射頻偏壓等離子體鞘層特性的二維流體力學(xué)模擬.pdf

1、微電子機(jī)械系統(tǒng)(Micro Electro-Mechanical Systems MEMS)制造中，等離子體刻蝕已經(jīng)成為最關(guān)鍵的流程之一并日漸受到人們的關(guān)注，因?yàn)槔玫入x子體進(jìn)行刻蝕可以實(shí)現(xiàn)高刻蝕速率、高各向異性、高縱橫比、高選擇比、微觀不均勻性小和低能量損傷的工藝要求。射頻容性耦合放電作為高頻放電方法的其一，由于其可以產(chǎn)生大面積均勻等離子體，而且還可以通過(guò)調(diào)節(jié)高、低頻源的放電參數(shù)有效的控制等離子體密度和離子能量等關(guān)鍵工藝參數(shù)，裝置結(jié)構(gòu)

2、也比較簡(jiǎn)單、成本相對(duì)較低，被廣泛應(yīng)用在半導(dǎo)體刻蝕、薄膜沉積等材料表面處理工藝中。
　　 電容耦合等離子體刻蝕晶片時(shí)，由于射頻源的加入，晶片附近將會(huì)形成一個(gè)容性的等離子體鞘層區(qū)，在這個(gè)區(qū)域里存在著很強(qiáng)的由等離子體指向極板的電場(chǎng)，可以將其中的離子加速到很高的能量(幾十到上百電子伏)，直接決定刻蝕的速率和質(zhì)量，因此，對(duì)等離子體鞘層物理特性的研究至關(guān)重要。在MEMS制造中，很多情況下被處理基片表面往往具有非平面結(jié)構(gòu)，當(dāng)基片的特征尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)

3、小于鞘層厚度時(shí)，通常認(rèn)為鞘層在平行基片方向上是均勻的，使其簡(jiǎn)化為只研究沿著垂直基片方向變化的二維鞘層物理特性問(wèn)題。然而，當(dāng)基片的特征尺寸和鞘層厚度可比擬甚至小于鞘層厚度時(shí)，鞘層在平行基片方向上的演化將不能再被忽略，此時(shí)，必須采用二維(或者多維)鞘層模型來(lái)精確描述鞘層特性。
　　 在第二章中，我們采用二維流體模型，研究了帶有環(huán)形溝道的電極附近鞘層物理特性，并研究了溝道的深寬比對(duì)射頻偏壓等離子體鞘層特性的影響規(guī)律。結(jié)果表明，鞘層在徑

4、向的演化不再均勻，鞘層總是趨向于模仿和適應(yīng)基片的表面輪廓，即“Plasmamolding”(等離子體成型)效應(yīng)；在環(huán)形溝道的內(nèi)外兩個(gè)側(cè)壁，鞘層電勢(shì)和電場(chǎng)存在明顯的不對(duì)稱性；隨著槽深寬比值的加大，鞘層電勢(shì)變小，鞘層厚度變薄。
　　 眾所周知，雙頻容性耦合放電可以實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子體密度和能量的獨(dú)立控制，高頻源主要控制等離子體密度，低頻源控制離子能量。在第三章中，我們外加兩個(gè)射頻源，仍然采用二維流體方法研究了帶圓柱形凹槽電極附近的鞘層物理