基于光刻胶修正技术的石英锥形侧壁刻蚀工艺研究

基于光刻胶修正技术,采用两步刻蚀法对石英锥形侧壁的刻蚀工艺进行了研究。首先利用Ar,O_(2),CF_(4)气体对光刻胶刻蚀,将光刻胶的垂直侧壁修改为锥形侧壁。然后以此为掩膜实现光刻胶倾斜侧壁向石英材料的转移。两步刻蚀在同一个刻蚀腔室内完成。详细研究了光刻胶修正工艺中刻蚀气体流量、刻蚀功率、温度以及刻蚀时间等工艺参数对刻蚀速率、选择比以及刻蚀形貌的影响。通过综合优化工艺制备出刻蚀面光滑、倾斜角度为60°的石英刻蚀形貌。该工作为氧化硅以及其他材料的倾斜侧壁刻蚀工作提供了有力的参考。

马氏体热作模具钢热稳定性的内耗研究

采用内耗法研究了两种马氏体热作模具钢在高温服役过程中的弹性模量及内耗特征,结合JMA方程探讨了时效前期的动力学过程。结果表明:620℃热稳保温过程中4Cr2Mo2W2MnV钢的软化主要以马氏体基体回复为主,而3Cr2W8V钢基体中大量的W、C脱溶及合金碳化物的沉淀,导致材料力学性能明显下降。4Cr2Mo2W2MnV钢在620℃工作温度下的热稳定性比传统热作模具钢3Cr2W8V好,主要是由于基体中的较多的Mn和相对稳定细小的Mo、V系MC型碳化物对马氏体热作模具钢的热稳定性有贡献作用。

负偏压功率对溅射沉积钛、铜薄膜电阻的影响

为了研究负偏压功率对直流溅射沉积铜、钛两种金属薄膜电阻率的影响,在采用相同的工艺条件溅射沉积两种金属薄膜的同时分别加上0、50、150 W的负偏压功率,发现随着偏压功率由0增加到150 W,制备的钛薄膜厚度下降了25%,电阻率下降到原来的18%,而对于铜薄膜随着偏压功率由0增加150 W,厚度下降了5%,电阻率却增加到原来的4倍。用原子力显微镜和X射线衍射仪器分析了不同负偏压功率下制备的两种金属薄膜的表面粗糙度和两种金属薄膜的结晶情况,并用Fuchs-Sondheimer理论和Mayadas-Shatzkes理论解释偏压功率引起两种金属电阻变化的原因。这为教学实验、真空镀膜工艺和集成电路生产领域沉积不同结构及电阻的金属薄膜提供参考。

开放式半导体微纳加工平台的开放管理模式探讨

大型仪器设备共享是节约社会资源的重要手段。该文以上海交通大学先进电子材料与器件校级平台为基础,从实验室环境、设备工艺、物资需求、研究方向、人员等方面系统分析和总结了开放式半导体微纳加工平台的特点,并对实验平台开放所面临的挑战进行了探讨,为开放式半导体微纳加工平台的建设和管理提供借鉴和参考。

开放式半导体微纳加工实验室危化品管理体系的规范化建设

开放式半导体微纳加工实验室具有工艺种类多、工艺复杂、工艺流程长等特点,在工艺过程中所涉及的化学品及特种气体种类多、易燃易爆试剂用量大、危险性高等,因此,对这类实验室的安全管理提出了更高的要求。根据这类实验室的特点,该文针对开放式微纳加工实验室的危化品规范化管理进行了探讨,为实验室安全运行打下了很好的基础。

