Nghiên cứu xác định thuộc tính plasma ion hóa yếu trong va chạm electron khí TRIES ứng dụng chế tạo vi mạch - Luận án TS Kỹ thuật Điện tử

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình khoa học nào khác, các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ. Hưng Yên, ngày tháng năm Tác giả luận án Phan Thị Tươi ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi bày tỏ sự kính trọng và xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới tập thể giáo viên hướng dẫn, PGS.TS Đỗ Anh Tuấn và PGS.TS Phạm Ngọc Thắng đã luôn luôn nhiệt tình chỉ bảo và luôn động viên để tôi hoàn thành bản luận án. Tiếp theo, tôi gửi lời cảm ơn tới Phòng Đào tạo, Trường Đại học SPKTHY cùng các cán bộ công tác tại trường đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu khoa học và có những ý kiến đóng góp quý báu về nội dung, bố cục của luận án.

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tập thể các thầy cô nơi tôi công tác tại khoa Điện- Điện tử trường đại học SPKTHY vì những động viên chân thành và sự san sẻ công việc chuyên môn để tôi yên tâm thực hiện nội dung luận án. Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn tới gia đình tôi, đã luôn động viên tôi để tôi có động lực và quyết tâm thực hiện thành công luận án. Hưng Yên, ngày tháng năm Tác giả luận án Phan Thị Tươi iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC.

iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ. ix MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết của đề tài luận án.

Mục tiêu nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án. Bố cục của luận án .5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PLASMA TRONG KỸ THUẬT VI ĐIỆN TỬ .1 Giới thiệu tổng quan về plasma trong chế tạo vi mạch điện tử.2 Một số dạng phóng điện tạo plasma .3 Va chạm trong plasma. Sự cần thiết plasma trong vi mạch điện tử. Quá trình plasma trong vi mạch điện tử.

Ứng dụng lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma TRIES trong chế tạo vi mạch điện tử. Phần mềm sử dụng bộ tiết diện va chạm để mô phỏng các mô hình plasma.4 Tiết diện va chạm của các electron trong phóng điện khí.5 Các hệ số chuyển động của các electron trong phóng điện khí .6 Tính chất vật lý, hóa học của các chất khí .1 Bộ tiết diện va chạm electron trong phân tử khí O2 .2 Bộ tiết diện va chạm electron trong nguyên tử khí Ar .3 Bộ tiết diện va chạm electron trong nguyên tử khí Kr .4 Bộ tiết diện va chạm electron trong nguyên tử khí Xe .5 Bộ tiết diện va chạm electron trong nguyên tử khí He .6 Bộ tiết diện va chạm electron trong nguyên tử khí Ne .8 Kết luận chương 1 .37 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU .1 Phương trình xấp xỉ bậc hai Boltzmann .2 Phương trình liên tục .1 Lời giải phương trình Boltzmann .2 Các bước trong tính toán lý thuyết và các giả thiết khi thực hiện tính toán .3 Phương pháp Monte - Carlo .4 Phương pháp đám electron .5 Kết luận chương 2 .58 CHƯƠNG 3: CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.1 Xác định bộ tiết diện va chạm electron trong phân tử khí TRIES .2 Các hệ số chuyển động electron của hỗn hợp khí TRIES với O2, Ar, Kr, Xe, He và Ne .1 Vận tốc chuyển động electron (W) .2 Các hệ số khuếch tán theo chiều dọc mật độ đặc trưng và tỷ lệ của hệ số khuếch tán theo chiều dọc với độ linh động của electron (NDL và DL/µ) .3 Các hệ số ion hóa do va chạm (α/N) .3 Kết luận chương 3 .92 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO. Những kết quả chính đã đạt được của luận án. Những đóng góp mới của luận án .93 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ.

Bảng hiển thị kết quả tính toán sử dụng thuật toán giải hệ hai phương trình xấp xỉ Boltzmann được lấy ra từ kết quả chạy chương trình. Số liệu về tiết diện va chạm của phân tử khí TRIES. Số liệu về tiết diện va chạm của phân tử khí O2. Số liệu về tiết diện va chạm của nguyên tử khí Ar.

