铝溅射沉积速率与刻蚀槽深度变化关系研究

采用磁控溅射法制备铝膜是微电子工艺制备金属薄膜最常用的工艺之一,然而在使用磁控溅射设备制备铝膜时,往往会发现调用同一个工艺菜单,制备出的铝膜厚度会有所不同,最大相差接近40%。这对于制备高精度膜厚的铝膜具有严重的影响。我们研究发现在相同的工艺条件下,铝膜的溅射速率随着靶材的消耗先增加,后降低。通过研究靶材刻蚀槽的形状,利用磁力线分布的变化和"空心阴极效应"理论解释了溅射速率产生变化的原因,并根据大量的统计数据,利用Origin软件模拟出铝膜溅射速度与刻蚀槽深度之间的关系公式。这为教学实验、真空镀膜工艺和集成电路生产领域高精度溅射铝膜提供参考。

用于MEMS的硅湿法深槽刻蚀技术研究

针对用于MEMS的硅湿法深槽刻蚀技术,对KOH腐蚀液的配方、掩蔽技术等关键技术进行了研究,获得了优化的KOH腐蚀条件;利用该技术,成功地刻蚀出深度高达315μm、保护区域完好的深槽。为硅基MEMS体加工获得微机械结构提供了一个好方法。

硅深槽ICP刻蚀中刻蚀条件对形貌的影响

以SF6/C2H4为刻蚀气体,使用Corial200IL感应耦合等离子体(ICP)刻蚀系统,进行Si等离子刻蚀技术研究。通过调节刻蚀气体SF6与侧壁钝化保护气体C2H4的流量比和绝对值等工艺参数,对深Si刻蚀的形貌以及侧壁钻蚀情况进行改善,使该设备能够满足深硅刻蚀的基本要求,解决MEMS工艺及TSV工艺中的深硅刻蚀问题。实验结果表明,Corial200IL系统用SF6作等离子体刻蚀气体,对Si的刻蚀具有各向同性;C2H4作钝化气体,能够对刻蚀侧壁进行有效的保护,但由于C2H4的含量直接影响刻蚀速率和选择比,需对其含量及配比严格控制。研究结果为:SF6含量为40sccm、C2H4含量为15sccm时能够有效控制侧壁钻蚀,且具有较大的选择比,初步满足深硅槽刻蚀的条件。

硅的深槽刻蚀技术研究

研究了采用等离子刻蚀机对硅进行深槽刻蚀中掩蔽层的选择及横向腐蚀的抑制等工艺问题。实验发现,以氟基气体作为工艺气体,铝或铝合金作为掩蔽层时,可以获得极高的选择比;通过增大射频功率,改变气体组分,气体流量等方法,可以较好地解决等离子刻蚀中的各向同性问题。

ICP硅深槽刻蚀中的线宽控制问题研究

在高密度反应离子刻蚀技术中 ,存在明显的线宽损失 ,对小尺寸MEMS结构影响很大 ,将使MEMS器件灵敏度下降 ,稳定性降低。本文介绍了一种减小线宽损失的新工艺技术 ,在初始阶段的刻蚀步骤中加入剂量逐渐递减的钝化气体C4 F8,同时适当减小循环周期的刻蚀时间 ,使线宽损失由原来常规刻蚀工艺中的 15 5nm减少到 5 5nm。此项技术已经应用于MEMS陀螺的制造工艺中 。

SiC材料的ICP-RIE浅槽刻蚀工艺

介绍了用于SiC器件浅槽制作的ICP-RIE刻蚀原理,选用Cl2/Ar混合气体对SiC材料进行浅槽刻蚀,研究了ICP功率和RIE功率对刻蚀速率、刻蚀后表面粗糙度及刻蚀倾角的影响,得到了刻蚀速率、刻蚀后表面粗糙度及刻蚀倾角随刻蚀功率的变化规律。最终得到了用于SiC器件浅槽刻蚀的最优刻蚀条件。实验结果表明,RIE功率和ICP最优功率配比分别为12和500 W。该刻蚀条件应用于SiC MESFET制备中,进行了多凹槽栅结构的浅槽刻蚀,实现了多凹槽栅结构。不同深度栅凹槽的片内均匀性均达到了4%以内,片间均匀性也达到了5%,工艺稳定性及均匀性均达到了批量生产要求。

HBr反应离子刻蚀硅深槽

对ＨＢｒ反应离子刘蚀硅和ＳｉＯ＿２进行了实验研究。介绍了ＨＢｒ等离子体的刻蚀特性，讨论了ＨＢｒ反应离子刻蚀硅的刻蚀机理，研究了ＨＢｒ中微量氧、碳对ＨＢｒＲＩＥ刻蚀过程的影响。实验表明，ＨＢｒ是一种刻蚀硅深槽理想的含原子溴反应气体。采用ＨＢｒＲＩＥ，可获得高选择比（对Ｓｉ／ＳｉＯ＿２）和良好的各向异性。

