Cl_2/Ar/O_2环境下使用光刻胶掩膜的感应耦合等离子体(ICP)刻蚀GaAs的研究

自1970年,元件制造首先采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术后,至今30多年,它的发展与集成电路和光电子器件发展密不可分,很大程度上,干法刻蚀的水平决定了整个产业的水平和规模。在本文中,本课题组使用ICP刻蚀技术刻蚀GaAs材料,在Cl_2/Ar/O_2环境下,研究控制刻蚀气流组成成分,刻蚀气流总速率等不同的刻蚀条件对于GaAs材料刻蚀速率的影响。实验表明,当刻蚀气流的成分不变的情况下,GaAs的刻蚀速率随着总刻蚀气流速率的增加而增加。刻蚀孔径的大小和Cl_2的含量多少也会影响GaAs的刻蚀速率。当O_2的含量在5%左右或者大于5%的实验中,GaAs材料的刻蚀表面的粗糙度几乎没有被刻蚀所影响。同时,给出了实验现象的简要分析和解释。

感应耦合等离子体刻蚀在聚合物光波导制作中的应用

提出了利用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术提高聚合物光波导器件性能的方法,介绍了ICP刻蚀技术的原理和优点。选取聚甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸环氧丙酯(P(MMA-GMA))作为波导材料,采用氧气作为刻蚀气体,研究了ICP参数变化对刻蚀效果的影响。介绍了倒脊形光波导的制备过程,采用改变单一工艺参数的方法,分析了刻蚀效果随时间、功率、压强、气体流量等参数的变化,对参数优化后刻蚀得到的凹槽和平板结构进行了表征。实验结果表明:在天线射频功率为300 W,偏置射频功率为30 W,气体压强为0.5 Pa,氧气流速为50 cm3/min的条件下,可获得侧壁陡直、底面平整的P(MMA-GMA)凹槽结构。

InSb阵列探测芯片的感应耦合等离子反应刻蚀研究

利用感应耦合等离子（ICP）反应刻蚀（RIE）进行了InSb阵列芯片台面刻蚀,并利用轮廓仪、SEM及XRD对台面形貌以及刻蚀损伤进行分析。采用优化的ICP刻蚀参数,实现的刻蚀速率为70-90 nm/min,刻蚀台阶垂直度-80°,刻蚀表面平整光滑、损伤低。与常规的湿法腐蚀相比,明显降低了侧向钻蚀。台面采用此反应刻蚀工艺,制备了具有理想I-V特性的320×256 InSb探测阵列芯片,在-500 mV到零偏压范围内,光敏元（面积23μm×23μm）的动态阻抗（Rd）大于100 MΩ。

基于CF_4/Ar高密度感应耦合等离子体的BZN薄膜的刻蚀工艺研究

使用CF4/Ar高密度感应耦合等离子体(ICP)对磁控溅射法制得的铌酸锌铋(BZN)薄膜进行了干法刻蚀工艺研究。分析了BZN薄膜的刻蚀速率随工艺气体流量比、总流量和工作压强的改变而出现极大值的原因,展示了BZN薄膜的刻蚀速率随ICP功率的增大而线性增加的趋势。研究结果表明,使用CF4/Ar感应耦合等离子体对BZN薄膜进行刻蚀的机理为物理辅助的化学反应刻蚀。BZN薄膜的最佳刻蚀工艺参数为CF4/Ar流量比3/2、总流量25sccm、工作压强1.33Pa、ICP功率800W,使用此参数对BZN薄膜进行刻蚀,最大刻蚀速率为26nm/min,刻蚀后薄膜边缘齐整、表面光滑、形状完整。

感应耦合等离子体干法刻蚀中光刻胶掩模的异常性

利用光刻胶作刻蚀掩模对半导体样品进行感应耦合等离子体干法刻蚀时发现光刻胶掩模在刻蚀后表面出现凸起和孔洞等异常现象,等离子体会透过部分孔洞对样品表面产生刻蚀损伤。利用探针式表面轮廓仪和激光共聚焦显微镜对这些异常现象进行了分析,认为是刻蚀时等离子体气氛中的紫外线对作为掩模的光刻胶进行了曝光作用而释放出一定量的氮气,从而在光刻胶内外形成了压强差而使光刻胶局部表面产生微凸起;当光刻胶的强度无法阻止内部氮气的膨胀时,则会发生类似爆炸的效果,在光刻胶表面形成孔洞状缺陷,导致掩模保护作用的失效。