光敏BCB光刻图形化工艺研究

光敏BCB-苯并环丁烯(benzocyclobutene)具有低介电常数、低介电损耗、低吸湿率、高热稳定性、良好的化学稳定性以及高薄膜平整度和低固化温度等优良的加工性能,在现代微电子制造封装工艺中有非常重要的应用,常用作各类器件钝化防护和层间介电等材料。通常在应用过程中,BCB层上都要形成微细的连接通孔或连接窗口图形。但由于BCB胶对温度非常敏感,且应力因素影响明显,光刻工艺条件比较临界,从而限制了BCB胶的发展和应用,因此优化BCB光刻工艺条件具有重要的实际意义和应用前景。通过控制光刻过程中前烘、光刻及显影等条件,研究了在硅基底表面BCB的成孔工艺。结果表明通过稳定显影条件,适当地提高前烘温度,延长前烘时间和曝光时间,对BCB胶形成图形都有一定的改善。实验中采用矩阵法设计了多组交叉实验,找出最佳前烘及曝光工艺,形成了图形结构良好的光刻图形。

深冷处理对80Cr9Mo2钢组织的影响研究

利用XRD、高分辨透射电镜等试验方法,结合内耗法研究深冷处理对80Cr9Mo2钢回火特性影响。结果表明:深冷处理前低温回火将导致部分碳原子由马氏体相扩散至残留奥氏体相中,提高残留奥氏体稳定性。而回火前深冷处理将导致更多残留奥氏体相变为低温马氏体,马氏体相(包括低温马氏体相)含量增加,可动位错密度提高,位错处偏聚间隙碳原子含量提高。有利于回火过程中析出更多数量的细小碳化物,这是深冷处理提高耐磨性能的主要原因。

聚焦离子束对铌酸锂表面加工的形貌控制研究

聚焦离子束是一种高精度、无掩膜的先进微纳加工手段。本文以铌酸锂晶体为研究对象,利用聚焦离子束/电子束双束系统对铌酸锂表面进行图形刻蚀,研究了离子束重复次数/驻留时间、扫描方式、扫描步长及束流大小等刻蚀参数对图形加工造成的影响。结合利用扫描电子成像和原子力显微镜三维形貌测量,对不同参数下的刻蚀形貌进行观察分析。该研究为实现基于铌酸锂材料的超低损耗光存储、光传导器件提供了重要的工艺参考依据。

基于FIB辐照加工制备三维结构的动态过程

基于FIB直写及辐照技术加工制备了金膜的三维立体结构,并测量了薄膜结构形变量随辐照时间的变化,分析了其动态变化过程及机理。结果表明,金膜在离子束辐照下,金原子和镓离子相互作用,在金膜内部产生空位及位错,从而引起薄膜应力,经过一定的弛豫时间,应力发生释放,随后三维结构的形变量随着镓离子辐照剂量的增加缓慢变化。

聚焦离子束刻蚀铌酸锂的研究

铌酸锂物理性能稳定,电光、声光及非线性光学效应优异,是集成光学器件中重要的光学材料。然而,目前铌酸锂材料的加工工艺无法满足复杂且小型化的集成光路发展需求。聚焦离子束(FIB)是一种无掩膜、高精度的加工技术,但同时会引入离子注入和材料表面非晶化等损伤。研究了FIB离子剂量对铌酸锂刻蚀深度及表面粗糙度的影响,在离子剂量大于0.25 nC·μm-2条件下实现了亚纳米表面粗糙度的刻蚀。通过采用共聚焦喇曼光谱法表征FIB刻蚀前后铌酸锂喇曼光谱的变化,证明了在离子剂量为0.1~1.0 nC·μm-2下FIB刻蚀对铌酸锂薄膜造成的整体损伤小(喇曼峰展宽的平均变化小于5%),对使用FIB进行精密、可控的铌酸锂结构加工具有重要参考意义。

