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脉冲调制射频容性耦合SiH_4/C_2H_4/Ar放电的发射光谱诊断

张娇

  由射频放电产生的低气压容性耦合等离子体已在微电机系统、集成电路制造等微细制造领域中得到了广泛的应用。在射频放电中,对电压进行脉冲调制,使放电参数调节更加灵活,能够提高对等离子体密度、电子温度等各种等离子体参数的控制,从而改变等离子体中的化学反应(气相)、颗粒尺寸以及离子对电极基地表面的轰击,进而优化等离子体进程,而这一过程直接影响着工业中PECVD的工艺参数以及刻蚀结果。在材料表面处理中,脉冲调制技术可以解决连续射频放电中介质温度过高这一现象。此外,脉冲调制技术还可以有效的降低连续射频放电中由于电场的存在而产生的噪音,从而保护了探针测量电路不受噪声干扰。 本论文工作应用脉冲调制射频等离子体源,采用Princeton Acton 2500i型发射光谱仪为诊断手段,氩气放电中,标定了5条ArⅠ及Ar+谱线。研究了电子激发温度、谱线相对强度随实验条件(功率、气压、脉冲调制频率、占空比)的变化趋势。结果如下: 1、随着功率的增大,电子激发温度先升高,后趋于不变;Ar+相对强度趋于线性升高; 2、随着气压的升高,电子激发温度下降;Ar+相对强度趋于线性升高; 3、随着随调制频率的增大,电子激发温度先升高后降低,峰值在20Hz左右,在占空比为70%时,即脉冲开启时间为35ms,关闭时间为15ms;Ar+相对强度先缓缓升高后缓缓降低,再急剧升高,峰值出现在20Hz左右,在占空比为70%时,即脉冲开启时间为35ms,脉冲关闭时间为15ms; 4、随占空比的增大,电子激发温度略微升高;Ar+相对强度先升高后降低,峰值出现在占空比为80%左右,在调制频率为2KHz时,即脉冲开启时间约为0.4ms,关闭时间约为0.1ms。 SiHH4、C2H4、Ar混合气体放电中,标定了5条ArⅠ谱线及Ar+357.6nm、Si2+380.6nm、Si+518.1nm、C 601.3nm、C+426.7nm五条谱线。研究了电子激发温度、谱线相对强度随实验条件(功率、气压、脉冲调制频率、占空比)的变化。结果如下: 1、随着功率的增大,电子激发温度先升高而后逐渐趋于不变,Ar+、Si2+、Si+、C、C+的相对强度升高,且幅度逐渐变小; 2、随气压的升高,电子激发温度下降,Ar+、Si2+、Si+、C、C+的相对强度先升高而后降低,峰值在60-70Pa之间; 3、随着调制频率的增大,电子激发温度先升高而后降低,峰值大约在20Hz左右,在占空比为70%时,即脉冲开启时间为35ms,关闭时间为15ms;Ar+相对强度先升高后降低,峰值在2KHz左右,在占空比为70%时,即脉冲开启时间为0.35ms,关闭时间为0.15ms;Si2+、Si+相对强度升高;而C、C+的相对强度在较低调制频率范围下降,在较高频率范围上升。 4、随着占空比的增大,电子激发温度先升高而后降低,峰值出现在占空比为50%左右,在调制频率为2KHz时,即脉冲开启时间为0.25ms,关闭时间为0.25ms;Ar+的相对强度升高;Si2+、Si+、C、C+的相对强度先升高而后下降,Si2+、C峰值出现在90%,在2KHz时,即脉冲开启时间为0.45ms,关闭时间为0.05ms,Si+、C+峰值出现在占空比为85%时,在2KHz时,即脉冲开启时间为0.425ms,脉冲关闭时间为0.075ms,其中Si2+、Si+的峰值比较尖锐。 总体上来说,混合气体放电中的电子激发温度要高于纯氩气放电中。……   
[关键词]:脉冲调制;容性耦合;发射光谱诊断;电子激发温度;光发射强度
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连理工大学2011年