摘要
等离子化学气相沉积（PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，PECVD）是目前半导体领域和显示面板领域应用最广泛的薄膜沉积方法。PECVD成膜均匀性主要取决于PECVD设备反应室内部的等离子体场均匀性和热场均匀性。探究不同结构参数和工艺参数对PECVD物理场性质的影响，有利于深入理解等离子体场和热场空间分布特性的影响机制，不断优化改进PECVD设备结构并最终提高大面积成膜均匀性。 本文使用多物理场仿真软件COMSOL研究PECVD设备的不同结构参数对PECVD物理场性质的影响机理，主要研究内容如下： (1)完成了6.5代PECVD设备的设计，重点研究核心部件喷淋板的布气孔仿真，探究布气孔在不同进口夹角与出口夹角下的气体流况，综合生产效率以及喷射效应，得出最优进口夹角与出口夹角取值范围。 (2)根据PECVD设备结构设计参数建立仿真模型，对不同极间距、腔体气压、线圈激发功率对反应室物理场的影响开展系统性研究，探究三者各自的最优参数。研究结果表明，电子密度及梯度值随着极间距、腔室压力、激发功率的增大而增大；电子密度在径向中随着坐标先增大后减小；梯度值在径向中呈N字形分布，综合电子密度大小、梯度值大小以及电子密度均匀性，得到最优极间距为10cm，最优压力为0.03Torr，最优激发功率为2KW。 (3)为提高等离子场均匀性，在最优工艺参数组合下以测量线上的电子密度梯度值为目标函数，利用COMSOL软件的等离子体模块、几何优化模块、AC/DC模块，对激励线圈的几何位置进行了优化。研究结果表明，优化模型在不同压力、激发功率下，电子密度均以测量线为对称线，以矩形呈发射状向外扩散；电子密度在形成的各个区域上逐级递减；对比原始设计的激励线圈，优化模型中的电子密度均匀性提高了34.7%。 (4)设计了新型等距和非等距加热线圈，通过给定相同热通量的方法，对比探究了现有加热线圈、新型等距加热线圈、新型非等距加热线圈的加热效果和热场均匀性。研究结果表明，在相同热通量下，非等距加热线圈加热效果最佳，其温度云图呈正方形以发射状向外扩散，高温区域分布面积广，有效进行加热；与现有加热线圈、等距加热线圈相比，非等距加热线圈的温度梯度值走势平缓，减小加热区域温差，提高镀膜厚度均匀性。 本文所研发的技术已经提交了专利申请，研究成果以及改良方案已经在PECVD设备研发中进行了实施，效果获得客户首肯。
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