CN103635004A - 一种等离子体中离子种类与数量密度分布的测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种等离子体中离子种类与数量密度分布的测量方法，在测量装置上进行，测量步骤如下：1）将用于测量等离子体的金属探针置入待测等离子体的真空腔室内并通过真空封接装置将真空腔室密封；2）在真空腔室内通入沉积镀膜气体硅烷和平衡气体氢气；3）采用数字存储示波器记录不同硅烷气体流量情况下所测得的电流、电压信号的时域波形和频域波形；4）通过分析波形的谐波组成和震荡幅度，获得等离子体中的离子种类与数量密度分布。本发明的优点是：该测量方法设施简单，无需频率补偿电路，成本低廉；同时不受反应气体对金属导体表面污染的影响，可分析反应活性较强的气体等离子体，适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及半导体薄膜沉积工艺，特别是一种等离子体中离子种类与数量密度分布的测量方法。
背景技术
等离子体增强的化学气相沉积技术在半导体薄膜制备中应用广泛，化学气相沉积技术通过使特定气体发生辉光放电形成等离子体，其中的离子、原子或中性基团等粒子到达具有一定温度的衬底表面，并进行物理吸附以及化学反应，完成薄膜淀积。特别是在射频频率范围内产生的辉光放电等离子体，具有离子能量低、密度高等优点，适合用于制备高性能的薄膜材料。
在薄膜的制备过程中，需要对等离子体的多个参数进行测量与控制，以优化材料性能。需要测量的参数包括电子密度、电子能量及其分布、离子种类及其密度分布、等离子体电势等，目前对这些参数的测量主要通过等离子体发光光谱仪、朗缪尔探针、质谱仪、微波干涉仪、激光散射仪等手段进行，例如通过测量等离子体的光反射谱，可大致获得电子密度、电子能量分布等信息，也可获得特定基团的密度分布，其主要的限制为仅能测量可发光的基团，不能直接反应中性基团的情况；朗缪尔探针可直接置入等离子体中测量，可获得电子密度与电子温度等信息，同时可进行空间分布的测量，但是随着测量时间的延长，其探针表面的污染将对测量的准确性产生较显著影响，同时在较高频率下也难以获得精确的结果；而质谱仪、微波干涉仪以及激光散射仪一方面非常昂贵，另一方面对使用环境与条件有较多限制，在科研与生产中有诸多不便。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种等离子体中离子种类与数量密度分布的测量方法，该测量方法设施简单，无需频率补偿电路，成本低廉；同时不受反应气体对金属导体表面污染的影响，可分析反应活性较强的气体等离子体，适用范围广。
本发明的技术方案：
一种等离子体中离子种类与数量密度分布的测量方法，在测量装置上进行，所述测量装置包括铂金属探针、真空封接装置、同轴屏蔽电缆和数字存储示波器，铂金属探针置入待测等离子体的真空腔室内，铂金属探针穿过真空封接装置并通过同轴屏蔽电缆与数字存储示波器连接，测量步骤如下：
1）将用于测量等离子体的金属探针置入待测等离子体的真空腔室内并通过真空封接装置将真空腔室密封；
2）在真空腔室内通入沉积镀膜气体硅烷和平衡气体氢气，调节反应气体的压力在1000帕斯卡以下，施加的功率密度为1-100W/cm2,使之发生辉光放电；
3）采用数字存储示波器记录不同硅烷气体流量情况下所测得的电流、电压信号的时域波形和频域波形，时域波形和频域波形均由带电离子的荷质比以及探针周围的电场分布决定；
4）通过分析波形的谐波组成和震荡幅度，结合离子在电场中的运动模型和探针对离子的收集模型，获得等离子体中的离子种类与数量密度分布。
本发明的优点是：该测量方法设施简单，无需频率补偿电路，成本低廉；同时不受反应气体对金属导体表面污染的影响，可分析反应活性较强的气体等离子体，适用范围广。
附图说明
图1 为测量装置示意图。
图中：1.待测等离子体的真空腔室 2.金属探针 3.真空封接装置
4.同轴屏蔽电缆 5.由示波器、谐波分析器组成的测量仪器单元
图2 为硅烷气体流量分别为2、4、8、12SCCM时的波形，其中（a）2 SCCM；（b）4 SCCM；（c）8 SCCM；（d）12 SCCM。
图3 为等离子体电势以及振荡幅度随硅烷浓度变化的曲线图。
具体实施方式
实施例：
一种等离子体中离子种类与数量密度分布的测量方法，在测量装置上进行，所述测量装置，如图1所示，包括铂金属探针2、真空封接装置3、同轴屏蔽电缆4和数字存储示波器5，铂金属探针2置入待测等离子体的真空腔室1内，铂金属探针2穿过真空封接装置3并通过同轴屏蔽电缆4与数字存储示波器5连接，测量步骤如下：
1）将长度为10mm、直径为0.15mm的铂金属探针置入待测等离子体的真空腔室内电极之间的辉光区并通过真空封接装置将铂金属探针引出，并通过真空封接装置将真空腔室密封，数字存储示波器的带宽为100兆赫兹，输入阻抗1兆欧姆；
2）真空腔室中通入硅烷和氢气，氢气的流量为200SCCM，硅烷的流量分别为2、4、8和12SCCM，电极间距为44毫米，反应气压为0.4托，反应功率密度为1w/cm2，等离子体的激发频率为80兆赫兹；
3）采用数字存储示波器记录不同硅烷气体流量情况下所测得的电流、电压信号的时域波形和频域波形；
4）分析波形获得等离子体电势以及其震荡幅度随硅烷气体流量变化的曲线，等离子体电势的平均值受硅烷浓度的影响情况，其中等离子体电势的平均值为振荡曲线的周期平均值，由示波器内置函数直接计算所得。
图2 为硅烷气体流量分别为2、4、8、12SCCM时的波形，其中（a）2 SCCM；（b）4 SCCM；（c）8 SCCM；（d）12 SCCM。
图3 为等离子体电势以及振荡幅度随硅烷浓度变化的曲线图。