硅槽刻蚀技术中的源气体选择

源气体及组分的选择是硅槽刻蚀技术的关键因素。本文介绍了刻蚀过程中源气体及组分对硅的作用方式，从刻蚀速率、侧壁钝化、损伤、刻蚀均匀性等方面分析比较了近年来所出现的几种硅糟刻蚀用源气体及组分。

台槽刻蚀对埋栅型静电感应晶体管特性的影响

对埋栅型SIT,为切断栅极和源极(或阴极)之间在外延过程中形成的连体,打开栅电极区,进行外延后的台面刻蚀,对台面刻蚀的深度和形状进行研究;为消除栅墙外划片边界造成的各种寄生效应,在有源区的外面挖深槽,以保证栅源击穿发生在内部、实现击穿接近理论值。对先刻蚀台面还是先刻蚀槽的问题做了实验对比,结果发现先台后槽更有利于器件特性的改善。

MEMS中硅湿法深槽刻蚀工艺的研究

针对硅基MEMS湿法深槽刻蚀技术的难点,在硅材料各向异性腐蚀特性的基础上探索了湿法工艺。对腐蚀液含量、温度、添加剂含量对刻蚀速率及表面粗糙度的影响,掩膜技术等进行了实验研究,优化得到了最佳刻蚀条件。应用该技术成功地刻蚀出深度高达330μm的深槽,为MEMS元器件的加工提供了一种参考方法。

一种新的硅深槽刻蚀技术研究

本文报告了一种获得侧壁陡直的硅深槽新技术．实验中采用一种新材料──氮化锆（ＺｒＮ）作为反应离子刻蚀的掩模，所需掩模厚度约５００．采用氟基气体ＳＦ６作为刻蚀气体，并附加Ａｒ和Ｏ２，这样刻蚀过程中在槽的侧壁会形成氧化硅作为阻挡刻蚀层，结果得到了深约６μｍ，侧壁垂直接近９０°的硅深槽．

工艺参数对Si深槽刻蚀的影响

采用Bosch技术研究了在Si深槽刻蚀中刻蚀/钝化比、刻蚀阶段钝化气体保护时间、刻蚀和钝化工艺重叠时间等工艺参数对刻蚀结果的影响。通过不同工艺条件的试验,发现刻蚀钝化比是影响侧壁结构的主要因素,其大小直接影响了深槽的垂直度;适当增加刻蚀阶段钝化气体通入时间对减小线宽损失有很大的作用,但增加过多会产生长草效应;合适的刻蚀和钝化工艺重叠时间,不仅可以减小侧壁表面的起伏度,还可以一定程度上减小线宽损失。采用刻蚀/钝化比为7:5、刻蚀阶段钝化气体通入时间为25min、刻蚀、钝化工艺重叠时间分别为0.5、1s的工艺条件,成功地实现了一个垂直度达(90±0.1)°、深40μm、线宽损失小于50nm的Si深槽刻蚀结构。

深槽刻蚀侧壁平坦化技术

介绍了一种博世(Bosch)工艺深槽刻蚀后的侧壁平坦化技术。优化深槽刻蚀工艺参数使侧壁扇贝褶皱的尺寸降低至约52 nm,然后在1 100℃炉管中热氧化生长100 nm牺牲氧化层,再用HF酸漂洗工艺去除牺牲氧化层得到完全光滑的侧壁形貌。研究表明,扇贝褶皱的底部沿<100>晶向氧化,而顶部沿<110>晶向氧化的矢量叠加方向。当热氧生长厚度较薄时,氧化行为倾向于线性氧化,由于线性氧化的速率常数强烈依赖晶向取向,因此氧化一定时间后,顶部的氧化深度与底部的氧化深度达到一致。基于上述氧化机制,Si/Si O2界面变得平滑陡直。

沟槽肖特基器件Si深槽刻蚀工艺

深硅刻蚀工艺是制造沟槽肖特基器件的关键技术。Si深槽的深度影响肖特基反向击穿电压,深槽的垂直度影响多晶Si回填效果,侧壁平滑度及深槽底部长草现象对器件的耐压性能影响显著。采用SF6/O2常温刻蚀工艺刻蚀Si深槽。研究了工艺压力、线圈功率、SF6/O2比例以及下电极功率等参数对沟槽深度均匀性和垂直度的影响。得到了使Si深槽形貌为槽口宽度略大于槽底,侧壁光滑,且沟槽深度均匀性为2.3%左右的工艺条件。利用该刻蚀工艺可实现沟槽多晶Si无缝回填。该工艺条件成功应用于沟槽肖特基器件制作中,反向击穿电压达到58 V,反向电压通48 V,漏电流为11.2μA,良率达到97.55%。

