双频容性耦合CF4等离子体放电的二维混合模拟

研究了等离子体反应装置内的等离子体密度、粒子能量与角度分布等参量在装置径向与轴向上的分布特性。在研究过程中应用二维混合模型对CF4气体放电进行模拟。计算结果显示：在电极表面与侧壁附近的鞘层区特性有明显的区别。由于装置侧壁处受电源产生的射频电场的影响较小,侧壁处的鞘层主要由双极扩散机制形成,其产生的径向电场强度较弱,鞘层厚度也较薄。而在电极附近,由于受到射频电场的影响,鞘层的厚度显著增加,指向电极方向的轴向电场强度也远大于指向侧壁方向的径向电场强度。在电极区域内,离子通量分布均匀;在电极边缘与侧壁的间隙内,因电场强度减小,离子通量则发生迅速衰减。在射频电极覆盖的范围内离子能量分布大体上保持不变,电极与侧壁的交界处,由于受到侧壁处径向电场的影响,离子能量分布略有不同。在放电装置的中心区域,入射到电极上的离子角度分布基本保持一致,而在电极边界与装置侧壁的交界处,由于径向电场的影响,离子的垂直入射角增加,以大角度轰击电极的离子数量也显著增加。     

带有射频偏压源的感性耦合Ar/O2/Cl2等离子体放电的混合模拟研究

在刻蚀工艺中,通常会在感性耦合等离子体源的下极板上施加偏压源,以实现对离子能量和离子通量的独立调控.本文采用整体模型双向耦合一维流体鞘层模型,在Ar/O₂/Cl₂放电中,研究了偏压幅值和频率对等离子体特性及离子能量角度分布的影响.研究结果表明:当偏压频率为2.26 MHz时,随着偏压的增加,除了Cl^-离子和ClO⁺离子的密度先增加后降低最后再增加外,其余带电粒子、O原子和Cl原子的密度都是先增加后基本保持不变最后再增加.当偏压频率为13.56和27.12 MHz时,除了Cl^-离子和Cl₂⁺离子外,其余粒子密度随偏压的演化趋势与低频结果相似.随着偏压频率的提高,在低偏压范围内(<200 V),由于偏压源对等离子体加热显著增加,导致了带电粒子、O原子和Cl原子的密度增加;而在高偏压范围内(>300 V),由于偏压源对等离子体加热先减弱后增强,导致除了Cl₂⁺离子和Cl^-     

CHF3双频电容耦合放电等离子体特性研究

研究了用于SiCOH 低介电常数薄膜刻蚀的CHF₃气体在1356 MHz/2 MHz,2712 MHz/2 MHz和60 MHz/2 MHz双频电容耦合放电时的等离子体性质.发现2 MHz低频源功率的增大主要导致F基团密度的增大;而高频频率从1356,2712增大到60 MHz,导致CF₂基团的密度增大和电极之间F基团密度的轴向空间不均匀性增加.根据电子温度的分布规律及离子能量随高频源频率的变化关系,提出CF₂基团的产生主要通过电子-中性气体碰撞,而F基团的产生是离子-中性气体碰撞的结果. 关键词： 双频电容耦合放电 3等离子体')" href="#">CHF₃等离子体     

CHF3双频电容耦合放电等离子体特性研究

研究了用于SiCOH 低介电常数薄膜刻蚀的CHF₃气体在1356 MHz/2 MHz,2712 MHz/2 MHz和60 MHz/2 MHz双频电容耦合放电时的等离子体性质.发现2 MHz低频源功率的增大主要导致F基团密度的增大;而高频频率从1356,2712增大到60 MHz,导致CF₂基团的密度增大和电极之间F基团密度的轴向空间不均匀性增加.根据电子温度的分布规律及离子能量随高频源频率的变化关系,提出CF₂基团的产生主要通过电子-中性气体碰撞,而F基团的产生是离子-中性气体碰撞的结果.     

双频容性耦合等离子体相分辨发射光谱诊断

采用相分辨发射光谱法, 对双频容性耦合纯Ar和不同含O₂量的Ar-O₂混合气体放电等离子体的鞘层激发模式进行了探究. 在射频耦合电源上极板的鞘层区域处观察到两种电子激发模式: 鞘层扩张引起的电子碰撞激发模式和二次电子引起的电子碰撞激发模式; 并发现这两种激发模式均受到低频射频电源周期的调制. 在纯Ar放电等离子体中, 两种激发模式的激发轮廓相似; 而在Ar-O₂混合气放电等离子体中, 随着含O₂量的增加, 二次电子的激发轮廓变弱. 此外, 利用相分辨发射光谱法对不同含O₂量的Ar-O₂混合气放电下Ar的 750.4 nm谱线的平均低频电源周期轴向分布进行了研究, 得到了距耦合电源上极板约3.8 mm处为双频容性耦合射频等离子体的鞘层边界. 关键词： 双频容性耦合等离子体 等离子体鞘层 发射光谱     

