射频/直流联合驱动放电反应性等离子体特性的混合模拟

A hybrid model for DC/RF combined driven capacitively coupled plasma was established to study the physical and chemical processes in the plasma discharge systems used in the semi-conductor industry. The hybrid model which consists of a fluid module, a Monte-Carlo module, and a chemical module can speed up the numerical simulation and make the numerical results more precise. It can also be used to calculate the plasma parameters in the chemical active discharge, the energy and angular distribution of the chemical active ions. In this research program, we focus on the influence of the discharge parameter on the translation of the discharge models, and the plasma densities, plasma temperatures, sheath electric fields, the energy and angular distributions of the chemical active ions and clusters in the discharge process. The influence of the DC/RF combined driven effect on the electron and the negative ions, and the corresponding variation of the plasma parameters and the electric field in the sheath region near the substrate are studied as well. Based on the above research, we can find the way to reduce the notching and charging effect, and at the same time, provide the theory support for the optimization of the reacting device, and the etching and deposition technique.

本课题通过建立描述射频/直流联合驱动容性耦合等离子体反应性气体放电过程的混合模型，对半导体工业所应用的等离子体反应器内部的物理和化学过程，进行系统的研究。应用数值模拟的方法，通过流体力学模块、Monte-Carlo 模块与化学模块之间的相互耦合求解，来提高计算的速度和精确度；给出反应性气体放电中等离子体宏观参量，活性离子和基团能量与角度分布的精确描述，着重研究放电参数对反应性气体的放电模式，以及等离子体密度、温度、鞘层电场及各类化学活性离子和基团能量与角度分布的影响。 研究直流、射频电源的联合调制作用对电子及负离子的影响和随之引起的等离子体宏观参数以及基片附近电场特性的变化，提出减小充电效应、抑制旁刻的方法，为等离子体刻蚀、沉积工艺及等离子体反应器的优化提供理论依据。

容性耦合等离子体在半导体刻蚀及等离子体辅助加工等领域有着广泛的应用，等离子体内各参量的演化规律一直是人们关注的重点。本项目建立了描述射频/直流联合驱动容性耦合等离子体放电的模型，利用流体力学方法和蒙特卡洛方法对容性耦合等离子体放电装置在各个参数下的放电过程进行混合计算模拟。得到了不同放电气压，射频电压，直流偏压等参数对等离子体密度，电子温度，离子能量与角度等一系列等离子体参量的影响。在此基础上研究了外加静磁场对电子输运过程的影响，以及由此而引起的等离子体加热模式的改变。自主搭建了小型的CCP放电装置，测量了等离子体参量随放电参数的变化规律，并利用该装置进行材料表面处理，研究了不同放电参数对材料表面结构的影响。本项目开发的混合模型，揭示了射频/直流联合驱动容性耦合等离子体内各参量随放电参数的变化规律，以及放电模式变化的物理机制，也适用于其他容性耦合放电的相关问题，可以用于低温等离子体反应器的设计以及工艺参数筛选等相关领域。