图中表明：在硅烷与氢气的混合气体等离子体中，等离子体电势均为负值，且随着硅烷浓度的增加，等离子体电势的绝对值逐渐变大。
Claims (1)
1.一种等离子体中离子种类与数量密度分布的测量方法，其特征在于：在测量装置上进行，所述测量装置包括铂金属探针、真空封接装置、同轴屏蔽电缆和数字存储示波器，铂金属探针置入待测等离子体的真空腔室内，铂金属探针穿过真空封接装置并通过同轴屏蔽电缆与数字存储示波器连接，测量步骤如下：
1）将用于测量等离子体的金属探针置入待测等离子体的真空腔室内并通过真空封接装置将真空腔室密封；
2）在真空腔室内通入沉积镀膜气体硅烷和平衡气体氢气，调节反应气体的压力在1000帕斯卡以下，施加的功率密度为1-100W/cm2,使之发生辉光放电；
3）采用数字存储示波器记录不同硅烷气体流量情况下所测得的电流、电压信号的时域波形和频域波形，时域波形和频域波形均由带电离子的荷质比以及探针周围的电场分布决定；
4）通过分析波形的谐波组成和震荡幅度，结合离子在电场中的运动模型和探针对离子的收集模型，获得等离子体中的离子种类与数量密度分布。
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|---|---|
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106053357A (zh) * | 2016-07-12 | 2016-10-26 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种等离子体原位表征方法 |
| CN106248654A (zh) * | 2016-07-12 | 2016-12-21 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种等离子体原位表征系统 |
| CN106255304A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-12-21 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 一种圆筒内等离子体密度计算方法 |
| CN107087338A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-08-22 | 哈尔滨工业大学 | 一种气体放电型等离子体密度自动调控系统及装置 |
| CN109811326A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-28 | 上海大学 | 利用hipims方法结合镀膜智能监控加气系统制备化合物薄膜材料的方法 |
| CN111278205A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-06-12 | 中国科学技术大学 | 一种长时间测量等离子体密度的双色激光光纤干涉仪 |
| CN112327346A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-05 | 北京航空航天大学 | 一种羽流等离子体中性粒子测量装置 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0734049A2 (en) * | 1993-03-05 | 1996-09-25 | Varian Australia Pty. Ltd. | Plasma mass spectrometry method and apparatus |
| US5880850A (en) * | 1996-04-18 | 1999-03-09 | American Air Liquide Inc | Method and system for sensitive detection of molecular species in a vacuum by harmonic detection spectroscopy |
| CN1525161A (zh) * | 2003-09-15 | 2004-09-01 | 大连理工大学 | 一种分子束质谱诊断仪的设计方法 |
| JP2008252078A (ja) * | 2007-03-02 | 2008-10-16 | Applied Materials Inc | イオン電流に関連した発光分光法／残留ガス分析装置を使用するドーズ計測 |
| CN101339160A (zh) * | 2008-08-15 | 2009-01-07 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 等离子体源正负离子协同检测离子迁移谱仪 |
| CN101339161A (zh) * | 2008-08-15 | 2009-01-07 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 质谱和离子迁移谱装置的多波长真空紫外光电离源 |
| CN201594110U (zh) * | 2009-12-30 | 2010-09-29 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 一种利用工频正弦电压测量离子源等离子体的系统 |
| CN102435596A (zh) * | 2011-09-08 | 2012-05-02 | 中国科学院研究生院 | 热丝化学气相沉积过程中光发射谱的测试方法及其装置 |
