N-,2--O-,2-雙頻容性耦合等離子體的流體力學模擬.pdf

1、雙頻容性耦合等離子體(dual—frequency capacitively coupled plasma DF—CCP)源可產生大面積均勻等離子體，并且具有優(yōu)良的控制性能、低成本等優(yōu)點，是半導體工業(yè)中最重要的刻蝕和薄膜沉積設備；等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)技術具有低溫成膜、低能耗等優(yōu)點，是半導體工業(yè)中重要的薄膜沉積技術；氧氣(O2)和氮氣(N2)來自空氣，成本低廉，是PECVD技術中最為常用的兩種氣體。此外，DF—CCPEC

2、VD中的各宏觀物理量，特別是等離子體密度、速度、電子溫度、功率沉積密度、電勢等，以及放電過程中的化學反應對PECVD技術影響有著直接而甚大的影響，掌握這種影響后可用來提高實際PECVD工藝的性能。而傳統的整體模型簡化較多，不能準確把握各外部參數對等離子體宏觀物理量的影響。為此，本文采用自洽的流體力學模型，在PECVD參數下，對N2-5％O2雙頻容性耦合放電過程進行研究，為下一步全面數值模擬N2-O2-SiH4混合氣體雙頻容性耦合放電做了

3、前期工作，當然該工作的作用并不僅限于此。 第一章簡短介紹了等離子體和薄膜沉積的概念，以及氧氣和氮氣放電的研究進展。 第二章詳細介紹了模擬容性耦合放電的流體力學模型，并對模型中各參數的選取和確定進行了全面概括，最后簡單介紹了模擬中用到的主要算法。 第三章以N2-5％O2放電的一維流體力學模擬為依托，著重討論了氣體壓強、高低頻電壓、高低頻頻率、極板間距對DF—CCP宏觀物理量的影響。模擬的結果表明：等離子體密度主要受

4、高頻電源控制，提高高頻電源的頻率、電壓幅值與增加氣體壓強均能有效地提高等離子體的密度，而且三者的影響強度順序為：高頻頻率>高頻電壓幅值>壓強。低頻電源對等離子體密度的影響相對而言不大，但是等離子體密度和低頻頻率和低頻電壓都成反向關系，不過當低頻電壓高于200V時，這種反向關系特別弱。下極板處的離子速度和高低頻電壓都成正向關系，不同離子的速度和它們的動量轉移截面成反比。在等離子體區(qū)，正離子密度總和與負離子與電子的密度總和幾乎相同，電場與電

5、子溫度分布較為平坦；在鞘層區(qū)，負離子密度基本為零，電子密度相對于正離子密度也很小，這樣正負電荷的密度出現差異，導致鞘層區(qū)中的電場強度明顯增強，于此同時電子受到鞘層電場的加速使得電子溫度在鞘層區(qū)比在等離子區(qū)要高得多，甚至相差幾倍。電負性和壓強、高頻頻率、高頻電壓成反向關系，更確切的說，它和沉積功率密度和電子密度成反向關系。值得注意的是，電負性和功率沉積密度兩者在軸向分布上形狀相似。另外N2+和O2共振電子轉移強度受壓強影響最大，二者成反向