原子层沉积超薄氮化铝薄膜的椭圆偏振光谱法表征

采用原子层沉积(ALD)工艺在硅衬底上生长了35 nm以下不同厚度的超薄氮化铝(AlN)晶态薄膜。利用椭圆偏振光谱法在波长275~900 nm内测量并拟合薄膜的厚度及折射率和消光系数等光学参数。利用原子力显微镜(AFM)表征AlN晶粒尺寸随生长循环次数的变化,计算得到薄膜表面粗糙度并用于辅助椭偏模型拟合。针对ALD工艺特点建立合适的椭偏模型,可获得AlN超薄膜的生长速率为0.0535 nm/cycle,AlN超薄膜的折射率随着生长循环次数的增加而增大,并逐渐趋于稳定,薄膜厚度为6.88 nm时,其折射率为1.6535,薄膜厚度为33.01 nm时,其折射率为1.8731。该模型为超薄介质薄膜提供了稳定、可靠的椭圆偏振光谱法表征。

等离子体增强原子层沉积制备压电AlN薄膜

采用等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术在单晶硅衬底上成功制备了具有(002)晶面择优取向的氮化铝(AlN)晶态薄膜,为设计新型压电功能器件提供了思路。利用椭圆偏振光谱仪(SE)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)对样品的生长速率、表面形貌、晶体结构、薄膜成分进行了表征和分析。结果表明,在250℃沉积温度下,以N_(2)、H_(2)和Ar的混合气体的等离子体作为共反应物,在相同工艺条件下仅增加前驱体三甲基铝(TMA)脉冲注入之后的氮气吹扫时间(t_(p1)),制备的AlN薄膜的(002)晶面择优取向趋于显著,说明t_(p1)的增加可以促进Al和N原子的有序排列,并促进(002)晶面择优取向形成。实验中,t_(p1)为30 s且循环次数为1 150时,PEALD制备的AlN薄膜表面平整光滑,均方根表面粗糙度为0.885 nm,(002)晶面衍射峰最明显,薄膜中氧原子数分数为11.04%,氧原子在AlN薄膜中形成氧缺陷并形成一种稳定的基于八面体配位铝的新型氧缺陷相,XPS结果证明了N—O—Al键的形成。

热ALD和等离子增强ALD沉积HfO2薄膜的比较（英文）

以四(甲乙胺)铪(TEMAHf)作为前驱体,采用热原子层沉积(TALD)技术和等离子体增强原子层沉积(PEALD)技术分别在硅衬底上沉积二氧化铪(HfO2)薄膜。分别研究了水和臭氧作为共反应物对TALD HfO2薄膜性能的影响及采用电容耦合等离子体(CCP)PEALD HfO2薄膜的最佳工艺条件。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光电子能谱(XPS)对不同工艺制备的HfO2薄膜的微观结构、表面形貌进行了表征。结果表明,反应温度为300℃时,TALD 50 nm厚的HfO2薄膜为单斜相晶体;PEALD在较低反应温度(150℃)下充分反应,所沉积的50 nm厚的HfO2薄膜杂质含量较低,薄膜未形成结晶态;PEALD工艺得到的HfO2薄膜的界面层最厚,主要为硅的亚氧化物或铪硅酸盐。电流-电压(I-V)和电容-电压(C-V)测试结果表明,以水作为氧源且反应温度300℃的TALD工艺所得到的HfO2薄膜,其金属-绝缘体-半导体(MIS)器件的漏电流及电滞回线最小。

低金含量镀液的无氰金电镀研究

研究了通常较难施镀、含金量低的电镀液中电镀条件对镀层质量的影响。发现较高的电压会增加沉积速率,但同时会增加粗糙度,并削弱镀层对基底的结合力。为了弥补这些缺点,温度应当同时升高,以通过增加晶核数量来提高结合力。电镀液的pH值增高有利于获得光滑、紧凑的金膜,因为晶核数量相应增加而粒径减小。通过调整不同的电镀条件,成功地得到光滑细致的金镀层。这一结果对于在工业应用中高效使用电镀液和降低成本具有非常重要的意义和参考价值。