平滑陡直的Si深槽刻蚀方法

Si深槽刻蚀技术在MEMS器件加工中具有重要的作用,现有的刻蚀方法在选择比和各向异性问题上各有优缺点。常用的Bosch工艺采取了钝化与刻蚀交替进行的措施,但具有侧壁粗糙的缺点。提出了不同于Bosch工艺的新刻蚀方法,采用刻蚀反应和淀积钝化反应同时进行并保持化学平衡的方法,取得了平滑陡直的刻蚀效果。在电感耦合等离子体刻蚀机ICP-98A上的实验结果表明,在直径100mm的光刻胶掩蔽Si片上,刻蚀深度为39.2μm,光刻胶剩余4.8μm,侧壁表面满足平滑陡直的要求。

深槽刻蚀工艺参数及干法清洗工艺的研究

本文研究了博世(Bosch)工艺的工艺参数及清洗工艺对刻蚀结果的影响。通过调节工艺参数(包括SF6气体的流量、工艺气压、上电极(Source)功率、下电极偏压(bias)功率、C4F8钝化切换时间)研究其对刻蚀速率、选择比及刻蚀形貌的影响,得到了工艺参数的一般性规律及本实验的最佳工艺条件,刻蚀速率1.77μm/min,选择比为91.23,深槽CD差在-0.2μm左右,刻蚀形貌为倒梯形且接近垂直。同时对干法清洗工艺进行了研究,解决长草异常的同时,提供了一种深槽刻蚀工艺维护的方法。

SOI深槽刻蚀Notching效应的研究

本文研究了高频(13.56 MHz)和低频(380 KHz)深槽刻蚀机,对SOI硅片深槽刻蚀横向切口(notching)效应的影响。结果表明:过刻蚀量(OE)在20%时,高频设备发生notching现象,但是随着槽尺寸的增大,notching的横向刻蚀量呈线性下降;低频设备在OE为90%时仍没有明显notching现象。研究表明SF6等离子体频率较低,难以响应高频射频场;以及高频设备刻蚀离子垂直方向性较强,易造成介质层电荷积累是导致notching效应的主要原因。

PZT薄膜的深槽反应离子刻蚀研究

研究了锆钛酸铅(PZT)薄膜的深槽反应离子刻蚀(DRIE)技术。首先,对比了3种工艺气氛条件下(SF6/Ar、CF4/Ar和CHF3/Ar)刻蚀PZT的效果。实验结果表明,3种工艺气氛下,刻蚀速率都随功率的增加而增加。相同功率下,SF6/Ar的刻蚀速率最高;而CHF3/Ar刻蚀PZT的图形形貌最好,对光刻胶的选择比也最好。最后得出了优化的工艺条件为采用CHF3/Ar,射频(RF)功率为160 W,气体流量比为3∶4(CHF3∶Ar=30 cm3/min:40 cm3/min)时,PZT薄膜的刻蚀速率为9 nm/min,光刻胶的选择比为7。

反应离子刻蚀硅槽工艺研究

在CMOS多晶硅刻蚀工艺的基础上进行工艺开发,采用氯气和溴化氢气体进行硅槽刻蚀。通过对功率、压力、气体流量等工艺参数拉偏,用扫描电子显微镜观察硅槽侧壁形貌,分析各参数在反应离子刻蚀中所起到的作用,得到对硅槽形貌影响较大的因素,最终得到一种能够与CMOS工艺兼容的硅槽刻蚀方法。该方法能够制作出深度6μm、深宽比4∶1、侧壁光滑的硅槽,可以用于光电继电器、硅电容等新型器件的研发。

基于双倾斜沟槽结构的O波段单纵模Fabry-Pérot激光器

基于双倾斜刻蚀沟槽结构成功实现了无需二次外延生长的单纵模Fabry-Pérot(F-P)激光器。分析了F-P谐振腔中存在刻蚀沟槽的谐振条件,沟槽的倾斜有利于获得稳定的单纵模输出。为了进一步研究斜槽宽度对器件输出性能的影响,在保持沟槽倾斜角为4°的前提下,制备了不同斜槽宽度的激光器器件,测试发现,当斜槽的刻蚀宽度为1.5μm时器件的单模输出性能最佳。该器件在70 mA连续电流注入下展现出了高达40 dB的边模抑制比,并且在不同的电流注入下均保持稳定的单纵模输出。在25~70℃的测试范围内,有斜槽时光谱红移速率仅为0.12 nm/℃,远小于无斜槽时0.6 nm/℃的红移速率,进一步证实了斜槽的引入可以有效地实现稳定的单纵模输出,展示出了在光通信应用的潜力。