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2023-06-07 14:25發(fā)布了技術(shù)文章
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ALD技術(shù)在GaN功率器件上的優(yōu)勢(shì)
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2023-04-12 14:26發(fā)布了行業(yè)資訊
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季華實(shí)驗(yàn)室磁控濺射系統(tǒng)順利驗(yàn)收
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2023-04-12 14:26發(fā)布了問(wèn)答
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季華實(shí)驗(yàn)室磁控濺射系統(tǒng)順利驗(yàn)收
- 季華實(shí)驗(yàn)室磁控濺射系統(tǒng)順利驗(yàn)收近日，NANO-MASTER工程師至季華實(shí)驗(yàn)室，順利安裝驗(yàn)收NSC-3500型磁控濺射系統(tǒng)！磁控濺射系統(tǒng)主要用于半導(dǎo)體應(yīng)用，同時(shí)也可以用于各種需要進(jìn)行微納工藝濺射鍍膜的情形。可用于金屬材料（金、銀、銅、鎳、鉻等）的直流濺射、直流共濺射，絕緣材料（如陶瓷等）的射頻濺射，以及反應(yīng)濺射能力。基片可支持硅片，氧化硅片，玻璃片，以及對(duì)溫度敏感的有機(jī)柔性基片等。設(shè)備優(yōu)勢(shì)01鍍膜均勻性對(duì)于最關(guān)鍵的鍍膜的均勻性方面，對(duì)于6”硅片的金屬材料鍍膜，NANO-MASTER可以達(dá)到優(yōu)于3%的鍍膜均勻度，而一些設(shè)備只能穩(wěn)定在5%甚至更高。02設(shè)備制造工藝在配備相似等級(jí)的分子泵及機(jī)械泵的情況下，NANO-MASTER具有更快的抽真空速率，比如可以在20-25分鐘左右就達(dá)到高真空工藝，而一些設(shè)備則需要30-40分鐘。腔體真空的穩(wěn)定度影響鍍膜的性能。03工藝的可重復(fù)性NANO-MASTER設(shè)備在工藝控制方面，有更高的自動(dòng)化能力，通過(guò)PC控制，減少人工干預(yù)造成的工藝偏差。而一些設(shè)備要求人工配合，導(dǎo)致不同人采用同樣的工藝做出來(lái)的效果不同，甚至同一個(gè)人在不同時(shí)間運(yùn)行相同的工藝做出來(lái)的效果也不同。04設(shè)備緊湊性一些設(shè)備在滿足相同性能情況下，由于加工的精密度方面的差距，造成設(shè)備比較龐大，占地面積較大，使得實(shí)驗(yàn)室寶貴的空間被占用嚴(yán)重。而NANO-MASTER設(shè)備相對(duì)而言具有更緊湊的設(shè)計(jì)，占地面積也較小。05設(shè)備穩(wěn)定性進(jìn)口設(shè)備的維護(hù)率較低，可以保證設(shè)備較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行，而一些設(shè)備的故障率高，不利于設(shè)備的穩(wěn)定使用，經(jīng)常因?yàn)楣收嫌绊憣?shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行，影響科研進(jìn)度。
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2023-03-14 12:04發(fā)布了問(wèn)答
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等離子去膠機(jī)（Plasma Cleaner）