HfO_2在CHF_3,Ar和H_2的感应耦合等离子体中的刻蚀行为

通过改变偏压功率和气体气压的宏观条件 ,利用CHF3 ,Ar和H2 的感应耦合等离子体 (ICP)对HfO2 和RZJ 30 6光刻胶进行了刻蚀选择性实验研究。结果表明 ,HfO2 与等离子体化学相互作用的刻蚀产物属于非挥发性的 ,容易造成边墙的堆积而形成“驼峰”形 ,因而需要借助于Ar+ 的辅助轰击来消除边墙堆积 ,典型的HfO2 /光刻胶的刻蚀选择比在 0 2～ 0 .5之间。在射频源功率 4 0 0W、气压 0 5Pa、射频偏压 - 4 0 0V、流量比为Ar∶CHF3 ∶H2 =4 0sccm∶18sccm∶2sccm的优化条件下 ,利用感应耦合等离子体刻蚀特性 ,对光刻胶作为掩膜的HfO2 /BK7玻璃进行刻蚀 ,扫描电镜的测试结果表明 ,光栅的图形转移效果较好。红外激光波长为 10 6 4nm时 ,所测得的光栅二级衍射效率在 71%以上。

感应耦合等离子体选择性刻蚀GaN/AlGaN

采用Cl2/Ar作为刻蚀气体,研究了在感应耦合等离子体干法刻蚀GaN、Al0.27Ga0.73N材料中工艺参数对刻蚀速率及选择比的影响.GaN与Al0.27Ga0.73N之间的刻蚀选择比随自偏压的增大而减小,随感应耦合等离子体功率的增大变化不大.在Cl2/Ar为3:1的刻蚀气体中加入10%的O2对GaN刻蚀速率影响不大,却使Al0.27Ga0.73N刻蚀速率明显下降,从而提高了GaN与Al0.27Ga0.73N之间的刻蚀选择比.对比了采用不同自偏压刻蚀的Al0.27Ga0.73N材料肖特基的特性,发现反向漏电流随自偏压的增大而增大.

Cl_2/Ar感应耦合等离子体刻蚀Si工艺研究

采用Cl2/Ar感应耦合等离子体(ICP)对单晶硅进行了刻蚀,工艺中用光刻胶作掩膜。研究了气体组分、ICP功率和RF功率等工艺参数对硅刻蚀速率和硅与光刻胶刻蚀选择比的影响,同时还研究了不同工艺条件对侧壁形貌的影响。结果表明,由于物理刻蚀机制和化学刻蚀机制的相对强度受到混合气体中Cl2和Ar比例的影响,硅刻蚀速率随着Ar组分的增加而降低,同时选择比也随之降低。硅刻蚀速率随着ICP功率的增大先增大继而减小,选择比则成上升趋势。硅刻蚀速率和选择比均随RF功率的增大单调增大。在Cl2/Ar混合气体的刻蚀过程中,离子辅助溅射是决定硅刻蚀效果的重要因素。同时,文中还研究分析了刻蚀工艺对于微槽效应和刻蚀侧壁形貌的影响,结果表明,通过提高ICP功率可以有效减小微槽和平滑侧壁。进一步研究了SiO2掩膜下,压强改变对于硅刻蚀形貌的影响,发现通过降低压强,可以明显地抑制杂草的产生。

碳氟感应耦合等离子体的SiO_2介质刻蚀的研究

使用感应耦合等离子体技术,通过改变源气体流量比R(R=[C4F8]/{[C4F8]+[Ar]})、射频源功率、自偏压等条件进行了SiO2介质刻蚀实验研究。碳氟等离子体的特征由朗谬探针和发射光谱技术来表征。结果表明,SiO2的刻蚀速率随放电源功率和射频自偏压的增大而单调上升,与R的关系则存在R=8%处的刻蚀速率峰值。C2基团的发射谱线强度随R的变化类似于SiO2刻蚀速率对R的依赖关系,对此给出了解释。在此基础上,对SiO2介质光栅进行了刻蚀。结果显示,在较大的R及自偏压等条件下,刻蚀后的槽形呈轻微的锥形图案,同时光刻胶掩膜图形出现分叉。结合扫描电镜技术对此进行了分析,认为光刻胶表面与侧面的能量传递和聚合物再沉积是导致出现上述现象的原因。

