基于PIC/MCC方法的MEMS工艺中感应耦合等离子体仿真研究

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等离子体加工工艺是集成电路制造过程中不可或缺的关键技术。射频电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma,ICP)相比于其他等离子体,电感耦合等离子体具有放电气压低、等离子体密度较高、均匀性好以及离子的垂直性较好等显著优点,因此在沉积、刻蚀等微电子工艺领域中具有重要的应用前景。本文采用PIC/MCC方法构建电感耦合等离子体放电模型,旨在探究腔体内部带电粒子密度分布、粒子角度和离子能量分布,为工艺仿真模块提供符合物理实际的粒子信息。主要工作包括:1.给出了PIC/MCC模型的一般算法,简述PIC/MCC模拟的主要流程。同时给出均匀网格下PIC柱坐标的处理方法。对于ICP模拟特有的电磁模块,采用时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)算法求解,并采用吸收效果最好的完全匹配层(Perfectly Matched Layer,PML)边界条件解决了计算截断处电磁波的传播问题。完成了ICP模块的构建。2.基于Ar的简单易行性,模拟了圆柱形腔体Ar的二维电感耦合等离子体放电过程。探究了气压、线圈电流对Ar感性放电影响。结果表明:随着气压增大,等离子体密度增加,而电子温度减小;增加通过线圈中的电流大小,可以有效增加等离子体密度,而电子温度影响并不明显。3.最后,模拟实际工艺腔体中SiH4/O2感应耦合等离子体放电过程。对腔体分成放电源区和晶圆处理区两区域建立模型,先对放电源区SiH4/O2感性放电进行模拟,给出带电粒子密度分布结果,主要的离子产物为O2+、SiH2+和SiH3+。最后基于放电源区ICP稳定结果,进行下方晶圆处理区SiH4/O2放电模拟,给出模拟最终带电粒子分布、空间电势分布、主要带电粒子能量和角度分布。综上所述,本文采用PIC/MCC模型建立电感耦合等离子体二维柱坐标放电系统,对Ar和SiH4/O2的感性放电过程进行模拟研究。得到稳态下的带电粒子角度和能量分布可以提高工艺仿真模块的精确性。
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