- 等離子去膠機(jī)（Plasma Cleaner） 為何要去除光刻膠？在現(xiàn)代半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)大量使用光刻膠來(lái)將電路板圖圖形通過(guò)掩模版和光刻膠的感光與顯影，轉(zhuǎn)移到晶圓光刻膠上，從而在晶圓表面形成特定的光刻膠圖形，然后在光刻膠的保護(hù)下，對(duì)下層薄膜或晶圓基底完成進(jìn)行圖形刻蝕或離子注入，最后再將原有的光刻膠徹底去除。去膠是光刻工藝中的最后一步。在刻蝕/離子注入等圖形化工藝完成后，晶圓表面剩余光刻膠已完成圖形轉(zhuǎn)移和保護(hù)層的功能，通過(guò)去膠工藝進(jìn)行完全清除。光刻膠去除是微加工工藝過(guò)程中非常重要的環(huán)節(jié)，光刻膠是否徹底去除干凈、對(duì)樣片是否有造成損傷，都會(huì)直接影響后續(xù)集成電路芯片制造工藝效果。 半導(dǎo)體光刻膠去除工藝有哪些？半導(dǎo)體光刻膠去除工藝，一般分成兩種，濕式去光刻膠和干式去光刻膠。濕式去膠又根據(jù)去膠介質(zhì)的差異，分為氧化去膠和溶劑去膠兩種類別。干式去膠適合大部分去膠工藝，去膠徹底且速度快，是現(xiàn)有去膠工藝中zui好的方式。 一、等離子去膠機(jī)簡(jiǎn)述：氧等離子去膠是利用氧氣在微波發(fā)生器的作用下產(chǎn)生氧等離子體，具有活性的氧等離子體與有機(jī)聚合物發(fā)生氧化反應(yīng)，使有機(jī)聚合物被氧化成水蒸汽和二氧化碳等排除腔室，從而達(dá)到去除光刻膠的目的，這個(gè)過(guò)程我們有時(shí)候也稱之為灰化或者剝離。氧等離子去膠相比于濕法去膠工藝更為簡(jiǎn)單、適應(yīng)性更好，去膠過(guò)程純干法工藝，無(wú)液體或者有機(jī)溶劑參與。當(dāng)然我們需要注意的是，這里并不是說(shuō)氧等離子去膠工藝100%好于濕法去膠，同時(shí)也不是所有的光刻膠都適用于氧等離子去膠，以下幾種情形我們需要注意：① 部分穩(wěn)定性極高的光刻膠如SU-8、PI（聚酰亞胺），往往膠厚也比較大，純氧等離子體去膠速率也比較有限，為了保證快速去膠，往往還會(huì)在工藝氣體中增加氟基氣體增加去膠速率，因此不只是氧氣是反應(yīng)氣體，有時(shí)候我們也需要其他氣體參與；② 涂膠后形成類非晶態(tài)二氧化硅的HSQ光刻膠。由于其構(gòu)成并不是單純的碳?xì)溲?，所以是無(wú)法使用氧等離子去膠機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)去膠；③ 當(dāng)我們的樣品中有其他需要保留的結(jié)構(gòu)層本身就是有機(jī)聚合物構(gòu)成的，在等離子去膠的過(guò)程中，這些需要保留的層也可能會(huì)在氧等離子下發(fā)生損傷；④ 樣品是由容易氧化的材料或者有易氧化的結(jié)構(gòu)層，氧等離子去膠過(guò)程，這些材料也會(huì)被氧化，如金屬AG、C、CR、Fe以及Al，非金屬的石墨烯等二維材料； 市面上常見(jiàn)氧等離子去膠機(jī)按照頻率可分為微波等離子去膠機(jī)和射頻等離子去膠機(jī)兩種，微波等離子去膠機(jī)的工作頻率為2.45GHz，射頻等離子去膠機(jī)的工作頻率為13.5MHz，更高的頻率決定了等離子體擁有更高的離子濃度、更小的自偏壓，更高的離子濃度決定了去膠速度更快，效率更高；更低的自偏壓決定了其對(duì)襯底的刻蝕效應(yīng)更小，也意味著去膠過(guò)程中對(duì)襯底無(wú)損傷，而射頻等離子去膠機(jī)其工作原理與刻蝕機(jī)相似，結(jié)構(gòu)上更加簡(jiǎn)單。因此，在光電器件的加工中，去膠機(jī)的選擇更推薦使用損傷更小的微波等離子去膠機(jī)。 二、等離子清洗去膠機(jī)的工作原理：氧氣是干式等離子體脫膠技術(shù)中的首要腐蝕氣體。它在真空等離子體脫膠機(jī)反應(yīng)室內(nèi)高頻和微波能的作用下，電離產(chǎn)生氧離子、自由氧原子O*、氧分子和電子混合的等離子體，其間氧化能力強(qiáng)的自由氧原子（約10-20%）在高頻電壓作用下與光刻膠膜發(fā)生反應(yīng)：O2→O*+O*，CxHy+O*→CO2↑+H2O↑。反應(yīng)后產(chǎn)生的CO2和H2O然后被抽走。 三、等離子去膠機(jī)的優(yōu)勢(shì)：1、等離子清洗機(jī)的加工過(guò)程易于控制、可重復(fù)且易于自動(dòng)化；使用等離子掃膠機(jī)可以使得清洗效率獲得更大的提高。