气体低温等离子体辅助技术几个工艺参数的控制问题

本文主要分析了气体低温等离子体技术中功率、压强和流量控制所存在的一些问题,给出了压强、流量和抽速三者之间的理论关系式,并对与之有关的问题进行了有益的讨论。     

变结构反应离子刻蚀腔室流场热场的数值仿真

为了提高刻蚀的均匀性, 对400mm反应离子刻蚀(RIE)腔室建立了气体流动的连续流体模型和热传递模型, 研究了反应腔室内压强、流速和温度分布。冷却板恒温285K时, 依次改变入口流量和出口压强, 分别分析了腔室内部基片晶圆附近的流速、压强、温度的分布; 依次改变极板间距离(30mm~60mm)、进气口直径(300mm~620mm)、抽气口直径(50mm~250mm), 分析了反应腔室内气流和温度分布。结果表明, 压强分布呈现出边缘低中心高的特征, 流速呈现边缘高且中心低的特征, 且在小流量时压强的均匀性较好; 压强分布的均匀性随腔室极板间距离增加而有所提高, 且随腔室气体出口面积减小与进口面积增加也有所提高; 基片晶圆上方附近处温度场大面均匀、稳定, 几乎不受入口流量波动变化的影响, 热稳定性良好。该研究对大口径RIE腔室结构设计改进及对大口径反应离子刻蚀工艺控制具有重要意义。     

新型相变材料Al1.3Sb3Te使用CF4/Ar等离子体干法刻蚀

对使用CF4/Ar 混合气体刻蚀Al1.3Sb3Te的特性进行了研究。实验控制的参数是：气体流入刻蚀腔的速率,CF4/Ar 比例,O2的加入量,腔内压强以及加在底电极上的入射射频功率。总的气体流量是50sccm ,研究刻蚀速率与CF4/Ar的比例,O2加入量,腔内压强和入射射频功率的关系。最后刻蚀参数被优化。 使用优化的刻蚀参数CF4的浓度4%,功率300W,压强800mTorr,刻蚀速率达到70.8nm/min,刻蚀表面平整     

纳米压印中残余胶刻蚀工艺研究

压印光刻在图形转移之后,需要去除残留在凹槽底部的胶。采用RIE工艺对紫外压印胶的刻蚀速率进行了研究。结果表明,随着气压或气体流量增大,刻蚀速率均会先增加,达到一定值后又开始下降;在刻蚀气体中加入SF_6后,会减少钻蚀,但刻蚀速率会有少许下降;而在刻蚀气体中加入少量SF_6且压强及流量较大时,各部分的刻蚀速率一致性较好。由此得到了一个优化后的刻蚀条件,反应气体:O_2+SF_6,气体流量分别为40 cm~3/min和5 cm~3/min,压强9.31 Pa,RF功率20 W,此时刻胶速率可稳定在0.8μm/min左右,且均匀性较好。     

非晶硅薄膜的LF-PECVD制备及椭偏表征

以SiH4为先驱气体,采用低频等离子体增强化学气相沉积（LF-PECVD）方法在Si衬底上制备了氢化非晶硅（a-Si∶H）薄膜。在薄膜沉积过程中,工艺参数将会影响非晶硅薄膜的沉积速率和光学性能。通过反射式椭圆偏振光谱仪（SE）研究了SiH4气体流量、工作压强和衬底温度等条件对氢化非晶硅沉积速率和光学性质的影响。实验结果表明,氢化非晶硅沉积速率随着SiH4流量、工作压强和衬底温度的改变而规律地变化。相比于SiH4流量和工作压强,衬底温度对折射率、吸收系数和折射率的影响更大。各工艺条件下所制备的非晶硅薄膜光学禁带宽度在1.61～1.77eV。     

辅助气体流量对光致等离子体控制的影响

本文旨在实验研究高功率CO2激光深熔焊过程中辅助气体流量对等离子体控制的影响规律。结果表明，熔深随气体操作流量变化会呈现三个区间：P区间、S区间、I区间。同时气体流量对等离子体的控制有一个最佳值区间。在这个区间内，等离子体得到了较好的控制。     

GaAs、AlAs、DBR反应离子刻蚀速率的研究

采用BCl3和Ar作为刻蚀气体对GaAs、AlAs、DBR反应离子刻蚀的速率进行了研究,通过控制反应的压强、功率、气体流量和气体组分达到对刻蚀速率的控制.实验结果表明:在同样条件下GaAs刻蚀的速率高于DBR和AlAs,在一定条件下GaAs刻蚀的刻蚀速率可达400nm/min,AlAs的刻蚀速率可达350nm/min,DBR的刻蚀速率可达340nm/min,刻蚀后能够具有光滑的形貌,同时能够形成陡直的侧墙,侧墙的角度可达85°.     

