容性耦合硅烷混合气体放电在沉积与芯片相关的硅基薄膜中具有至关重要的作用。研究容性耦合硅烷等离子体特性以及其放电化学反应机理过程对优化硅烷放电特性、开发芯片新工艺流程具有非常重要的意义。数值模拟方法是研究容性耦合等离子体的重要手段之一,常用的数值模拟方法为流体力学方法,流体/MC(MonteCarlo)和粒子模拟(Particle-In-Cell/Monte Carlo,PIC/MC)。与其他方法相比,流体模拟既可以获得等离子体中粒子的输运过程又兼容大量的化学反应而成为研究复杂化学反应等离子体的重要工具,尤其在涉及几百个化学反应的复杂硅烷等离子体中具有不可替代的作用。另外,在硅烷放电中,尘埃颗粒在合适的放电条件下不可避免地出现,而且足够多的尘埃颗粒必然会改变硅烷等离子体的放电特性,因此很有必要通过数值模拟方法探讨尘埃与等离子体之间的相互作用。本章内容安排如下:第一章为绪论,介绍了沉积与刻蚀工艺面临的一些挑战,论述了在容性耦合等离子体中所涉及的一些关键研究方向,阐述了相关硅烷混合气体放电的研究进展,同时总结了在硅烷放电中尘埃颗粒的研究概况。在第二章中,首先介绍了描述等离子体状态的二维流体方程以及相应的数值算法。随后,针对SiH4/N20/Ar混合气体放电过程,采用二维流体模型研究了 Ar或者SiH4气体含量对等离子体特性的影响。模拟结果显示,Ar亚稳态原子的轴向密度在低气压下满足抛物线分布而在高气压下会形成双峰结构,而其他粒子的轴向密度分布不具备双峰结构。另外,在此混合气体中,增加Ar含量可以提高等离子体中的电子密度,而降低Ar含量可以降低到达极板处的轰击能量以及改善等离子体径向均匀性。若固定Ar含量,减小硅烷含量可以在不增加轰击能量的基础上对等离子体均匀性进行调节。另外,通过分析到达极板处的中性粒子通量,发现SiH3、O、SiH2、SiH30和SiO等粒子通量较大,这些粒子可能是沉积氧化硅薄膜的主要气相前驱物。在第三章中,针对由SiH4/N2/02气体维持的容性耦合等离子体,采用二维流体模型研究了放电腔室中引入介质层对等离子体径向均匀性的影响。同时,通过改变外部放电参数系统化地学习了此混合气体可能的气相化学沉积前驱物。研究结果表明:当施加介质层到驱动电极以后,等离子体的边缘效应被有效地抑制,从而使等离子体的径向均匀性改善。通过分析沉积功率密度的空间分布,发现边缘效应并未完全消除。另外,与改变气压或者极板间距改善等离子体均匀性的方法相比,加入介质层可以代替上述两种方法实现对等离子体均匀性的调控。最后,通过分析在不同放电条件下各粒子极板处通量的变化趋势,发现沉积薄膜的主要前驱物是SiH3O、SiH2O、O、N和NO,而不是SiN和 HSiNH2。第四章,采用二维流体模型模拟了脉冲调制射频容性耦合SiH4/N2/O2等离子体。我们主要调研了脉冲参数对SiH4/N2/O2等离子体特性的瞬时调制作用以及对径向空间分布的影响。模拟结果显示:在脉冲调制射频等离子体中,电子、正离子和负离子可以获得类似于连续放电的准稳态过程,其中准稳态不仅仅依赖于脉冲放电时间而且也依赖于所观察的放电位置。在脉冲开启阶段,电子温度、电子密度以及电子碰撞源项会分别形成相应的极大值,其中电子密度在达到极大值之前由于电子产生项小于扩散损失项会出现极小值。另外,尽管脉冲放电可以降低极板处的轰击能量,但是在脉冲开启时仍然会形成一个瞬时高能峰。此高能峰可能损害基片上薄膜的性能。最后,脉冲调制射频等离子体可以在脉冲后辉光期减弱边缘效应,增强等离子体的扩散作用使平均等离子体密度的径向空间均匀性得到较大改善,其中脉冲占空比是改善等离子径向均匀性最有效的方法。第五章,采用流体/蒙特卡罗方法耦合尘埃模型,研究了尘埃与等离子体之间的相互作用。模拟结果显示:尺寸较大的尘埃颗粒加入等离子体中将导致电子密度下降,电子温度上升。而且,足够多的大尘埃颗粒可以弓引起正离子和负离子密度在形成稳态之前出现短暂的上升,随后由于电子密度下降或者尘埃颗粒对离子的吸收促使离子密度下降。此外,在尘埃颗粒对等离子体影响较小的情况下,硅烷等离子体中的放电模式是α和反转场模式共存。降低气压、频率以及电压可以减弱反转场模式。然而,当尘埃颗粒半径逐步增大,硅烷等离子体由体区电场维持的体区模式增强。最后,我们也分析了外部参数对尘埃颗粒的空间分布以及施加在尘埃粒子上的电场力和离子拖拽力的影响。