整個(gè)清洗工藝流程幾分鐘內(nèi)即可完成，因此具有產(chǎn)率高的特點(diǎn)2、等離子掃膠機(jī)清洗對(duì)象經(jīng)等離子清洗之后是干燥的，不需要再經(jīng)干燥處理即可送往下一道工序，可以提高整個(gè)工藝流水線的處理效率；3、等離子掃膠機(jī)使得用戶可以遠(yuǎn)離有害溶劑對(duì)人體的傷害，同時(shí)也避免了濕法清洗中容易洗壞清洗對(duì)象的問(wèn)題；4、避免使用ODS有害溶劑，這樣清洗后不會(huì)產(chǎn)生有害污染物，因此這種清洗方法屬于環(huán)保的綠色清洗方法；5、等離子去膠機(jī)采用無(wú)線電波范圍的高頻產(chǎn)生的等離子體與激光等直射光線不同，等離子體的方向性不強(qiáng)，這使得它可以深入到物體的微細(xì)孔眼和凹陷的內(nèi)部完成清洗任務(wù)，因此不需要過(guò)多考慮被清洗物體的形狀；6、等離子去膠機(jī)在完成清洗去污的同時(shí)，還可以改良材料本身的表面性能，如提高表面的潤(rùn)濕性能、改良膜的黏著力等，這在許多應(yīng)用中都是非常重要的。 四、等離子去膠的主要影響因素：頻率選擇：頻率越高，氧越易電離形成等離子體。頻率太高，以至電子振幅比其平均自由程還短，則電子與氣體分子碰撞幾率反而減少，使電離率降低。一般常用頻率為 13.56MHz及2.45GHZ 。功率影響：對(duì)于一定量的氣體，功率大，等離子體中的的活性粒子密度也大，去膠速度也快；但當(dāng)功率增大到一定值，反應(yīng)所能消耗的活性離子達(dá)到飽和，功率再大，去膠速度則無(wú)明顯增加。由于功率大，基片溫度高，所以應(yīng)根據(jù)工藝需要調(diào)節(jié)功率。真空度的選擇：適當(dāng)提高真空度，可使電子運(yùn)動(dòng)的平均自由程變大，因而從電場(chǎng)獲得的能量就大，有利電離。另外當(dāng)氧氣流量一定時(shí)，真空度越高，則氧的相對(duì)比例就大，產(chǎn)生的活性粒子濃度也就大。但若真空度過(guò)高，活性粒子濃度反而會(huì)減小。氧氣流量的影響：氧氣流量大，活性粒子密度大，去膠速率加快；但流量太大，則離子的復(fù)合幾率增大，電子運(yùn)動(dòng)的平均自由程縮短，電離強(qiáng)度反而下降。若反應(yīng)室壓力不變，流量增大，則被抽出的氣體量也增加，其中尚沒(méi)參加反應(yīng)的活性粒子抽出量也隨之增加， 因此流量增加對(duì)去膠速率的影響也就不甚明顯。 五、等離子去膠機(jī)的應(yīng)用：1、光刻膠的去除、剝離或灰化2、SU-8的去除/ 犧牲層的去除3、有機(jī)高分子聚合物的去除4、等離子去除殘膠/去浮渣/打底膜5、失效分析中的扁平化處理6、表面沾污清除和內(nèi)腐蝕（深腐蝕）應(yīng)用7、清洗微電子元件，電路板上的鉆孔或銅線框架8、剝離金屬化工藝前去除浮渣9、提高黏附性，消除鍵合問(wèn)題10、塑料的表面改型：O2處理以改進(jìn)涂覆性能11、產(chǎn)生親水或疏水表面
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2023-03-14 12:04發(fā)布了技術(shù)文章
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等離子去膠機(jī)（Plasma Cleaner）
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2023-03-09 12:17發(fā)布了技術(shù)文章
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MOCVD金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積
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2023-03-02 15:31發(fā)布了問(wèn)答
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電子束蒸發(fā)鍍膜
