等離子體刻蝕與薄膜沉積、光刻等工藝結合,通過精細的圖形轉移在襯底材料上形成微電子器件的微觀結構,是半導體制造中不可缺少的關鍵技術。隨著10 nm及更先進技術節(jié)點的應用,更小的特征尺寸、更復雜的微結構使得對刻蝕中剖面控制的精度要求達到了原子/分子的級別,給等離子體刻蝕帶來嚴峻挑戰(zhàn)。在等離子體刻蝕中,反應性粒子的產生,及其在鞘層和刻蝕槽/孔的輸運過程決定了被刻蝕材料表面的反應性粒子的通量、能量,是影響刻蝕過程中剖面控制、選擇性、介質損傷等的關鍵因素。本文建立了包括腔室、鞘層、刻蝕槽/孔以及表面的多尺度模型,能夠在工業(yè)應用條件下,對等離子體刻蝕中的剖面演化過程進行模擬。通過模擬能夠獲得實驗難以診斷的物理量,幫助更深入的理解刻蝕中復雜的多尺度、多物理過程,有利于減少產業(yè)應用中的試錯成本,為工藝開發(fā)以及設備的設計和優(yōu)化提供支持。本文第一章是緒論,介紹了低溫等離子體在半導體制造中的應用背景,以及等離子體刻蝕當前面臨的新機遇和挑戰(zhàn)。在第二章中介紹了多尺度刻蝕演化仿真模型。首先通過整體模型能夠快速獲得不同放電參數(shù)下反應器內離子、中性粒子的密度（通量）以及電子溫度。這些結果與偏壓條件一起作為鞘層模型的輸... 

【文章來源】：大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：122 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號表
1 緒論
    1.1 低溫等離子體和半導體制造
    1.2 等離子體沉積和刻蝕
    1.3 反應物的產生和輸運過程
        1.3.1 等離子體源
        1.3.2 等離子體鞘層和離子能量分布
    1.4 等離子體刻蝕的仿真模擬
        1.4.1 等離子體刻蝕中的多尺度過程
        1.4.2 多尺度模型的研究背景
    1.5 本文的研究內容與安排
2 刻蝕剖面演化的多尺度模型
    2.1 引言
    2.2 腔室模型
        2.2.1 腔室模擬簡介
        2.2.2 整體模型
    2.3 鞘層模型
        2.3.1 混合鞘層模型簡介
        2.3.2 流體模型
        2.3.3 離子碰撞過程的模擬
    2.4 特征尺度的刻蝕槽模型
        2.4.1 元胞法
        2.4.2 反應物在刻蝕槽內的運動
        2.4.3 離子的表面反射
        2.4.4 離子運動和充電效應
        2.4.5 副產物的再沉積
    2.5 表面反應模型
        2.5.1 簡介
        2.5.2 刻蝕產額與離子能量的依賴關系
        2.5.3 表面覆蓋度平衡法
        2.5.4 表面反應的蒙特卡羅幾率法
    2.6 本章小結
3 反應物的輸運與刻蝕的微觀不均勻性
    3.1 引言
    3.2 宏觀放電參數(shù)對反應物的產生和離子在鞘層中運動的影響
        3.2.1 反應物的產生
        3.2.2 離子穿越鞘層后的能量和角度分布
    3.3 微觀刻蝕槽尺度下反應物的輸運和表面分布
        3.3.1 離子在刻蝕槽表面的分布
        3.3.2 充電效應對離子運動的影響
    3.4 表面反應
    3.5 放電參數(shù)對刻蝕剖面演化過程的影響
        3.5.1 氣壓對刻蝕剖面演化的影響
        3.5.2 偏壓對刻蝕剖面演化的影響
    3.6 刻蝕的微觀不均勻性
        3.6.1 充電效應
        3.6.2 刻蝕副產物的再沉積
    3.7 本章小結
4F₈等離子體中SiO₂的刻蝕 ">4 Ar/C₄F₈等離子體中SiO₂的刻蝕
    4.1 引言
    4.2 反應物的產生與離子能量和角度分布
        4.2.1 反應器尺度的放電模擬
        4.2.2 離子穿越鞘層后的能量和角度分布
    4.3 表面反應模型和蒙特卡羅法
    4.4 放電參數(shù)對刻蝕剖面演化的影響
        4.4.1 放電氣壓和功率對刻蝕剖面演化的影響
        4.4.2 偏壓對刻蝕剖面演化的影響
    4.5 微觀不均勻性與剖面形貌控制
        4.5.1 充電效應
        4.5.2 側壁保護
        4.5.3 離子能量調制與刻蝕剖面形貌控制
    4.6 本章小結
5 原子層刻蝕
    5.1 引言
    5.2 Si的原子層刻蝕
    5.3 Si的長脈沖偏壓刻蝕
2的原子層刻蝕 ">    5.4 SiO₂的原子層刻蝕
    5.5 本章小結
6 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
攻讀博士學位期間科研項目及科研成果
致謝
作者簡介


【參考文獻】：
博士論文
[1]甚高頻容性耦合等離子體中電磁效應的數(shù)值研究[D]. 張鈺如.大連理工大學 2013

碩士論文
[1]刻蝕和沉積工藝腔室的理論仿真及實驗驗證[D]. 葛婕.清華大學 2014
[2]基于水平集方法的等離子體刻蝕過程數(shù)值模擬[D]. 嚴培.大連理工大學 2013



本文編號：3151719