热管炉中Li_2分子A→XLIF发射强度对缓冲气体压强的非单调相关性

用Ｈｅ－Ｎｅ激光照射充有Ａｒ缓冲气体的锂热管炉，研究了Ｌｉ２分子Ａ１∑→Ｘ１∑激光诱导荧光（ＬＩＦ）发射强度对缓冲气体压强的非单调相关性。在缓冲气体压强低于Ｌｉ饱和蒸汽压时观察到荧光发射随缓冲气体压强的显著增强，而在高的缓冲气体压强下荧光被碰撞猝灭。使发射达到最大值的最佳缓冲气压随热管炉温度的增加而增加。     

温度和压强变化对二次谐波反演结果的影响

在气体质量流量测量系统中,波长调制光谱信号的谐波分量,特别是其二次谐波分量常被用作为检测对象,用于气体浓度、速度等信息的反演。基于波长调制原理,利用氧气(O2)分子在764.28nm附近的吸收谱线,分析了常见线型的半峰全宽,得出了不同温度、压强下洛伦兹线型的适用范围;研究了O2分子吸收谱线在不同温度、压强条件下的二次谐波峰值;对不同温度、压强下,采用二次谐波峰值反演气体浓度产生的误差进行了分析,并提出了误差修正方法;分析了实验过程中当最佳调制深度不能够随着温度、压强即时调整的情况下,最优调制系数在不同温度、压强变化下的适用范围,并给出了误差修正公式。     

激光等离子体化学气相沉积掺氢非晶硅薄膜——一种新的LCVD方法

本文提出了一种新的激光化学沉积方法,即激光等离子体化学气相沉积(LPCVD)方法。这一方法的特点是利用激光等离子体将激光能量高效率地注入气体,从而使能量得到充分利用,并得到大面积范围的沉积。 文中给出了由流体力学基本方程出发导出的激波解析解,即气体压强、密度,温度和流速的时、空分布。阐明了激光等离子体引起的激波是使气体分子热离解的主要原因。描述了用此方法沉积掺氢非晶硅薄膜的实验。实验发现气体压强、流量、衬底温度和SiH_4在SiH_4和     

ECR等离子体沉积系统中等离子体特性的模拟

本文建立了一个物理模型，编写了数值程序，模拟了微波电子回旋共振（ＥＣＲ）等离子体流的特性。假定等离子体中的电子服从玻尔兹曼关系，离子在从共振区流向衬底的过程中与中性气体发生电荷交换和弹性碰撞。根据等离子体区应满足的电荷准中性条件，采用蒙特卡罗方法可计算出自恰的等离子体电位及离子密度分布。从而分析了磁场形态和气压对等离子体密度空间分布，入射到衬底上的离子通量和平均能量的影响，结果表明：磁场形态和气压都可用来独立控制等离子体流的性能，这对于使用该种等离子体源进行薄膜沉积和刻蚀有一定的理论指导意义。     

生产型GaN MOCVD(6片机)设备中的压力控制技术

反应室压力控制稳定是保证工艺重复性和陡峭界面生长的关键之一。分析了影响压力控制精度的主要因素,介绍了采用软件、硬件结合的方法,通过闭环压力控制、差压控制、高精度流量控制和补偿气路设计等技术手段,实现高精度压力稳定性和无扰动气体切换,首次在国产生产型GaN-MOCVD(6片机)设备上生长出高质量的多量子阱蓝光LED外延材料。     

高功率CO_2激光焊接等离子体控制实验研究

采用精密的侧吹辅助气体调节和控制装置，实验研究了等离子体控制的各种工艺参数；采用光电晶体管检测熔池表面及小孔内等离子体光强变化；从理论上分析了等离子体控制的机理．结果表明：当辅助气体流量变化时，等离子体控制效果呈现三个区间．无论采用何种气体，只要辅助气体的操作压力稍大于金属蒸气压力，等离子体即被最佳控制     