Số liệu về tiết diện va chạm của nguyên tử khí Kr. Số liệu về tiết diện va chạm của nguyên tử khí Xe. Số liệu về tiết diện va chạm của nguyên tử khí He. Số liệu về tiết diện va chạm của nguyên tử khí Ne.

P-41 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các thuật Nghĩa Tiếng Việt STT Nghĩa Tiếng Anh ngữ viết tắt 1 AC Alternating Dòng điện xoay chiều 2 APCVD Atmospheric-pressure chemical Phương pháp lắng vapor deposition đọng hơi hóa học áp suất khí quyển 3 Ar Argon Khí argon 4 AST Arrival-time spectral phương pháp phổ thời gian 5 ASIC Application specific intergrated Ứng dụng cho mạch circuit tích hợp 6 CVD Chemical Vapour Deposition Lắng đọng hơi hóa học plasma 7 CF4 Fluorocarbon Khí Fluorocarbon 8 DRAM Dynamic random access memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên 9 DC Direct current Dòng điện một chiều 10 DBD Dielectric-barrier discharges Phóng điện tĩnh 11 DL The longitudinal diffusion Hệ số khuếch tán dọc coefficient 12 DL/µ The longitudinal diffusion Hệ số khuếch tán dọc coefficient to the electron mobility theo mật độ electron 13 ECR Electron cyclotron resonance Plasma cộng hưởng cyclotron 14 EEDF Electron energy distribution function Hàm phân phối năng lượng electron 15 He Helium Khí Helium 16 HMDSO Hexamethyldisiloxane Khí vii Hexamethyldisiloxane 17 IC Integrated circuit Mạch tích hợp 18 ITO Indium-tin- oxide Thiếc oxit 19 Kr Krypton Khí krypton 20 LSI Large scale integration Tích hợp quy mô lớn 21 LPCVD Low-pressure chemical vapor Phương pháp lắng deposition đọng hơi hóa học áp suất thấp 22 MOS Metal oxide semiconductor Bán dẫn oixít kim loại 23 MEMS Micro electro mechanical systems Hệ cơ vi điện tử 24 NaOH Natri hiđroxit Khí Natri hiđroxit 25 Ne Neon Khí Neon 26 NDL density-normalized longitudinal Hệ số khuếch tán dọc diffusion coefficient theo mật độ đặc trưng 27 O2 Oxy Khí oxy 28 PDP Plasma display panel Công nghệ hiển thị plasma 29 PECVD Plasma – enhanced chemical vapor Phương pháp lắng deposion đọng hơi hóa học tăng cường plasma 30 Qm The momentum transfer cross Tiết diện chuyển động section bảo toàn động lượng 31 Qi The ionization cross section Tiết diện ion hóa 32 Qv Vibrational excitation cross sections Tiết điện kích thích 33 Qd The dissociation cross section Tiết diện phân ly 34 GIS Gas insulated switchgear Máy cắt sử dụng khí 35 T Temperature Nhiệt độ 36 TEOS Tatraethoxysilane (Si(OC2H5)4) Khí Tatraethoxysilane (Si(OC2H5)4) 37 TMS Tetramethylsilane (Si(CH3)4) Khí Tetramethylsilane viii (Si(CH3)4) 38 TRIES Triethoxysilane (HSi(OC2H5)3) Khí Triethoxysilane (HSi(OC2H5)3) 39 Xe Xeon Khí Xeon 40 SiO2 Silicon dioxide Khí SiO2 41 SST Steady-state townsend Trạng thái ổn định 42 Wm The mean-arrival-time drift velocity Vận tốc dịch chuyển theo thời gian 43 UV Ultraviolet Vùng tử ngoại 44 µ The electron mobility Độ linh hoạt của electron 45 α/N Townsend first ionization coefficient Hệ số ion hóa 56 η/N Attachment coefficient Hệ số kết hợp 47 (α-η)/N Effective ionization coefficient Hệ số ion hóa theo mật độ đặc trưng ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Hệ thống phóng điện phát sáng một chiều .2 Sự kích thích electron .3 Sự ion hóa electron .4 Sự tái hợp ion .5 Sự kết hợp electron .6 Các bước tạo một mạch tích hợp [43,87] .7 Lắng đọng hơi hoá học tăng cường plasma trong hệ thống PECVD [85] 16 Hình 1.8 Quá trình lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma [94] .9 Lắng đọng phù hợp SiO2 dùng Si(OC2H5)4/O2 [94] .10 Sự lắng đọng không phù hợp của SiO2 dùng SiH4/O2 [94].11 Các bước thực hiện sử dụng phần mềm Comsol Multiphysic .12 Điện trường (bề mặt) và mật độ điện tử tới hạn trong vi sóng plasma [53,56] .13 Plasma cảm ứng; Nhiệt độ electron được hiển thị dưới dạng biểu đồ lát cắt và mật độ dòng điện gây ra trong plasma được hiển thị dưới dạng các dòng [53,56] .14 Ứng dụng của xác định tiết diện va chạm các electron trong các phân tử khí và nguyên tử khí .15 Bộ tiết diện va chạm của các electron trong phân tử O2 [18, 38] .16 Bộ tiết diện va chạm của các electron trong nguyên tử Ar [57, 82] .17 Bộ tiết diện va chạm của các electron trong nguyên tử Kr [44] .18 Bộ tiết diện va chạm của các electron trong nguyên tử Xe [73, 92] .19 Bộ tiết diện va chạm của các electron trong nguyên tử He [73, 93] .20 Bộ tiết diện va chạm của các electron trong nguyên tử Ne [73, 93] .1 Hàm phân bố Maxwellian và Druyvesteyn [15] .2 Hàm phân phối đo ở áp suất thấp (1,3m Torr) [15] .3 Hàm phân phối đo ở môi trường áp suất (0,32 Torr) [15] .4 Lưu đồ thuật toán tính toán hàm phân bố năng lượng của phương trình xấp xỉ bậc hai Boltzmann .5 Lưu đồ thuật toán áp dụng phương pháp Monte Carlo .6 Lưu đồ áp dụng của phương pháp đám electron .1 Vận tốc dịch chuyển electron trong phân tử khí TRIES nguyên chất .2 Hệ số khuếch tán theo chiều dọc cho phân tử khí TRIES nguyên chất .3 Hệ số ion hóa cho phân tử khí TRIES nguyên chất .4 Bộ tiết diện va chạm phân tử khí TRIES nguyên chất .5a) Vận tốc dịch chuyển electron của hỗn hợp khí TRIES-O2 .5b) Vận tốc dịch chuyển electron của hỗn hợp khí TRIES-Ar .5c) Vận tốc dịch chuyển electron của hỗn hợp khí TRIES-Kr .5d) Vận tốc dịch chuyển electron của hỗn hợp khí TRIES-Xe .5e) Vận tốc dịch chuyển electron của hỗn hợp khí TRIES-He .5g) Vận tốc dịch chuyển electron của hỗn hợp khí TRIES-Ne .6a) Hệ số khuếch tán dọc NDL của hỗn hợp khí TRIES-O2 .6b) Hệ số khuếch tán dọc NDL của hỗn hợp khí TRIES-Ar .6c) Hệ số khuếch tán dọc NDL của hỗn hợp khí TRIES-Kr .6d) Hệ số khuếch tán dọc NDL của hỗn hợp khí TRIES-Xe .6e) Hệ số khuếch tán dọc NDL của hỗn hợp khí TRIES-He .6g) Hệ số khuếch tán dọc NDL của hỗn hợp khí TRIES-Ne .7a) Hệ số khuếch tán theo chiều dọc với độ linh động electron (DL/µ) của hỗn hợp khí TRIES-O2 .7b) Hệ số khuếch tán theo chiều dọc với độ linh động electron (DL/µ) của hỗn hợp khí TRIES-Ar .7c) Hệ số khuếch tán theo chiều dọc với độ linh động electron (DL/µ) của hỗn hợp khí TRIES - Kr .7d) Hệ số khuếch tán theo chiều dọc với độ linh động electron (DL/µ) của hỗn hợp khí TRIES-Xe .7e) Hệ số khuếch tán theo chiều dọc với độ linh động electron (DL/µ) của hỗn hợp khí TRIES-He .7g) Hệ số khuếch tán theo chiều dọc với độ linh động của điện tử (DL/µ) của hỗn hợp khí TRIES-Ne .8a) Hệ số ion hóa của hỗn hợp khí TRIES-O2 .