气压对于低气压双频容性耦合Ar/O2 等离子体放电特性影响的研究

 研究了气压对双射频氩氧混合等离子体电子温度和电子密度的影响。在13.56MHz低频功率和94.92MHz高频功率固定为60W和氩氧气体比为1:9的情况下,利用发射光谱法分析了气压不同时氩氧混合等离子体的放电光谱中的特征谱线的变化规律。使用一维质点网格法(PIC-MC)静电模型计算了电子温度和电子密度。结果表明：电子温度随着气压的增加先降低后升高,与实验结果趋势相吻合;电子密度随着气压的增加先增大后减小。     

大气压双频氦气放电等离子体特性的数值研究

用一维流体模型研究了大气压双频氦气放电等离子体的特性。数值模拟的结果表明,在单、双频放电中,随着应用电压的增加,电子密度和放电电流都增加。相对于单频放电,双频放电中低频源的耦合效应使得放电中的电流以及电子密度降低。随着低频源电压峰值的增加,电子密度降低,离子通量,电子损失能量以及电子吸收能量均降低;但电子温度和电势随着低频源电压峰值的增加而增加。在相同低频源电压下,随着高频源电压的增加离子流非线性增加。     

双频容性耦合等离子体密度径向均匀性研究

利用自主研制的全悬浮双探针, 对影响双频容性耦合等离子体径向均匀性的因素进行了研究. 发现低频功率、放电气压和放电间距对径向均匀性有明显影响. 合适的低频功率、放电气压及较大的极板间距可以得到更均匀的等离子体. 采用与实验相同的放电参数, 利用改进的二维流体模型进行理论模拟, 得到了不同极板间距下径向离子密度分布, 并和实验测量结果进行了比较, 两者的变化趋势基本符合. 关键词： 双频容性耦合等离子体 径向均匀性 全悬浮双探针 二维流体模型     

CF4/Ar/O2等离子体对熔石英元件的修饰工艺

采用感应耦合等离子体刻蚀技术,以CF4/Ar/O2为反应气体对熔石英元件表面进行修饰,研究并分析了CF4和Ar流量对刻蚀速率、熔石英表面粗糙度和微观形貌的影响。结果表明,CF4化学刻蚀与Ar的物理轰击对熔石英样品表面修饰效果存在一定竞争关系,当它们达到平衡时表面粗糙度最小。通过对不同流量气体刻蚀过后熔石英表面粗糙度和光学显微形貌分析获得了较为理想的气流量配比,该研究为反应等离子体修饰熔石英光学元件以获得较高光学性能提供工艺参考。     

射频容性耦合等离子体放电特性的光谱诊断

利用流体模型模拟和发射光谱实验诊断相结合的方法,研究了中等气压、中等功率下射频容性耦合等离子体的放电特性。理论上,采用基于流体模型的COMSOL软件仿真,建立一维等离子体放电模型,以Ar气为工作气体,研究了不同气压以及不同射频输入功率下等离子体电子温度和电子密度的分布规律。实验上,依据仿真模型设计制作了相同尺寸的密闭玻璃腔体和平板电极,采用13.56 MHz射频放电技术电离腔体内的工作气体Ar气,测量了不同气压、不同射频输入功率时放电等离子体的发射光谱。通过分析和选择适当的Ar Ⅰ和Ar Ⅱ的特征谱线,分别利用玻尔兹曼斜率法以及沙哈-玻尔兹曼方程计算了等离子体的电子温度与电子密度,并结合模拟仿真结果对光谱诊断结果进行了修正。结果表明：当气体压强为300~400 Pa、输入功率为600~800 W时,等离子体近似服从玻尔兹曼分布,此时利用光谱法得到的等离子体参数与仿真结果相符合。仿真模拟与光谱实验诊断相结合的方法可初步诊断出中等气压下等离子体的放电参数,增加了玻尔兹曼斜率法和沙哈-玻尔兹曼方程在等离子体放电中的使用范围,扩大了光谱法在低电子密度容性耦合等离子体参数诊断的应用场合,为中等气压容性耦合等离子体在工业与军事上的应用研究提供了重要物理状态的分析手段。     

One-dimensional hybrid simulation of the electrical asymmetry effect caused by the fourth-order harmonic in dual-frequency capacitively coupled plasma

A one-dimensional hybrid model was developed to study the electrical asymmetry effect(EAE) caused by the fourthorder harmonic in a dual-frequency capacitively coupled Ar plasma.The self-bias voltage caused by the fourth-order frequency changes periodically with the phase angle,and the cycle of self-bias with the phase angle is π/2,which is half of that in the second-order case.The influence of the phase angle between the fundamental and its fourth-order frequency on the ion density profiles and the ion energy distributions(IEDs) were studied.Both the ion density profile and the IEDs can be controlled by the phase angle,which provides a convenient way to adjust the sheath characters without changing the main discharge parameters.     