基于ICP的Ar等离子体干法刻蚀Ti/Ni/Ag薄膜

在电感耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺中,选择合适的刻蚀条件对Ti/Ni/Ag薄膜的刻蚀至关重要。使用氩气(Ar)作为刻蚀气体,研究了射频偏压功率、气体体积流量、腔体压强、刻蚀时间等多个参数对功率芯片背面Ti/Ni/Ag薄膜刻蚀深度的影响,并优化刻蚀工艺参数。实验结果表明,调节射频偏压功率和Ar体积流量可以显著影响刻蚀速率,进而对薄膜的微结构进行有效调控。通过优化工艺参数,在射频偏压功率300 W、Ar体积流量40 cm^(3)/min、腔体压强1.2 Pa、刻蚀时间50 min下,芯片Ti/Ni/Ag薄膜的刻蚀深度达到283.25μm,有效提升了刻蚀效率和刻蚀精度。

基于SF_(6)/Ar的电感耦合等离子体干法刻蚀β-Ga_(2)O_(3)薄膜

使用SF_(6)/Ar混合气体作为刻蚀气体,采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀方法,研究了不同激励功率和偏置功率对Ga_(2)O_(3)薄膜刻蚀速率的影响以及不同刻蚀时间对表面粗糙度的影响,并观察了光刻胶的损伤情况以调整刻蚀工艺参数。实验结果表明,适度地增大激励功率和偏置功率可以提高刻蚀速率;合适的刻蚀时间可以在得到低粗糙度表面的同时不会过度损伤光刻胶掩膜。通过优化工艺参数,在激励功率为600 W、偏置功率为150 W、刻蚀时间为17 min下,可得到30 nm/min的Ga_(2)O_(3)薄膜刻蚀速率,刻蚀表面的垂直度高、粗糙度低,同时光刻胶掩膜形貌完好。

Cl_2/BCl_3感应耦合等离子体GaN刻蚀侧壁形貌研究

基于感应耦合等离子体干法刻蚀技术,对采用Cl2/BCl3气体组分下GaN刻蚀后的侧壁形貌进行了研究。扫描电镜(SEM)结果表明,一定刻蚀条件下,刻蚀后GaN侧壁会形成转角与条纹状褶皱形貌。进一步实验,观察到了GaN侧壁转角形貌的形成过程;低偏压功率实验表明,高能离子轰击是GaN侧壁转角与条纹状褶皱形貌形成的原因。刻蚀过程中,掩蔽层光刻胶经过高能离子一段时间轰击后,其边缘首先出现条纹状褶皱形貌,并转移到GaN侧壁上,接着转角形貌亦随之出现并转移到GaN侧壁上。这与已公开发表文献认为的GaN侧壁条纹状褶皱仅由于掩蔽层边缘粗糙所引起而非刻蚀过程中形成的解释不同。

基于感应耦合等离子刻蚀技术的三维微拉伸梁制作工艺

根据感应耦合等离子(Inductively coupled plasma,ICP)刻蚀的机理,针对热氧化硅薄膜微拉伸梁的结构特点,研究ICP刻蚀制作3D微拉伸梁结构的工艺并解决其中的难点问题。介绍ICP刻蚀工艺参数对刻蚀质量的影响,包括存在的微负载效应和深宽比效应。详细介绍热氧化硅薄膜微拉伸梁的制作,其关键步骤是双掩膜两次ICP刻蚀形成阶梯状窗口结构,并在硅衬底表面形成释放了的热氧化硅薄膜梁。利用ICP刻蚀对单晶硅的高选择性,此制作工艺适用于各种薄膜的微拉伸梁制作。

铂电极的电感耦合等离子体刻蚀工艺研究

铂(Pt)金属因其特有的优良性能被广泛用作电极材料,干法刻蚀是获得器件图形的关键工艺技术,另外为了避免使用有毒性的Cl_(2),本文采用Ar/BCl_(3)作为刻蚀工艺气体,光刻胶作为刻蚀掩膜,对Pt电极材料做了干法刻蚀工艺的研究,系统地分析了电感耦合等离子体源功率、射频偏压功率、气体流量比例、工艺气压以及基板温度对刻蚀速率和刻蚀形貌的影响。得到刻蚀速率为159.7 nm/min,侧壁角度为63°,片内刻蚀速率均匀性(152.4 mm、5个点、边缘去边5 mm)为±1.75%,关键尺寸损失量小于1%的刻蚀结果。

