
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 71次
引　用: 3次
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内容摘要

微电子机械系统(Micro Electro-Mechanical Systems MEMS)制造中,等离子体刻蚀已经成为最关键的流程之一并日渐受到人们的关注,因为利用等离子体进行刻蚀可以实现高刻蚀速率、高各向异性、高纵横比、高选择比、微观不均匀性小和低能量损伤的工艺要求。射频容性耦合放电作为高频放电方法的其一,由于其可以产生大面积均匀等离子体,而且还可以通过调节高、低频源的放电参数有效的控制等离子体密度和离子能量等关键工艺参数,装置结构也比较简单、成本相对较低,被广泛应用在半导体刻蚀、薄膜沉积等材料表面处理工艺中。电容耦合等离子体刻蚀晶片时,由于射频源的加入,晶片附近将会形成一个容性的等离子体鞘层区,在这个区域里存在着很强的由等离子体指向极板的电场,可以将其中的离子加速到很高的能量(几十到上百电子伏),直接决定刻蚀的速率和质量,因此,对等离子体鞘层物理特性的研究至关重要。在MEMS制造中,很多情况下被处理基片表面往往具有非平面结构,当基片的特征尺寸远远小于鞘层厚度时,通常认为鞘层在平行基片方向上是均匀的,使其简化为只研究沿着垂直基片方向变化的一维鞘层物理特性问题。然而,当基片的特征尺寸和鞘层厚度可比拟甚至小于鞘层厚度时,鞘层在平行基片方向上的演化将不能再被忽略,此时,必须采用二维(或者多维)鞘层模型来精确描述鞘层特性。在第二章中,我们采用二维流体模型,研究了带有环形沟道的电极附近鞘层物理特性,并研究了沟道的深宽比对射频偏压等离子体鞘层特性的影响规律。结果表明,鞘层在径向的演化不再均匀,鞘层总是趋向于模仿和适应基片的表面轮廓,即“Plasmamolding”(等离子体成型)效应;在环形沟道的内外两个侧壁,鞘层电势和电场存在明显的不对称性;随着槽深宽比值的加大,鞘层电势变小,鞘层厚度变薄。众所周知,双频容性耦合放电可以实现对等离子体密度和能量的独立控制,高频源主要控制等离子体密度,低频源控制离子能量。在第三章中,我们外加两个射频源,仍然采用二维流体方法研究了带圆柱形凹槽电极附近的鞘层物理特性,研究了低频源频率和功率以及外放电气压对鞘层特性的影响规律。计算结果表明,固定高频源参数,随着低频源频率的增加或者功率的减小,鞘层电势下降,鞘层变薄,模仿效应更加明显,也即径向场的影响作用更加明显。固定双频源参数,随着压强的增大,鞘层电势增加,鞘层变厚。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 引言  9-19
  1.1 等离子体刻蚀工艺的研究背景和意义简介  9-12
    1.1.1 MEMS技术简介  9-10
    1.1.2 等离子体刻蚀工艺的研究背景和意义  10-12
  1.2 电容耦合等离子体刻蚀技术工作原理  12-15
  1.3 射频容性耦合等离子体鞘层的研究意义和现状  15-18
  1.4 本文的研究内容和结构安排  18-19
2 带环形沟道的电极附近射频偏压鞘层特性的二维流体模拟  19-29
  2.1 理论模型  19-21
  2.2 初始及边界条件  21-23
  2.3 计算方法  23-24
  2.4 结果与分析  24-28
  2.5 本章小结  28-29
3 带圆柱形凹槽电极附近双频偏压鞘层特性的二维流体力学模拟  29-41
  3.1 理论模型  30-32
    3.1.1 理论模型  30-31
    3.1.2 初始及边界条件  31-32
  3.2 计算方法  32
  3.3 结果与分析  32-40
    3.3.1 低频源频率对鞘层物理特性的影响  32-35
    3.3.2 低频源功率对鞘层物理特性的影响  35-37
    3.3.3 放电气压对鞘层物理特性的影响  37-40
  3.4 本章小结  40-41
4 结论与展望  41-42
  4.1 本文主要结论  41
  4.2 展望  41-42
参考文献  42-47
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  47-48
致谢  48-49

射频偏压等离子体鞘层特性的二维流体力学模拟

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