- 電子束蒸發(fā)鍍膜 一、電子束蒸發(fā)鍍膜簡(jiǎn)述： 電子束蒸發(fā)鍍膜（Electron Beam Evaporation）是物理氣相沉積的一種，與傳統(tǒng)蒸鍍方式不同，電子束蒸鍍利用電磁場(chǎng)的配合可以精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)利用高能電子轟擊坩堝內(nèi)靶材，使之融化進(jìn)而沉積在基片上，電子束蒸鍍可以鍍出高純度高精度的薄膜。在高真空下，電子槍燈絲加熱后發(fā)射熱電子，被加速陽(yáng)極加速，獲得很大的動(dòng)能轟擊到的蒸發(fā)材料上，把動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱使蒸發(fā)材料加熱氣化，而實(shí)現(xiàn)電子束蒸發(fā)鍍膜。電子束蒸發(fā)源由發(fā)射電子的熱陰極、電子加速極和作為陽(yáng)極的鍍膜材料組成。電子束蒸發(fā)源的能量可高度集中，使鍍膜材料局部達(dá)到高溫而蒸發(fā)。通過(guò)調(diào)節(jié)電子束的功率，可以方便的控制鍍膜材料的蒸發(fā)速率，特別是有利于高熔點(diǎn)（Pt、W、Mo、Ta）以及高純金屬和化合物材料。 二、蒸鍍?cè)恚弘娮邮翦兪抢眉铀匐娮愚Z擊鍍膜材料，電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能使鍍膜材料加熱蒸發(fā)，并成膜。電子槍有直射式、環(huán)型和E型之分。電子束加熱蒸鍍的特點(diǎn)是能獲得極高的能量密度，最高可達(dá)109w/cm2，加熱溫度可達(dá)3000~6000℃，可以蒸發(fā)難熔金屬或化合物。被蒸發(fā)材料置于水冷的坩堝中，可避免坩堝材料的污染,制備高純薄膜。另外，由于蒸發(fā)物加熱面積小，因而熱輻射損失減少，熱效率高；但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，且對(duì)較多的化合物，由于電子的轟擊有可能分解，故不適合多數(shù)化合物的蒸鍍。電子束蒸鍍常用來(lái)制備Al、CO、Ni、Fe的合金或氧化物膜，SiO2、ZrO2膜，抗腐蝕和耐高溫氧化膜。 三、電子束蒸發(fā)鍍膜的特點(diǎn)： 電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)是在工業(yè)中比較常使用的薄膜制造設(shè)備，由于蒸發(fā)鍍膜機(jī)的特點(diǎn)在生產(chǎn)薄膜的時(shí)候發(fā)揮了巨大的作用，薄膜的產(chǎn)生主要是通過(guò)鍍膜機(jī)中的電子束的加熱產(chǎn)生的?！ ?、電子束加熱蒸發(fā)鍍膜的優(yōu)點(diǎn) （1）鍍膜機(jī)中的電子束加熱的方法與傳統(tǒng)的電阻加熱的方法相比，電子束加熱會(huì)產(chǎn)生更高的通量密度，這樣的話對(duì)于高熔點(diǎn)（熔點(diǎn)3000°C以上）的材料的蒸發(fā)比較有利，而且還可以使蒸發(fā)的速率得到一定程度上的提高?！ 。?）蒸發(fā)鍍膜機(jī)在工作的時(shí)候會(huì)將需要被蒸發(fā)的原材料放入到水冷銅坩堝內(nèi)，這樣就可以保證材料避免被污染，可以制造純度比較高的薄膜。 （3）電子束蒸發(fā)的粒子動(dòng)能比較的大，這樣會(huì)有利于薄膜的精密性和結(jié)合力。 （4）熱量可直接加到蒸鍍材料的表面，因而熱效率高，熱傳導(dǎo)和熱輻射的損失少?！ ?、電子束加熱蒸發(fā)鍍膜的缺點(diǎn) （1）電子束蒸發(fā)鍍膜機(jī)的整體的構(gòu)造比較復(fù)雜，價(jià)格相較于其他的鍍膜設(shè)備而言比較的偏高。 （2）鍍膜機(jī)在工作的時(shí)候，如果蒸發(fā)源附近的蒸汽的密度比較高的話，就會(huì)使得電子束流和蒸汽粒子之間發(fā)生一些相互的作用，將會(huì)對(duì)電子的通量產(chǎn)生影響，使得電子的通量散失或者偏移軌道。同時(shí)還可能會(huì)引發(fā)蒸汽和殘余的氣體的激發(fā)和電離，以此影響到整個(gè)薄膜的質(zhì)量。