感应耦合等离子体刻蚀机的原理与故障分析

介绍了ICPE法工艺的基本原理及其设备的基本结构。分析了影响ICP工艺刻蚀速率的主要因素。根据多年维修经验,分析总结了ICP设备常见故障现象并给出了相应的解决方法。

Cl_2基气体感应耦合等离子体刻蚀GaN的工艺

采用Cl2/He对GaN基片进行感应耦合等离子体刻蚀,并比较了相同条件下使用Cl2/He,Cl2/Ar对GaN基片进行刻蚀的优劣.实验中通过改变ICP功率、直流自偏压、气体总流量和气体组分等方式,讨论了这些因素对刻蚀速率和刻蚀后表面粗糙度的影响.实验结果表明,用Cl2/He气体刻蚀GaN材料可以获得较高的刻蚀速率,最高可达420nm/min.同时刻蚀后GaN材料的表面形貌也较为平整,均方根粗糙度(RMS)可达1nm以下.SEM图像显示刻蚀后表面光洁,刻蚀端面陡直.最后比较了相同条件下使用Cl2/He,Cl2/Ar刻蚀GaN基片的刻蚀速率、表面形貌,以及制作n型电极后的比接触电阻.

感应耦合等离子刻蚀技术研究

依据感应耦合等离子体的刻蚀机理,对影响刻蚀的两个重要参数及先进的硅刻蚀技术进行了较深入的研究,并对影响刻蚀效果的参数进行了实验研究,刻蚀出了20μm深,2μm宽的谐振器结构,得到了最佳的工艺参数。

感应耦合等离子体刻蚀InSb时偏压射频源功率的选取

以CH4/H2/Ar为刻蚀气体,对带有SiO2掩膜图形的N型InSb晶片进行了感应耦合等离子体(ICP,inductively coupled plasma)刻蚀。研究了不同偏压射频源(RF)功率对InSb的刻蚀速率、刻蚀表面粗糙度以及InSb与SiO2的刻蚀选择比的影响,得到了ICP刻蚀InSb时的一个优选的偏压射频源功率值。结果表明:当偏压射频源功率为150 W,ICP功率为800 W,反应室压力为1.0 Pa,CH4/H2/Ar的体积流量比为3/10/1时,InSb的刻蚀速率可达90 nm/min,刻蚀表面的平均粗糙度(Ra)约为6.1 nm,InSb与SiO2的刻蚀选择比约为6。

感应耦合等离子体干法刻蚀中光刻胶异常变性的改善

通过不同感应耦合等离子体刻蚀条件下进行的玻璃基板发生光刻胶变性的位置,研究光刻胶变性与下部电极结构的相关性。研究结果表明:下部电极的Dam区对玻璃基板的冷却效果较差,导致该区域的玻璃基板上光刻胶容易产生变性。经过对下部电极Dam区的改造可以有效增大玻璃基板的冷却范围,改善光刻胶变性残留问题。

基于 CFDRC 的感应耦合等离子体离子数密度空间分布仿真

为研究感应耦合等离子体(ICP)沉积装置放电腔与线圈结构以及工艺参数对等离子体分布的影响,基于商业软件CFDRC中等离子体与电磁场模块建立了ICP沉积装置2维放电模型。在典型的ICP反应器中,等离子体反应主要由电子、重粒子间的碰撞来决定。利用不带电的流体模型求解分子、原子和基团等中性粒子的动量和质量守恒方程,而对离子带电粒子,考虑电场力的作用来求解动量方程;电子通量密度的计算是通过求解漂移扩散近似方程而获得的。通过此方法仿真研究了典型工艺条件下(气压0.25 Pa,功率90 W,体积流量120 L/s)等离子体离子数密度的空间分布,对比了不同功率(20、60、90、150 W)、不同抽气体积流量(60、100、140、160 L/s)条件下放电腔内ICP等离子体参数的变化规律。模拟结果表明:离子数密度随体积流量的增加而大幅度增加,随功率的增加而缓慢增加;空间离子数密度峰值出现在放电腔中心区域,随体积流量的增大而逐渐下移。