C4F8/Ar等离子体蚀刻蚀SiO2的多尺度研究

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随着大规模及超大规模集成电路的迅猛发展，碳氟等离子体刻蚀SiO2以其特有的高刻蚀速率、高选择性和高各向异性在现代集成电路制造业中得到了广泛应用。C4F8/Ar混合气体在保证刻蚀速率的同时能够实现更高的刻蚀选择性，因此在等离子体刻蚀工艺中备受关注。
　　本文建立了由反应器模型、鞘层模型及刻蚀槽模型耦合的多尺度模型，研究了不同参量，如:放电气压、功率、偏压幅值、偏压功率、占空比等，对鞘层特性及刻蚀槽形貌演化的影响规律。为了得到更加精确的腔室离子及中性粒子密度空间分布，本文采用商业软件CFD-ACE+，用于模拟电感耦合等离子体(ICP)，得到不同气压、功率、进气流比例下的腔室离子及中性粒子密度分布。鞘层模型包括射频等离子体鞘层仿真模型，脉冲调制射频等离子体鞘层解析模型和仿真模型。鞘层解析模型的双电源分别为低频脉冲源和高频射频源，加在同一个极板上。研究了鞘层厚度和极板电位随时间、高低频电流以及低频脉冲频率的变化规律以及低频阶梯形脉冲源对鞘层厚度和极板电位的调制规律。鞘层的仿真模型是由流体模型和蒙特卡洛模型耦合的混合模型，主要研究鞘层的特性，并计算统计出到达极板的离子能量分布和角分布。将由CFD-ACE+腔室模型得到的离子密度作为鞘层边界条件，结合鞘层混合模型分别给出不同参数下的鞘层特性。最后，将刻蚀槽模型结合腔室离子及中性粒子流密度和极板附近的离子能量分布和角分布，模拟不同参数下的刻蚀剖面演化。
　　结果显示，在C4F8/Ar等离子体刻蚀工艺中，CFx+，C2Fx+，C+，Ar+，F+是主要的反应离子。同时，所有的反应离子密度在腔室中心处最大，越靠近腔室边缘离子密度越小，且各离子密度随放电气压及功率的增加而增大。鞘层解析模型研究发现，鞘层厚度和极板电位受到脉冲电流和射频电流的共同调制，且低频脉冲电流调制占主导地位。鞘层仿真模型研究表明，鞘层特性受到放电气压、功率、射频和脉冲偏压幅值以及占空比的共同作用。极板的离子能量分布和角分布受到各参数的明显影响，且射频偏压幅值及脉冲幅值增大，导致高能离子增多，离子角度分布更为集中。当占空比减小时，低能离子增加，高能离子减少，离子定向性明显变差。说明通过调制低频脉冲参数可以部分地实现到达极板的离子能量和离子流的独立控制。同时，气压、功率、偏压幅值及频率等对刻蚀速率及刻蚀深度都有很大的影响。通过对脉冲调制射频等离子体中SiO2刻蚀槽形貌的研究发现，刻蚀槽形貌的演化受到射频源和脉冲源的共同调制，且脉冲调制占主导地位。

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作者
眭佳星;
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作者单位

大连理工大学;

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授予单位大连理工大学;
学科等离子体物理
授予学位硕士
导师姓名戴忠玲;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TN405.982;
关键词
等离子体刻蚀; 多尺度模型; 鞘层特性; 刻蚀剖面演化; 超大规模集成电路;

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