CVD设备气流不稳定因素分析及解决方案

为解决CVD设备在工艺过程中有时存在工艺参数周期性波动的现象,进行了相关分析.发现使用高压钢瓶存储的高纯气态源时,常使用单个调压阀和质量流量计(MFC)来减压和控制流量.而高压差和小流量工作常会导致调压阀的周期性开启,由此产生周期性的管道压力波动.由于MFC从设计上无法完全缓冲压力波动,进而引起流量波动,造成淀积材料参数的波动.针对这一问题提出采用改变气源、增加稳压装置等作为解决方法,并归纳为三种气路改动方案.通过在一台设备上应用,将波动范围由+120%/-40%缩小至+2%/-4%.     

Numerical analysis of the non-equilibrium plasma flow in the gaseous electronics conference reference reactor

The capacitively coupled plasma in the gaseous electronics conference reference reactor is numerically investigated for argon flow using a non-equilibrium plasma fluid model. The finite rate chemistry is adopted for the chemical non-equilibrium among species including neutral metastable, whereas a two-temperature model is employed to resolve the thermal non-equilibrium between electrons and heavy species. The predicted plasma density agrees very well with experimental data for the validation case. A strong thermal non-equilibrium is observed between heavy particles and electrons due to its low collision frequency, where the heavy species remains near ambient temperature for low pressure and low voltage conditions (0.1 Torr, 100 V). The effects of the operating parameters on the ion flux are also investigated, including the electrode voltage, chamber pressure, and gas flow rate. It is found that the ion flux can be increased by either elevating the electrode voltage or lowering the gas pressure.     

Theory of the Double Probe at High Gas Pressure†

It is shown that the mean electron energy in a uniform steady plasma at high gas pressure can be obtained from the analysis of a plane double probe curve. If the motion of charges to the boundary is controlled by diffusion and mobility, their production by single electron collisions and their loss by charge neutralization on the wall, the electron temperature is found from a relation which is similar to that for probes at low pressure. The mechanism of selection of electrons of different energy by a probe at low gas pressure is contrasted with that at high pressure and the application of the theory to various physical systems is discussed.     

LP-MOCVD生长InGaAlP系统中源气流量的动力学研究

分析了LP-MOCVD生长InGaAlP外延层时,气路系统中ⅢA族源气的输运和扩散过程,从理论上推导出源气流量的计算公式,讨论了生长控制参数、气路管道几何尺寸和源气性质等对注入反应室的源气流量的影响,为精确控制气相中ⅢA族源物质的百分含量提供了理论依据。     

射频激励铜离子激光器阻抗特性实验研究

利用自行研制的传感器和测量装置 ,通过对射频放电电压电流以及其相位角的测定 ,结合放电管的等效电路 ,对射频激励激光器阻抗特性进行研究 ,得出射频激励激光器等离子体的伏安特性曲线 ,以及等离子体电阻、容抗与气体压强、放电电流之间的实验曲线。     

A helium plasma simulator

The results of an investigation of the plasma parameters generated by a large V-groove cathode discharge are presented. Stable plasmas with electron densities up to 2×10¹²cm^-3have been obtained in a 30-cm diameter chamber. The electron temperature is about 1200°K and is independent of discharge current and gas pressure over the range, 0.3 to 0.9 torr. The discharge operates in much the same fashion as a conventional brush cathode discharge but with lower operating voltage for equal current densities. It is shown that the plasma is beam generated and the dominant electron loss mechanism in the steady state is electron-ion recombination. However, although most electrons are lost by recombination, diffusion losses still play a strong role in determining the electron density profile. Some measurements of primary electrons in a helium negative glow are presented. The measured flux of the high energy electrons is an exponential function of pd/V²where p is the helium pressure, d is the distance from the edge of the cathode fall and V is the discharge voltage. Some data on microwave noise radiation near the plasma frequency are also presented. In particular, the noise radiation near the cathode is shown to be proportional to the flux of high energy electrons near this electrode. Data are shown which correlate the high energy flux and the peak noise radiation.