【摘 要】
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芯片尺寸的不断减小对等离子体半导体制造工艺提出了挑战。目前,芯片特征尺寸减小到5 nm以下,制备纳米级薄膜的技术将变得至关重要。等离子体增强化学气相沉积（PECVD）是一种成熟的工业薄膜沉积技术,它可以在低温下制备高密度、高性能的薄膜,使其能够满足日益发展的半导体工艺需求。目前微处理器、微控制器、存储芯片等工艺中主要的氧化层是氧化硅薄膜,相比实验研究来说,利用模拟手段来研究PECVD制备氧化硅薄膜
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芯片尺寸的不断减小对等离子体半导体制造工艺提出了挑战。目前,芯片特征尺寸减小到5 nm以下,制备纳米级薄膜的技术将变得至关重要。等离子体增强化学气相沉积（PECVD）是一种成熟的工业薄膜沉积技术,它可以在低温下制备高密度、高性能的薄膜,使其能够满足日益发展的半导体工艺需求。目前微处理器、微控制器、存储芯片等工艺中主要的氧化层是氧化硅薄膜,相比实验研究来说,利用模拟手段来研究PECVD制备氧化硅薄膜,探究不同放电参数对薄膜特性的影响规律,不仅可以有效节约成本,还能揭示物理机理。此外,容性耦合等离子体源有着结构简单,还能产生大面积均匀等离子体的特点,而被广泛应用于刻蚀、沉积工艺中。本文采用二维流体蒙卡模型耦合沉积剖面演化模型研究了基于容性耦合Si H4/N2O/Ar放电的等离子体增强氧化硅薄膜沉积,研究了极板径向等离子体不均匀分布对薄膜的影响、等离子体放电参数的差异对薄膜性能的影响,以及不同深宽比对沉积剖面的影响。论文安排如下:第一章简要阐述低温等离子体相关基础理论知识,介绍了等离子体增强化学气相沉积的研究意义和研究进展。第二章详细介绍了模拟采用的二维流体模型、离子蒙卡模型以及沉积剖面演化模型。描述了流体模型所用到的连续性方程、能量守恒方程、迁移扩散近似方程及其边界条件。此外,模型之间的耦合方式也一一给出。本章还介绍了放电腔室结构以及模型中考虑的气相化学反应、粒子和表面化学反应。第三章首先简单介绍了二氧化硅薄膜形成的过程,即如何形成键合物Si-O-Si。基于第二章阐述的模型,给出了混合气体放电中等离子体密度、通量的空间分布情况,发现等离子体径向分布不均匀会导致氧化硅薄膜在极板径向不同位置同样也呈现出厚度不均匀。此外,本章还比较了不同深宽比下薄膜沉积剖面的差异,并且发现深宽比越大,沉积形貌越容易出现钥匙孔结构。本章还针对该结构产生的原因进行了系统分析。第四章研究了在固定深宽比为2:1的槽结构中,改变Si H4/N2O/Ar混合气体放电的气压、含Ar量以及Si H4/N2O比,给出了沉积薄膜剖面的演化规律,分析了放电参数对薄膜沉积形貌以及速率的的影响。
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