脈沖等離子體刻蝕工藝中極板上離子能量和角度分布的研究.pdf

1、半導體集成電路(Semiconductor Integrated Circuit)是微納制造領域的制高點;隨著其特征尺度(Feature Scale)的日益縮小，在工藝加工過程中所面臨的挑戰(zhàn)也愈來愈嚴峻。作為不可替代的手段，等離子體刻蝕技術相比于傳統(tǒng)濕法刻蝕具有高刻蝕速率、高選擇性和高各向異性的優(yōu)勢，是實現(xiàn)圖案從光刻模板到硅基板高保真轉移的關鍵工藝技術之一;例如用碳氟等離子體刻蝕SiO2，用氯等離子體刻蝕Si等。重點問題是在提高刻蝕率的

2、同時，又能保證刻蝕的均勻性、各向異性以及較低的輻射損傷。通常在刻蝕氣體中添加Ar以增強離子轟擊能力;然而極板上的離子能量與角度分布(Ion Energy andAngular Distribution，IED and IAD)及離子密度(Ion Density)是直接影響到刻蝕結果的關鍵因素，但是Ion Density對刻蝕速率的影響、電荷積累對IED的影響、IED和IAD對表面反應的作用使清晰把握其對刻蝕機制的影響規(guī)律存在眾多困難;故

3、能夠精確調控Ion Density、 IED和IAD是亟待解決的關鍵工藝問題。
　　本文建立了由反應器模型(Reactor Model)和鞘層模型(Sheath Model)耦合的多尺度模型，對盤香型感性耦合等離子體(Inductively Coupled Plasma，ICP)放電過程進行仿真，研究并分析不同脈沖偏壓波形與放電參數(shù)調制下到達下極板的IED和IAD。本文采用商業(yè)軟件CFD-ACE+建立ICP反應器腔室模型，得到在不

4、同的反應系數(shù)下的離子和中性粒子的密度分布;將鞘層邊界處對應的離子密度作為鞘層模型計算的邊界條件，得到到達極板上的IED和IAD。這里鞘層模型是由流體模型(Fluid Model)和蒙特卡洛方法(Monte-Carlo Simulations，MCS)組成的鞘層混合動力學模型。對于Ar/C4F8放電，源偏壓采用連續(xù)的射頻源，而Ar/Cl2放電采用的是脈沖調制射頻的源偏壓。在加工極板上施加不同的脈沖偏壓波形，不僅可以有效的調制IED和IAD

5、且能在一定程度上克服影響刻蝕形貌的充電效應(Charging Effect)。
　　在本文第三章，主要討論了在Ar/C4F8等離子體放電過程中各離子在不同脈沖偏壓以及不同放電參數(shù)條件下的IED和IAD。結果表明，不同的脈沖偏壓波形及放電參數(shù)對于IED和IAD的演化規(guī)律具有一定的調節(jié)作用。通過設計不同的脈沖偏壓波形能夠使得離子得到更高能量，且IED單能性提高、能峰之間的寬度縮短;離子在入射到極板表面時具有最小的角度。本文第四章考慮了