近日，我院孫景毓副教授、高飛教授和王友年教授與德國波鴻魯爾大學(xué)Julian Schulze教授合作，在射頻磁化容性耦合等離子體共振現(xiàn)象的研究上取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以題為“Enhancement of Harmonic Heating by Magnetized Plasma Series Resonance in Capacitive Radio Frequency Discharges”發(fā)表于《物理評論快報(bào)》（Physical Review Letters），工作得到編輯高度評價(jià)。
隨著半導(dǎo)體器件三維堆疊和異構(gòu)集成技術(shù)的不斷發(fā)展，對基于低溫等離子體技術(shù)的刻蝕工藝提出更高要求。在芯片刻蝕過程中，往往面臨著“高深寬比”的刻蝕孔道，要求較低的放電氣壓，以提高離子流的準(zhǔn)直性。而低氣壓容性放電的等離子體密度通常較低，如何提高活性粒子密度，保證刻蝕產(chǎn)率成為一項(xiàng)重要課題，備受學(xué)界和工業(yè)界的關(guān)注。
該工作采用課題組自主開發(fā)的面向等離子體工藝腔室的多物理場仿真平臺MAPS程序中的粒子模擬程序和等效回路模型，對磁化容性耦合等離子體的動(dòng)理學(xué)行為進(jìn)行了模擬。研究發(fā)現(xiàn)，通過施加與平行板電極呈一定偏角的勻強(qiáng)磁場，可以在等離子體內(nèi)部引發(fā)電子的反對稱運(yùn)動(dòng)，造成系統(tǒng)的非對稱放電。非對稱容性放電回路系統(tǒng)中的自激-串聯(lián)共振與電子回旋運(yùn)動(dòng)耦合，形成新的混雜共振模式，即 “磁化串聯(lián)共振”。該混雜共振頻率存在高、低兩個(gè)頻率分支，通過外部施加低頻分支的射頻激勵(lì)，能夠在等離子體內(nèi)部激發(fā)產(chǎn)生高頻分支共振頻率的電流振蕩，從而顯著增強(qiáng)諧波電子加熱并大幅提高等離子體密度。
該共振效應(yīng)對于低氣壓（～1 Pa）容性放電效率具有顯著的增強(qiáng)作用，有利于維持低氣壓下的高密度等離子體，可為相關(guān)等離子體工藝腔室的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供新思路。
在該工作中，孫景毓副教授為第一作者，高飛教授為通訊作者。本研究得到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（No. 11935005）和青年項(xiàng)目（No. 12205036）的資助。
論文鏈接：
Sun et al. Physical Review Letters, 133, 235302 (2024)
URL: https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.235302
DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.235302