热型ALD技术制备镍薄膜及其金属硅化物

金属硅化物材料具有较低的接触电阻,并且与硅材料有较好的兼容性,所以在互补金属氧化物半导体(CMOS)器件中被看作是重要的电极材料。形成镍金属硅化物的关键是镍金属单质的淀积工艺。如何在大深宽比纳米尺度的三维结构中沉积保形性好、纯度高、导电性好的镍金属单质薄膜是亟需解决的问题。利用热法原子层沉积(ALD)技术,以一种新型脒基镍前驱体[Ni(iPr-MeAMD)]_2,在深宽比为10:1的硅基底沟槽中沉积得到纯度高、保形性好、连续平滑的镍薄膜。对薄膜进行了X射线衍射(XRD)测试,为单一的α六方晶体结构。考察了不同退火温度下镍金属硅化物的形成,利用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散谱(EDS)和XRD进行了物相相变的分析。退火温度400℃下得到NiSi相,其薄膜电阻率最低,约为34μΩ·cm。

聚焦离子束沉积铂纳米导线的电学失效机理

研究了聚焦离子束(FIB)沉积Pt纳米导线的电学失效行为及其机理。FIB沉积Pt纳米导线在集成电路修复和微型电极制备等领域有重要应用,其电学特性及失效行为研究对器件结构设计及性能测试具有重要意义。直流电学测试中电压接近9 V时,电流快速上升并发生断路。经扫描电子显微镜(SEM)和原位X射线能谱(EDS)分析发现,断路后Pt纳米导线中有球状结构析出,球状结构中Pt与C的原子数分数之比是原始薄膜中的4倍,周围物质变得疏松甚至发生局部断裂,且Pt的原子数分数降低,从而形成不导电结构。进一步对样品进行升温电学测试,结果表明,在120℃以上Pt纳米导线在内部电流与外部加热共同作用下发生Pt晶粒生长及团聚,使Pt空缺的间隙变大,从而造成Pt纳米导线的电学失效。

利用FR内耗峰对高锰奥氏体合金钢高温时效动力学过程的研究

采用内耗方法分析了高锰奥氏体合金钢在720℃时效不同时间MC型碳化物析出动力学过程。结果表明,随着时效时间增加,其在652 K左右出现的FR内耗峰强逐渐降低且峰宽变窄。证明了时效过程固溶于奥氏体间隙中的C发生了重新分配,碳化物不断析出导致基体合金含量降低。基于720℃时效不同时间FR内耗峰峰强变化,并结合JMA方程证明了在720℃时效过程中,间隙C原子与奥氏体基体中固溶合金原子形成的碳化物以缺陷为核心形核长大。基于内耗分析结果,通过理论计算分析奥氏体合金钢中碳化物(MC型)时效析出过程,可见通过FR峰峰强变化可分析高锰奥氏体合金钢中碳化物析出动力学。

3DAP研究高碳高合金钢深冷处理过程的C偏聚行为

将高碳高合金钢SDC99分别在1030℃奥氏体化30 min后油淬、在-196℃液氮中深冷处理8 h及210℃回火2 h.采用三维原子探针（3DAP）技术分析了淬火态、深冷态、回火态C原子的空间分布;用XRD研究了3种热处理状态下马氏体轴比、马氏体中含C量的变化;用SEM原位观察深冷前后碳化物的形貌.结果表明,C原子在深冷处理过程中偏聚于马氏体孪晶界,形成厚度为5~10 nm的偏聚区.210℃低温回火过程中,C进一步偏聚形成富C相或与合金原子形成M23C6型碳化物.

采用飞秒激光制备REBCO超导带材微桥结构的研究

采用飞秒激光器制备了基于第二代高温超导带材(REBCO)的微桥结构。激光共聚焦显微镜以及扫描电镜进行表征,结果表明微桥刻蚀区超导层被完全刻蚀,可以有效约束电流的通路。此外,开展了液氮温区自场条件下临界电流测试,临界电流成比例缩小,n值稍有减少。研究结果表明,采用飞秒激光器制备高质量高鲁棒性的微桥,可以极大的提高效率,为后续进一步在极端条件下测试具有较高载流能力的高温超导带材样品奠定基础。