| CN102650663A (zh) * | 2011-02-28 | 2012-08-29 | 中国科学院空间科学与应用研究中心 | 一种获取等离子体伏安特性曲线方法 |
| WO2012169419A1 (ja) * | 2011-06-07 | 2012-12-13 | 株式会社島津製作所 | 放電イオン化電流検出器 |
-
2013
- 2013-12-13 CN CN201310677178.5A patent/CN103635004A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0734049A2 (en) * | 1993-03-05 | 1996-09-25 | Varian Australia Pty. Ltd. | Plasma mass spectrometry method and apparatus |
| US5880850A (en) * | 1996-04-18 | 1999-03-09 | American Air Liquide Inc | Method and system for sensitive detection of molecular species in a vacuum by harmonic detection spectroscopy |
| CN1525161A (zh) * | 2003-09-15 | 2004-09-01 | 大连理工大学 | 一种分子束质谱诊断仪的设计方法 |
| JP2008252078A (ja) * | 2007-03-02 | 2008-10-16 | Applied Materials Inc | イオン電流に関連した発光分光法／残留ガス分析装置を使用するドーズ計測 |
| CN101339160A (zh) * | 2008-08-15 | 2009-01-07 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 等离子体源正负离子协同检测离子迁移谱仪 |
| CN101339161A (zh) * | 2008-08-15 | 2009-01-07 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | 质谱和离子迁移谱装置的多波长真空紫外光电离源 |
| CN201594110U (zh) * | 2009-12-30 | 2010-09-29 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 一种利用工频正弦电压测量离子源等离子体的系统 |
| CN102650663A (zh) * | 2011-02-28 | 2012-08-29 | 中国科学院空间科学与应用研究中心 | 一种获取等离子体伏安特性曲线方法 |
| WO2012169419A1 (ja) * | 2011-06-07 | 2012-12-13 | 株式会社島津製作所 | 放電イオン化電流検出器 |
| CN102435596A (zh) * | 2011-09-08 | 2012-05-02 | 中国科学院研究生院 | 热丝化学气相沉积过程中光发射谱的测试方法及其装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 姚若河等: "射频辉光放电等离子体的电探针诊断及数据处理", 《物理学报》 * |
| 徐海朋等: "放电参数对不同频率驱动的容性耦合氩等离子体影响的研究", 《苏州大学学报(自然科学版)》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106053357A (zh) * | 2016-07-12 | 2016-10-26 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种等离子体原位表征方法 |
| CN106248654A (zh) * | 2016-07-12 | 2016-12-21 | 中国石油化工股份有限公司 | 一种等离子体原位表征系统 |
| CN106255304A (zh) * | 2016-07-19 | 2016-12-21 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 一种圆筒内等离子体密度计算方法 |
| CN107087338A (zh) * | 2017-05-17 | 2017-08-22 | 哈尔滨工业大学 | 一种气体放电型等离子体密度自动调控系统及装置 |
| CN109811326A (zh) * | 2019-01-17 | 2019-05-28 | 上海大学 | 利用hipims方法结合镀膜智能监控加气系统制备化合物薄膜材料的方法 |
| CN111278205A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-06-12 | 中国科学技术大学 | 一种长时间测量等离子体密度的双色激光光纤干涉仪 |
| CN112327346A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-05 | 北京航空航天大学 | 一种羽流等离子体中性粒子测量装置 |
| CN112327346B (zh) * | 2020-11-02 | 2024-01-30 | 北京航空航天大学 | 一种羽流等离子体中性粒子测量装置 |
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