甚高频脉冲电负性等离子体的激光解吸诊断研究

Pulse-modulated rf plasma is one of the very important process technique in the plasma etching of dielectric and silicon gate with super-fine line width for the integrated circuit device. This technique not only satisfies the requirement on plasma etching resolution, but also greatly decreases the plasma induced dielectric damage and charge accumulation effect, etc. However, it is still necessary to find out the inherent mechanism of negative ion dynamic behavior occurred in the pulsed plasma driven by very high frequency (VHF). In this proposal, by using laser induced photodetachment method, the fundamental study on the negative ion dynamics of pulsed electronegative plasma for the two energy coupling mode: inductively and capacitively, will be carried out. On the one hand, the technique of laser induced photodetachment is used to illustrate the influence of the two modes of energy coupling on negative ion dynamic behavior, and to understand the dependence of coupling mode and discharge properties on plasma parameters, negative ion density and distribution, etc. On the other hand, temporal-spatial evolution of negative ion will be investigated for the time modulated O2 doped plasma driven by VHF, and the influence of time modulated plasma on the silicon etching and even etching profile will also be discovered. Implementation of this proposal will have an important scientific significance and application aim for the development of pulsed laser diagnostic and novel plasma source techniques.

脉冲射频等离子体是集成电路超细线宽介质和硅栅刻蚀的重要工艺技术之一，该技术不仅满足超细线宽的刻蚀精度要求，而且大大降低等离子体诱导产生的介质损伤和电荷累积效应等。但脉冲等离子体产生的内在机制尤其是甚高频脉冲电负性等离子体中负离子的动力学行为等一系列物理机制仍需要人们积极的探索和发现。本项目将采用激光解吸诊断方法对两种不同能量耦合模式（容性与感性）产生的脉冲电负性等离子体尤其是负离子的动力学行为进行基础性研究。一方面，通过激光解吸诊断研究，阐明两种耦合方式对射频氧气等离子体中负离子动力学特性的影响，理清等离子体参量、负离子浓度与分布等与耦合模式及放电参量之间的依赖关系；另一方面，研究脉冲调制对掺O2的甚高频脉冲电负性等离子体的负离子时空演化特性，揭示脉冲调制对晶硅和介质刻蚀尤其是刻蚀剖面的影响机理。该项目的实施对发展全新的激光诊断技术和新型等离子体源的刻蚀技术具有重要的科学意义和应用目标。

脉冲射频等离子体是集成电路超细线宽介质和硅栅刻蚀的重要工艺技术之一，该技术不仅满足超细线宽的刻蚀精度要求，而且大大降低等离子体诱导产生的介质损伤和电荷累积效应等。但脉冲等离子体产生的内在机制尤其是甚高频脉冲电负性等离子体中负离子的动力学行为等一系列物理机制仍需要人们积极的探索和发现。本项目采用了发射探针、朗缪尔探针和激光诱导负离子解离诊断方法对脉冲容性耦合电负性等离子体动力学行为进行基础性研究，同时也进行了不同气体下的等离子体与材料表面相互作用的探讨与研究工作。一方面，通过发射探针方法对脉冲容性耦合等离子体进行空间电位和电子温度的诊断，基本澄清了残余电子对电子温度过冲影响以及脉冲关断后电子温度的冷却机制问题；通过激光解吸诊断研究，阐明射频氧气等离子体中负离子动力学特性的影响，理清等离子体参量、负离子浓度与轴向分布等与放电参量之间的依赖关系；另一方面，重点研究了不同放电气氛下的等离子体对材料表面作用问题，如，Ar等离子体对SnS表面作用后能在表面实现超薄PN结，促进光生载流子的产生效率；氧等离子体作用到FTO表面可以调节FTO表面的功函数，改变其电子传输特性，提升钙钛矿电池的功率转换效率；Ar+NH3+CH4等离子体对PTFE表面作用后有效提升表面的粘接性能等。该项目的实施对发展全新的激光诊断技术和新型等离子体源的表面修改与改性技术具有重要的科学意义和应用目标。