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2023-03-02 15:31發(fā)布了技術(shù)文章
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電子束蒸發(fā)鍍膜
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2023-02-15 14:54發(fā)布了問(wèn)答
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真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)原理
- 真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)原理 一、蒸發(fā)鍍膜簡(jiǎn)述：真空蒸發(fā)鍍膜（簡(jiǎn)稱真空蒸鍍）是指在真空室中，加熱蒸發(fā)容器中待形成薄膜的原材料，使其原子或分子從表面氣化逸出，形成蒸氣流，入射到固體（稱為襯底或基片）表面，凝結(jié)形成固態(tài)薄膜的方法。由于真空蒸發(fā)法或真空蒸鍍法主要物理過(guò)程是通過(guò)加熱蒸發(fā)材料而產(chǎn)生，所以又稱熱蒸發(fā)法或者熱蒸鍍，所配套的設(shè)備稱之為熱蒸發(fā)真空鍍膜機(jī)。這種方法zui早由M.法拉第于1857年提出，現(xiàn)代已成為常用鍍膜技術(shù)之一。 盡管后來(lái)發(fā)展起來(lái)的濺射鍍和離子鍍?cè)谠S多方面要比蒸鍍優(yōu)越，但真空蒸發(fā)技術(shù)仍有許多優(yōu)點(diǎn)，如設(shè)備與工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單，即可鍍制非常純凈的膜層，又可制備具有特定結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的膜層等，仍然是當(dāng)今非常重要的鍍膜技術(shù)。近年來(lái)，由于電子轟擊蒸發(fā)，高頻感應(yīng)蒸發(fā)及激光蒸發(fā)等技術(shù)在蒸發(fā)鍍膜技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，使這一技術(shù)更趨完善。 近年來(lái)，該法的改進(jìn)主要是在蒸發(fā)源上。為了抑制或避免薄膜原材料與蒸發(fā)加熱器發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，改用耐熱陶瓷坩堝，如 BN坩堝。為了蒸發(fā)低蒸氣壓物質(zhì)，采用電子束加熱源或激光加熱源。為了制造成分復(fù)雜或多層復(fù)合薄膜，發(fā)展了多源共蒸發(fā)或順序蒸發(fā)法。為了制備化合物薄膜或抑制薄膜成分對(duì)原材料的偏離，出現(xiàn)了反應(yīng)蒸發(fā)法等。 二、熱蒸鍍工作原理： 真空蒸發(fā)鍍膜包括以下三個(gè)基本過(guò)程∶（1）加熱蒸發(fā)過(guò)程。包括由凝聚相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀啵ü滔嗷蛞合唷鷼庀啵┑南嘧冞^(guò)程。每種蒸發(fā)物質(zhì)在不同溫度時(shí)有不相同的飽和蒸氣壓;蒸發(fā)化合物時(shí)，其組分之間發(fā)生反應(yīng)，其中有些組分以氣態(tài)或蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)空間。（2）氣化原子或分子在蒸發(fā)源與基片之間的輸運(yùn)過(guò)程，即這些粒子在環(huán)境氣氛中的飛行過(guò)程。飛行過(guò)程中與真空室內(nèi)殘余氣體分子發(fā)生碰撞的次數(shù)，取決于蒸發(fā)原子的平均自由程，以及從蒸發(fā)源到基片之間的距離，常稱源-基距。（3）蒸發(fā)原子或分子在基片表面上的沉積過(guò)程，即是蒸氣凝聚、成核、核生長(zhǎng)、形成連續(xù)薄膜。由于基板溫度遠(yuǎn)低于蒸發(fā)源溫度，因此，沉積物分子在基板表面將直接發(fā)生從氣相到固相的相轉(zhuǎn)變過(guò)程。