低气压双频容性耦合电负性等离子体物理特性的研究

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1、万方数据博士学位论文低气压双频容性耦合电负性等离子体物理特性的研究InVestigatioⅡsonphysicalcharacteristicsoflowpressuredual．f．requencycapacitiVelycoupledelectronegatiVeplasmas学号：11202017答辩日期：2Q!墨生鱼屋大连理工大学DalianUniVersityofTeclmology万方数据大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知

2、，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体己经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：低氢压塑题窒挂趱金鱼鱼丝笠离王生塑理挂丝的硒塑作者签名：室!J丝日期：』坚芝年—L月—堕日大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文

3、并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文题目：作者签名：导师签名：答辩委员会主席低氢廷巫题查丝塑金电鱼丝笠蜜王链塑堡挂丝的翌f蕉到焦日期：2虹年』月巫日日期：超堡年—￡月』￡日日期：趁z[年』月血曰万方数据大连理工大学博士学位论文摘要双频容性耦合等离子体(Dual．FrequencyCapaci廿velyCoupledPlasmas，DF—CCPs)能够独立控制轰击到基片表面的离子通量和

4、能量，从而可以缓解刻蚀过程中刻蚀速率与器件损伤的矛盾和减弱薄膜沉积过程中的充电效应，因而在国际上被广泛地应用到半导体芯片的刻蚀和沉积工艺中。电子密度及离子能量作为等离子体最基本的参数，对于理解等离子体的特性及优化工艺过程具有重要的意义。到目前为止，有关DF—cCPs的实验研究主要以m放电为主，而对于在实际刻蚀工艺中被大量使用的电负性气体，像02、CF4、c—C4F8等，实验研究工作较少。本文从实验上系统地研究了在02、Ar／02、Ar／cF4、川02／CF4放电中，控制变量(高频功率、低频频率和功率、气压等)对电子

5、密度和离子能量分布等的影响。同时，采用了流体模型及PIc／Mc(Particle—In．ceua11dMontecaho)模型与实验结果进行对比验证。本论文研究对象大多是具有氧化性或腐蚀性的气体，传统的诊断手段(如，LaIlgmuir探针)无法有效地使用，然而微波发卡探针和四极杆质谱仪基本上不受腐蚀性气体影响，可以较准确地测量电子密度和离子能量分布。在第l章，简单地介绍了低温等离子体在集成电路工业中的应用、低温射频等离子体源、DF．ccP的研究进展及热点问题，给出了本论文的研究内容安排。在第2章，简单地介绍了双频容

6、性耦合放电装置的关键参数，详细地介绍了实验中所使用的诊断手段(微波发卡探针、光探针、四极杆质谱仪、电压一电流探测器)的原理、结构和使用方法。其中，微波发卡探针可以测量电子密度，光探针可以测量特定谱线的发光强度，四极杆质谱仪能够分辨出不同质荷比的离子并给出相应的离子能量分布，电压．电流探测器可以测量电压、电流、功率等电学参数。最后，简单介绍了本论文采用的数值模型，包括流体模型及PIC／MC模型。在第3章，基于上述的实验设备和诊断手段，系统地研究了在Oz和削02放电中高频功率、低频功率、气压对电子密度的影响。研究表明：

7、在02放电中，电子密度主要由高频功率决定，随着高频功率的增加电子密度线性增大；在较高高频功率下，随着低频功率的增加电子密度减小，而当高频功率较低时电子密度会随着低频功率增加而增大；随着气压的升高，电子密度先快速增大而后缓慢减小；时的添加导致电子密度的增大，但不影响电子密度随控制变量的变化趋势。同时，采用了PIc／Mc模拟对实验结果进行验证，二者取得较好的一致性。在第4章，系统地研究了在A“02放电中低频频率、低频功率、气压等对离子能量分布的影响。研究表明：低频频率和低频功率是影响离子能量分布的主要参数，并且二万方数

8、据低气压双频容性耦合电负性等离子体物理特性的研究者的作用相反，即随着低频频率增大，能宽逐渐变窄，高能峰向着低能区移动，而随着低频功率的增大，能宽逐渐变宽，高能峰向着高能区移动；气压的升高导致激烈的共振电荷交换碰撞，产生更多的低能电子。同时，采用了PIC／Mc模拟对部分实验结果进行验证，二者给出相同的变化趋势，但在数值方面二者存在着差异，针对差异分析了可能的原