射頻容性耦合等離子體非均勻特性的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、在超大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝中,射頻容性耦合等離子體常用于薄膜生長(zhǎng),基片刻蝕,和表面改性等。射頻容性耦合等離子體源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易形成大口徑等離子體,在基片刻蝕過(guò)程中,射頻容性耦合等離子體可以實(shí)現(xiàn)各向異性的刻蝕,容性耦合等離子體更適于用來(lái)沉積和刻蝕大面積基片,因此射頻容性耦合等離子體的研究引起了人們的廣泛關(guān)注。而在沉積和刻蝕大面積基片時(shí),對(duì)等離子體的均勻性有一定的要求。
　　 隨著射頻頻率的增加,放電模式將由E模式向H模式轉(zhuǎn)變,駐波

2、效應(yīng)、電報(bào)效應(yīng)和趨膚效應(yīng)等現(xiàn)象的出現(xiàn)使得等離子體出現(xiàn)一定程度的不均勻性。進(jìn)入腔體的電磁波的波長(zhǎng)與腔體的尺寸相當(dāng)時(shí),將出現(xiàn)駐波效應(yīng)。當(dāng)電磁場(chǎng)的橫向磁場(chǎng)較強(qiáng)時(shí),將出現(xiàn)趨膚效應(yīng)。而當(dāng)放電的上下電極不對(duì)稱時(shí)會(huì)出現(xiàn)明顯的電報(bào)效應(yīng)。這些效應(yīng)將導(dǎo)致容性耦合等離子體的不均勻,如駐波效應(yīng)導(dǎo)致腔體中心等離子體密度增強(qiáng),電報(bào)效應(yīng)和趨膚效應(yīng)將造成腔體和電極周?chē)妮^強(qiáng)的等離子體密度。
　　 為了研究容性耦合等離子體的均勻性,本文使用的容性耦合等離子體源為

3、直徑300mm的放電腔體,下電極直徑200mm,上電極金屬腔體相連接,即電極是不對(duì)稱的。激發(fā)等離子體所用射頻頻率主要由信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生,射頻信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻功率放大器的放大后直接傳輸?shù)缴漕l匹配器,匹配器的功率輸出極與功率電極相連,使用了13.56MHZ,19MHz,和41MHz3組頻率。
　　 實(shí)驗(yàn)通過(guò)使用高分辨的等離子體發(fā)射光譜系統(tǒng)(OES),測(cè)定了射頻驅(qū)動(dòng)的容性耦合Ar等離子體的750.4nm光譜線的徑向分布特性,從而間接反應(yīng)容

4、性耦合Ar等離子體的電子密度徑向分布與射頻頻率,氣壓,腔體結(jié)構(gòu)和射頻功率間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,等離子體發(fā)射強(qiáng)度的空間分布對(duì)壓強(qiáng)、頻率和放電腔體的結(jié)構(gòu)有很強(qiáng)的依賴關(guān)系。邊界效應(yīng)(如電報(bào)效應(yīng)、趨膚效應(yīng)等)使得等離子體發(fā)射光譜在電極邊緣附近具有強(qiáng)的光譜線強(qiáng)度,從而使得200mm范圍內(nèi)等離子體的不均勻性高于100mm范圍內(nèi)的情形；駐波效應(yīng)的存在導(dǎo)致光譜線強(qiáng)度在反應(yīng)器中心位置出現(xiàn)一個(gè)中等強(qiáng)度的譜峰。另外,由于射頻波可以在介質(zhì)板中的傳播,使得上極

5、板覆蓋有介質(zhì)情況下的等離子體的不均勻性要高于無(wú)介質(zhì)覆蓋的情形。由于電報(bào)效應(yīng)的存在,當(dāng)上極板覆蓋有介質(zhì)后,趨膚深度增大,這使得電極邊緣的譜峰的寬度增加。
　　 應(yīng)用靜電探針(郎謬爾探針)測(cè)量腔體內(nèi)徑向不同位置的電子密度,離子通量和離子密度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在高頻的射頻功率驅(qū)動(dòng)下在放電中心的離子密度和電子密度較高。在高氣壓的情形下電極邊緣存在明顯的增強(qiáng),且這個(gè)峰的寬度受到電極是否覆蓋介質(zhì)的影響,試驗(yàn)結(jié)果與發(fā)射光譜法所得結(jié)果相同相似。<