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射频辉光放电等离子体空间特性的质谱诊断

2020-11-22阅读(469)

射频辉光放电等离子体空间特性的质谱诊断

论文摘要

射频辉光放电等离子体在微电子及半导体薄膜材料生长等方面有着广泛的应用。对于等离子体中的沉积因子与刻蚀基团的诊断与测量,可以更好地监控等离子体成膜以及刻蚀过程,有助于理解薄膜沉积与刻蚀机制,以便更好地调整工艺参数,提高薄膜的质量与性能。质谱检测是一种比较简单并且常用的等离子体诊断手段,在气相等离子体反应和等离子体-表面相互作用中确定等离子体组成和粒子的含量时特别有用,比光谱法测量有着更多的优越性。 由于质谱计特殊的结构及工作原理,使得质谱计的灯丝必须在高真空环境中工作。从众多已发表的文献来看,等离子体质谱诊断的取样总是在一个固定的位置,如反应室器壁或上下电极处。到目前为止,还未见到用质谱手段来测量等离子体中粒子空间特性的报道。 在本文中,我们提出并设计了一个与质谱计配套的可移动取样装置,其取样位置能在等离子体增强化学气相沉积（PECVD）反应室内的上下电极间自由移动。等离子体的消耗率是计算等离子体中中性基团的一个重要参数,我们在以前方法的基础上,提出了一种线性拟合的方法来得到等离子体的消耗率。 首先我们对物理化学性质和结构都比较简单的Ar等离子体进行了质谱检测。提出了单原子分子气体等离子体消耗率的计算方法;研究了Ar等离子体消耗率的空间特性、放电功率与压强对Ar等离子体消耗率的影响以及Ar等离子体中Ar+信号的空间分布特性等。 对于用siH4为源气体PECVD法沉积非晶硅薄膜过程中对薄膜沉积起主要作用的SiHn（n=0-3）基团及空间分布,我们也进行了质谱测量。我们提出了XYn型气体等离子体消耗率的计算方法,用siH4等离子体的消耗率,计算了SiHn（n=0-3）基团的密度,结果表明,SiH2和SiH3是SiH4等离子体中丰度最高的中性基团,这表明SiH2和SiH3可能是沉积非晶硅薄膜主要的因子。一般,在上下电极的中间位置,SiHn（n=0-3）基团的密度有最大值。 对于用SiCl4为源气体PECVD法沉积多晶硅薄膜过程中对薄膜沉积起主要作用的SICln（n<3）基团及空间分布,我们也进行了质谱测量。结果发现,Si是SiCl4等离子体中最丰富的中性基团,其次是SiCl,SiCl2较少,这表明,Si和SiCl是沉积多晶硅薄膜主要的因子。一般,轴向上距阴极1/3电极空间处,SiCln（n<3）基团的密度有最大值;径向上,Si在距轴线25mm处有最大值,SiCl和SiCl2在距轴线7mm处有最大值。我们也研究了放

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 第一章 引言
  • 1.1 等离子体在科研及工业中的应用
  • 1.2 等离子体诊断的意义
  • 1.3 各种等离子体诊断技术的特点
  • 1.4 本论文工作的内容及意义
  • 第二章 等离子体物理学及质谱诊断基础
  • 2.1 等离子体物理学基础
  • 2.1.1 等离子体中的反应
  • 2.1.2 辉光放电的一般性质
  • 2.1.3 高频辉光放电电位的轴向分布
  • 2.2 等离子体质谱诊断基础
  • 2.2.1 等离子体质谱诊断流分析
  • 2.2.2 等离子体质谱诊断分压强分析
  • 2.2.3 中性成份的质谱诊断
  • 2.2.4 质谱诊断分压强分析的实验考虑
  • 第三章 实验系统
  • 3.1 实验系统的组成
  • 3.2 质谱计及工作原理
  • 3.3 可移动质谱取样装置
  • 第四章 Ar等离子体空间特性的质谱诊断
  • 4.1 前言
  • 4.2 实验参数
  • 4.3 Ar等离子体的消耗率
  • 4.3.1 Ar等离子体消耗率的计算方法
  • 4.3.2 Ar等离子体消耗率的轴向分布
  • 4.3.3 Ar等离子体消耗率的径向分布
  • 4.3.4 压强对Ar等离子体消耗率的影响
  • 4.3.5 有无衬底时Ar等离子体消耗率的比较
  • +及Ar2+信号随电子能的变化'>4.4 Ar+及Ar2+信号随电子能的变化
  • +信号空间分布'>4.5 Ar+信号空间分布
  • +信号轴向分布'>4.5.1 Ar+信号轴向分布
  • +信号径向分布'>4.5.2 Ar+信号径向分布
  • 4.6 总结
  • 4等离子体空间特性的质谱诊断'>第五章 SiH4等离子体空间特性的质谱诊断
  • 5.1 前言
  • 5.2 实验参数
  • 4等离子体的消耗率'>5.3 SiH4等离子体的消耗率
  • 4等离子体消耗率的计算方法'>5.3.1 SiH4等离子体消耗率的计算方法
  • 4等离子体消耗率计算公式的修正及讨论'>5.3.2 SiH4等离子体消耗率计算公式的修正及讨论
  • 4等离子体消耗率的影响'>5.3.3 功率对SiH4等离子体消耗率的影响
  • 4等离子体消耗率的影响'>5.3.4 压强对SiH4等离子体消耗率的影响
  • 4等离子体消耗率的轴向分布'>5.3.5 SiH4等离子体消耗率的轴向分布
  • 4等离子体消耗率的径向分布'>5.3.6 SiH4等离子体消耗率的径向分布
  • 4等离子体中的SiHn（n＜4）中性基团'>5.4 SiH4等离子体中的SiHn（n＜4）中性基团
  • n（n＜4）中性基团的影响'>5.4.1 功率对SiHn（n＜4）中性基团的影响
  • n（n＜4）中性基团的轴向分布'>5.4.2 SiHn（n＜4）中性基团的轴向分布
  • 5.5 结论
  • 4等离子体空间特性的质谱诊断'>第六章 SiCl4等离子体空间特性的质谱诊断
  • 6.1 前言
  • 6.2 实验参数
  • 4等离子体的消耗率'>6.3 SiCl4等离子体的消耗率
  • 4等离子体消耗率的影响'>6.3.1 功率对SiCl4等离子体消耗率的影响
  • 4等离子体的消耗率的影响'>6.3.2 气压对SiCl4等离子体的消耗率的影响
  • 4等离子体的消耗率的影响'>6.3.3 流量对SiCl4等离子体的消耗率的影响
  • 4等离子体消耗率的轴向分布'>6.3.4 SiCl4等离子体消耗率的轴向分布
  • 4等离子体消耗率的径向分布'>6.3.5 SiCl4等离子体消耗率的径向分布
  • 4等离子体中的SiCln（n＜3）中性基团'>6.4 SiCl4等离子体中的SiCln（n＜3）中性基团
  • n（n＜3）中性基团的影响'>6.4.1 功率对SiCln（n＜3）中性基团的影响
  • n（n＜3）中性基团的影响'>6.4.2 气压对SiCln（n＜3）中性基团的影响
  • n（n＜3）中性基团的影响'>6.4.3 流量对SiCln（n＜3）中性基团的影响
  • n（n＜3）中性基团的轴向分布'>6.4.4 SiCln（n＜3）中性基团的轴向分布
  • n（n＜3）中性基团的径向分布'>6.4.5 SiCln（n＜3）中性基团的径向分布
  • 6.5 结论
  • 第七章 结论与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 硕士期间发表论文

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