電容式耦合射頻矽烷/氫氣電漿之數值模擬研究+-電壓波型影響

電容式耦合電漿(Capacitively Coupled Plasma, CCP)被廣泛應用於蝕刻與沉積製程中。

本研究旨為探討輸入特製電壓波型(Tailored Voltage Waveforms, TVWs)對SiH4/H2電漿 ... 隨時查．隨時看，你的隨身圖書館已上線! 立即使用 DOI 是數位物件識別碼 （ D igital O bject I dentifier ） 的簡稱， 為物件在網路上的唯一識別碼，可用於永久連結並引用目標物件。

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來源資料 清華大學工程與系統科學系學位論文 碩士班/2018年 間接式電容耦合氫氣/氬氣電漿研究-特製電壓波型電漿源模擬分析 以堆疊式電荷儲存層提升快閃記憶體元件操作特性研究 鹼性雙氧水處理之二氧化鈦摻雜聚苯並咪唑薄膜應用於磷酸燃料電池 發展桌上型電子顯微鏡場發射式電子槍 開發原位桌上型掃描/穿透式電子顯微鏡應用於奈米化學沉積與溶菌蛋白酶晶體觀測之流體載台 開發應用於高分子自組裝反應原位穿透式電子顯微鏡流體及加熱載台 原位穿透式電子顯微鏡分析星形三嵌段共聚高分子薄膜於熱退火中之自組裝行為 化學改質製備N摻雜奈米碳管及其特性分析 垂直堆疊奈米薄片無接面式通道之環繞式閘極電晶體 利用溶劑蒸氣退火環境穿透式電子顯微鏡觀測星形嵌段共聚高分子薄膜的形貌演變 原子科學院 > 工程與系統科學系 工程學 > 工程學總論 書目管理工具 書目匯出 加入收藏 加入購物車 E-mail給朋友 列印書目 相關連結 問題回報 購買單篇 全文下載 電容式耦合射頻矽烷/氫氣電漿之數值模擬研究-電壓波型影響 SimulationStudyofCapacitivelyCoupledRadioFrequencySilane/HydrogenPlasmaDischarges-EffectofTailoredVoltageWaveforms 黃宣文 ,碩士　　指導教授：柳克強　　 繁體中文 矽烷/氫氣電漿；電壓波型；電容式耦合電漿；Silane/HydrogenPlasma；TailoredVoltageWaveforms；CCP 分享到 摘要 │ 參考文獻 (36) │ 文章國際計量 摘要 〈TOP〉 電容式耦合電漿(CapacitivelyCoupledPlasma,CCP)被廣泛應用於蝕刻與沉積製程中。

本研究旨為探討輸入特製電壓波型(TailoredVoltageWaveforms,TVWs)對SiH4/H2電漿特性之影響，採用數值模擬計算分析，計算二維流體模型模擬電漿，探討分析電漿中之物理與化學機制。

本研究TVWs分為兩類分別為疊加兩種頻率與四種頻率。

第一類TVWs由兩個電壓相等的正弦波組成，其頻率分別為13.56MHz與其第一個諧波頻率27.12MHz，改變兩頻率間的相位差以產生出不同波型，當TVWs正負電壓的極值不對稱時，兩邊電極的鞘層電壓也會隨之改變，而相位角θ為45°與135°時，正電壓與負電壓的絕對值相差最大。

令相位角θ為45°與135°時波型為V45與V135。

模擬結果顯示，當波型為V45時，相較於V135與單頻13.56MHz，接地端鞘層電壓分別低了63與49%，這是因為V45之供壓電極端的鞘層電壓較大，此特性同時造成電子溫度與功率密度在施加電壓端較高。

且由於V45之接地端鞘層電壓較小，電位梯度較小，因此加速離子的電場也較小，可預期在此波型下基板之離子轟擊效應較低。

除了電漿放電特性的分析，此研究也分析到達基板之SiH2/SiH3¬與H/SiH3通量比[1,2]，而模擬結果顯示，電壓波型V45相較於V135，接地電極端的SiH2/SiH3通量密度比值下降了約50%，這是由於波型為V45時接地電極端的電子溫度較低，進而降低SiH2¬的生成速率，而到達基板之H/SiH3通量比相較於V135與單頻13.56MHz相差在10%之內。

由於沉積薄膜的缺陷密度與結晶率分別與SiH2/SiH3¬,H/SiH3通量比通量比成正相關，因此模擬結果顯示V45TVWs可降低薄膜中缺陷密度但並不影響結晶度。

第二類TVWs由13.56MHz與其第二、三、四諧波頻率組成，其各諧波之相位角相同，相位角為0與π時之波型分別為”peak”與”valley”。

此時相較於V45與V135可以產生正電壓與負電壓的絕對值比例相差更大的波型，模擬結果顯示在peak波型下離子能量最小，且到達基板之SiH2/SiH3通量密度比相較於V45與單頻13.56MHz分別低了10%與40%，而H/SiH3通量相差3%之內。

