多頻CCP/ICP混合放電電漿源的若干關鍵物理問題的研究

項目摘要

本項目提出開展多射頻驅動的CCP/ICP（電容耦合/電感耦合電漿）混合放電電漿源的關鍵物理與技術問題的研究。這種新型電漿源的特點是：它由一組電容電極和一組電感線圈電極配搭構成，可以是ICP增強的CCP電漿源，也可以是CCP增強的ICP電漿源；而施加在電容和電感電極上的射頻電壓可以是單一頻率，也可以是雙頻率或三頻率，形成多頻放電。本項目將研究多頻電感電容耦合混合放電模式下電漿的形成機制、功率和氣壓等巨觀參量對電漿密度和溫度的影響規律、電子和離子的加熱機理、頻率對電子和離子能量分布函式的影響、多頻電漿鞘層的行為、到達基片電極上離子的通量和能量與施加的頻率之間的關係、高的電漿密度產生的趨膚效應、高頻電磁波帶來的駐波效應的控制方法等關鍵物理與技術問題。本研究將努力為這種新型多頻CCP/ICP混合放電電漿源在微細加工中的套用奠定理論基礎。

結題摘要

ICP/CCP電漿源是一種新型電漿源，在大尺寸晶片、納米尺度積體電路加工以及薄膜沉積中具有重要的套用。由於ICP/CCP混合放電中感性耦合與容性耦合的複雜性，以及高頻與低頻功率在控制電漿性能中的差異，促使了對多頻ICP/CCP混合電漿源若干物理問題的研究。本項目以雙頻ICP/CCP混合運行模式下的電漿特性、電漿化學過程及其在薄膜沉積和刻蝕中的套用研究為目標，發展了雙頻ICP/CCP混合放電電漿技術，研究了雙頻ICP/CCP混合運行模式下電漿形成機制、電子加熱機制、EEDF分布規律及電漿密度的徑向分布，開展了ICP/CCP放電電漿處理HfO2高k薄膜等改性、薄膜沉積、刻蝕的研究，完成了申請書預定的目標。項目開展的主要工作是：（1）研究了13.56MHz/60MHz雙頻ICP/CCP混合運行模式下的電漿特性，分析了電漿形成機制、電子加熱機制、EEDF分布規律及電漿密度的徑向分布；研究了13.56MHz/60MHz雙頻ICP/磁控濺射放電系統的電漿特性；研究了雙頻電漿濺射的離子能量分布特性；研究了雙頻CCP系統電漿特性的頻率效應。（2）開展了多頻ICP/CCP混合放電及多頻CCP放電電漿化學過程及其在薄膜改性、沉積和刻蝕的套用研究。（3）初步開展了多頻CCP/ICP放電的計算機模擬。項目的重要成果是：（1）發展了雙頻ICP/CCP混合放電電漿技術，研究了13.56MHz/60MHz雙頻ICP/CCP混合運行模式下電漿形成機制、電子加熱機制、EEDF分布規律及電漿密度的徑向分布；分析了13.56MHz/60MHz雙頻ICP/磁控濺射放電系統的EEDF分布及機制；研究了雙頻電漿濺射的離子能量分布特性與機制；研究了雙頻CCP系統電漿特性的頻率效應及電漿特性變化的機制。（2）利用雙頻ICP/CCP放電電漿處理HfO2高k薄膜改善了薄膜的電學性能；採用雙頻電漿開展了製備類石墨烯薄膜的研究；利用雙頻電漿處理矽油製備了發光軟物質材料；以及雙頻電漿刻蝕SiCOH低k材料及放電電漿化學的研究。（3）初步建立了多頻CCP/ICP放電過程的流體力學模型。項目的研究對於發展大尺寸晶片、納米尺度積體電路加工以及薄膜沉積中套用的ICP/CCP電漿源，具有重要的參考價值和指導作用。

多頻CCP/ICP混合放電電漿源的若干關鍵物理問題的研究

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