The effects of process conditions on the plasma characteristic in radio-frequency capacitively coupled SiH4/NH3/N2 plasmas: Two-dimensional simulations

A two-dimensional (2D) fluid model is presented to study the behavior of silicon plasma mixed with SiH4 , N2 , and NH3 in a radio-frequency capacitively coupled plasma (CCP) reactor. The plasma-wall interaction (including the deposition) is modeled by using surface reaction coefficients. In the present paper we try to identify, by numerical simulations, the effect of variations of the process parameters on the plasma properties. It is found from our simulations that by increasing the gas pressure and the discharge gap, the electron density profile shape changes continuously from an edge-high to a center-high, thus the thin films become more uniform. Moreover, as the N2 /NH3 ratio increases from 6/13 to 10/9, the hydrogen content can be significantly decreased, without decreasing the electron density significantly.     

Characteristics of dual-frequency capacitively coupled SF_6/O_2 plasma and plasma texturing of multi-crystalline silicon

Due to it being environmentally friendly, much attention has been paid to the dry plasma texturing technique serving as an alternative candidate for multicrystalline silicon(mc-Si) surface texturing. In this paper, capacitively coupled plasma(CCP) driven by a dual frequency(DF) of 40.68 MHz and 13.56 MHz is first used for plasma texturing of mc-Si with SF6/O2gas mixture. Using a hairpin resonant probe and optical emission techniques, DF-CCP characteristics and their influence on mc-silicon surface plasma texturing are investigated at different flow rate ratios, pressures, and radio-frequency(RF)input powers. Experimental results show that suitable plasma texturing of mc-silicon occurs only in a narrow range of plasma parameters, where electron density n9e must be larger than 6.3 × 10cm-3and the spectral intensity ratio of the F atom to that of the O atom([F]/[O]) in the plasma must be between 0.8 and 0.3. Out of this range, no cone-like structure is formed on the mc-silicon surface. In our experiments, the lowest reflectance of about 7.3% for mc-silicon surface texturing is obtained at an [F]/[O] of 0.5 and ne of 6.9 × 109cm-3.     

Numerical simulation on the influence of water spray in thermal plasma treatment of CF4 gas

Nitrogen thermal plasma generated by a non-transferred DC arc plasma torch was used to decompose tetrafluoromethane (CF₄). In the thermal decomposition process, water was used as a chemical reactant source. Two kinds of water spray methods were compared: water spray directly to the arc plasma flame and indirectly to the reactor tube wall. Although the same operating conditions of input power, waste gas, and sprayed water flow rate were employed for each water spray methods, a relatively higher decomposition rate was achieved in the case of water spray to the reactor wall. In order to investigate the effects of water spraying direction on the thermal decomposition process, a numerical simulation on the thermal plasma flow characteristics was carried out considering water injection in the reactor. The simulation was performed using commercial fluid dynamics software of the FLUENT, which is suitable for calculating a complex flow. From the results, it was revealed that water spray to the reactor wall and use of a relatively small quantity of water are more effective methods for decomposition of CF₄, because a sufficiently high temperature area and long reaction time can be maintained over large area.     

甚高频激发的容性耦合Ar+O_2等离子体电负特性研究

利用探针辅助的脉冲激光诱导负离子剥离诊断技术对掺入5%O_2的容性耦合Ar等离子体电负特性进行了诊断研究.首先详细解析了脉冲激光剥离后探针的电信号,分析了探针偏压在低于或高于空间电位下的探针收集信号特征;根据探针偏压与探针收集信号之间的依赖关系,用来描述Ar+O_2等离子体电负特性的等离子体电负度被定义为脉冲激光剥离出的电子电流与偏压高于空间电位的探针收集到的背景电子电流的饱和比值,并对等离子体电负度随放电气压、射频功率以及轴向位置的变化进行了诊断测量.实验结果表明等离子体的电负度随着射频功率的增加而减小、随着放电气压的上升而变大;由于非对称电极的分布特性,在轴向方向上靠近功率电极时等离子体电负度有升高的趋势,这种趋势可能与鞘层边界附近二次电子的动力学行为以及负离子的产生与消失过程有关.     

CF_4/Ar/O_2等离子体对熔石英元件的修饰工艺

采用感应耦合等离子体刻蚀技术,以CF4/Ar/O2为反应气体对熔石英元件表面进行修饰,研究并分析了CF4和Ar流量对刻蚀速率、熔石英表面粗糙度和微观形貌的影响。结果表明,CF4化学刻蚀与Ar的物理轰击对熔石英样品表面修饰效果存在一定竞争关系,当它们达到平衡时表面粗糙度最小。通过对不同流量气体刻蚀过后熔石英表面粗糙度和光学显微形貌分析获得了较为理想的气流量配比,该研究为反应等离子体修饰熔石英光学元件以获得较高光学性能提供工艺参考。