因此模擬結果顯示”peak”波型相較於V45與單頻13.56MHz可降低薄膜中缺陷密度但並不影響結晶度。

最後，”peak”波型模擬結果SiH2/SiH3通量密度下降可對文獻實驗結果[3]微結構比率下降進行解釋，因此在peak波型下薄膜品質提升。

並列摘要 〈TOP〉 Capacitivelycoupledplasma(CCP)hasbeenwidelyemployedforetchinganddepositionprocesses.ThepurposeofthisstudyistoinvestigatetheeffectofTailoredVoltageWaveforms(TVWs)ontheplasmacharacteristicsofSiH4/H2plasma,afluidmodelbasednumericalsimulationanalysisisemployedtoinvestigatethefundamentaldischargecharacteristicsofthebasicphysicalandchemicalmechanismsoccurringintheplasmareactor.TheTVWsinthisstudydividedintotwocategories:consistoftwofrequenciesandfourfrequencies. ThefirsttypeofTVWsareconsistoftwoequal-voltagesinewaves,whicharethefundamentalfrequency13.56MHzandthesecondharmonicfrequency27.12MHz.Differentwaveformscanbegeneratedbytuningtherelativephasebetweentwofrequencies.WhentheabsolutevaluesofpositiveandnegativeextremesinTVWsaredifferent,thevoltagesacrossthetwosheathsaredifferent.Atthephaseθ=45°andθ=135°,thedifferencebetweentheabsolutesofpositiveandnegativeextremeismaximum.DefinethesewaveformsareV45andV135,whenphaseangleare45and135degree.SimulationresultsshowthatwhenthewaveformisV45,thesheathvoltageinfrontofgroundelectrodeis63and49%lowerthanV135andsinglefrequency13.56MHz,respectively.Itisbecauseofthevoltageinfrontofpoweredisbigger,resultinginhigherelectrontemperatureandpowerdensityatthesideofpowerelectrode.Duetothesheathvoltageinfrontofgroundelectrodeissmaller,thusdecreasethepotentialgradientandionbombardmenteffect.Inadditiontotheanalysisoftheplasmacharacteristics.ThisstudyalsoanalyzesthefluxratioofSiH2/SiH3andH/SiH3reachingthesubstrate.SimulationresultsshowedthattheSiH2/SiH3ratiodecreasedapproximately50%whenthewaveformisV45comparedtoV135.ThisisbecausetheelectrontemperatureatthegroundelectrodeislowerwhenthewaveformisV45,whichinturnreducestherateofformationofSiH2.However,theH/SiH3ratioreachingthesubstrateiswithin10%oftheV135andthesinglefrequency13.56MHz.SincethedefectdensityandcrystallinityofthefilmdirectlyproportionaltofluxratioofSiH2/SiH3andH/SiH3,respectively,thesimulationresultsshowthatTVWsV45canreducethedefectdensityinthefilmwithoutaffectingthecrystallinity. ThesecondtypeofTVWsconsistsof13.56MHzanditssecond,thirdandfourthharmonicfrequencies.Whenθis0andπ,thewaveformdefineas“peak”and“valley”.ComparingwithV45andV135,thesewaveformshavingalargerdifferenceratiobetweentheabsolutevaluesofthepositivevoltageandthenegativevoltage.Simulationresultsshowthattheionenergyisthesmallestinwaveform“peak”,andtheSiH2/SiH3fluxratioreachingthesubstrateis10%and40%lowerthanV45andsinglefrequency13.56MHz,respectively.Therefore,thesimulationresultsshowthatTVWs"peak"canreducethedefectdensityinthefilmbutdoesnotaffectthecrystallinitycomparedtoV45andsinglefrequency13.56MHz.Finally,TVWs"peak"simulationresultsshowthatthedecreaseoffluxratioSiH2/SiH3canexplainthemicrostructureratiodecreaseintheliterature[3],sothefilmqualityimproveundertheTVWs“peak”. 參考文獻 ( 36 ) 〈TOP〉 [1]H.Kawasaki,H.Ohkura,T.Fukuzawa,M.Shiratani,Y.Watanabe,Y.Yamamoto,etal.,"RolesofSiH3andSiH2radicalsinparticlegrowthinrfsilaneplasmas,"JapaneseJournalofAppliedPhysicsPart1-RegularPapersShortNotes&ReviewPapers,vol.36,pp.4985-4988,Jul1997. [2]B.B.Sahu,J.G.Han,K.S.Shin,K.Ishikawa,M.Hori,andY.Miyawaki,"PlasmadiagnosticapproachforhighratenanocrystallineSisynthesisinRF/UHFhybridplasmasusingaPECVDprocess,"PlasmaSourcesScience&Technology,vol.24,Apr2015. [3]E.V.Johnson,S.Pouliquen,P.A.Delattre,andJ.P.Booth,"HydrogenatedmicrocrystallinesiliconthinfilmsdepositedbyRF-PECVDunderlowionbombardmentenergyusingvoltagewaveformtailoring,"JournalofNon-CrystallineSolids,vol.358,pp.1974-1977,Sep2012. [4]Z.H.Bi,Y.X.Liu,W.Jiang,X.Xu,andY.N.Wang,"Abriefreviewofdual-frequencycapacitivelycoupleddischarges,"CurrentAppliedPhysics,vol.11,pp.S2-S8,2011. [5]Z.Donko,J.Schulze,B.G.Heil,andU.Czarnetzki,"PICsimulationsoftheseparatecontrolofionfluxandenergyinCCRFdischargesviatheelectricalasymmetryeffect,"JournalofPhysicsD-AppliedPhysics,vol.42,Jan2009. 文章國際計量 〈TOP〉 E-mail ： 文章公開取用時，將寄通知信至您填寫的信箱地址 E-mail ： 購物車中已有多篇文章，請問是否要先清除，或一併加入購物車中購買?