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《汕头大学》 2005年
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射频辉光放电等离子体空间特性的质谱诊断

王照奎  
【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siH_4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SiH_n (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XY_n型气体等离子体消 耗率的计算方法,用siH_4等离子体的消耗率,计算了SiH_n(n=0-3)基团的密度,结果表 明,SiH_2和SiH_3是SiH_4等离子体中丰度最高的中性基团,这表明SiH_2和SiH_3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,SiH_n(n=0-3)基团的密度有最大 值。 对于用SiCl_4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 SICl_n(n3)基团及空间分布,我们也进行了质谱测量。结果发现,Si是SiCl_4等离子体中 最丰富的中性基团,其次是SiCl,SiCl_2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,SiCl_n(n3)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SiCl_2在距轴线7mm处有最大值。我们也研究了放
【学位授予单位】:汕头大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TN304.05

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