將膜材置于真空鍍膜室內(nèi)，通過(guò)蒸發(fā)源加熱使其蒸發(fā)，當(dāng)蒸發(fā)分子的平均自由程大于真空鍍膜室的線性尺寸時(shí)，蒸汽的原子和分子從蒸發(fā)源表面逸出后，在飛向基片表面過(guò)程中很少受到其他粒子（主要是殘余氣體分子）的碰撞阻礙，可直接到達(dá)被鍍的基片表面，由于基片溫度較低，便凝結(jié)其上而成膜，為了提高蒸發(fā)分子與基片的附著力，對(duì)基片進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜崾潜匾?。為使蒸發(fā)鍍膜順利進(jìn)行，應(yīng)具備蒸發(fā)過(guò)程中的真空條件和制膜過(guò)程中的蒸發(fā)條件。 蒸發(fā)過(guò)程中的真空條件：真空鍍膜室內(nèi)蒸汽分子的平均自由程大于蒸發(fā)源與基片的距離（稱做蒸距）時(shí)，就會(huì)獲得充分的真空條件。為此，增加殘余氣體的平均自由程，借以減少蒸汽分子與殘余氣體分子的碰撞概率，把真空鍍膜室抽成高真空是非常必要的。否則，蒸發(fā)物原子或分子將與大量空氣分子碰撞，使膜層受到嚴(yán)重污染，甚至形成氧化物；或者蒸發(fā)源被加熱氧化燒毀；或者由于空氣分子的碰撞阻擋，難以形成均勻連續(xù)的薄膜。 三、真空蒸鍍特點(diǎn): 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備比較簡(jiǎn)單 、操作容易；制成的薄膜純度高、質(zhì)量好，厚度可較準(zhǔn)確控制；成膜速率快，效率高；薄膜的生長(zhǎng)機(jī)理比較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：不容易獲得結(jié)晶結(jié)構(gòu)的薄膜；所形成的薄膜在基板上的附著力較??；工藝重復(fù)性不夠好等。 四、蒸發(fā)源的類型及選擇： 蒸發(fā)源是用來(lái)加熱膜材使之氣化蒸發(fā)的裝置。目前所用的蒸發(fā)源主要有電阻加熱，電子束加熱，感應(yīng)加熱，電弧加熱和激光加熱等多種形式。電阻加熱蒸發(fā)裝置結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，成本低，操作簡(jiǎn)便，應(yīng)用普遍。電阻加熱式蒸發(fā)源的發(fā)熱材料一般選用W、Mo、Ta、Nb等高熔點(diǎn)金屬，Ni、Ni-Cr合金。把它們加工成各種合適的形狀，在其上盛裝待蒸發(fā)的膜材。一般采用大電流通過(guò)蒸發(fā)源使之發(fā)熱，對(duì)膜材直接加熱蒸發(fā)，或把膜材放入石墨及某些耐高溫的金屬氧化物（如Al2O3，BeO）等材料制成的坩堝中進(jìn)行間接加熱蒸發(fā)。采用電阻加熱法時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題是蒸發(fā)源的材料及其形狀，主要是蒸發(fā)源材料的熔點(diǎn)和蒸氣壓，蒸發(fā)源材料與薄膜材料的反應(yīng)以及與薄膜材料之間的濕潤(rùn)性。因?yàn)楸∧げ牧系恼舭l(fā)溫度（平衡蒸氣壓為1. 33 Pa時(shí)的溫度）多數(shù)在1 000 ~2 000 K之間，所以蒸發(fā)源材料的熔點(diǎn)需高于這一溫度。而且．在選擇蒸發(fā)源材料時(shí)必須考慮蒸發(fā)源材料大約有多少隨蒸發(fā)而成為雜質(zhì)進(jìn)入薄膜的問(wèn)題。因此，必須了解有關(guān)蒸發(fā)源常用材料的蒸氣壓。為了使蒸發(fā)源材料蒸發(fā)的分子數(shù)非常少，蒸發(fā)溫度應(yīng)低于蒸發(fā)源材料平衡蒸發(fā)壓為1. 33×10-6Pa時(shí)的溫度。在雜質(zhì)較多時(shí)，薄膜的性能不受什么影響的情況下，也可采用與1. 33×10-2Pa對(duì)應(yīng)的溫度。綜上所述，蒸發(fā)源材料的要求：1、高熔點(diǎn)：必須高于待蒸發(fā)膜材的熔點(diǎn)（常用膜材熔點(diǎn)1000～2000℃）2、飽和蒸氣壓低：保證足夠低的自蒸發(fā)量，不至于影響系統(tǒng)真空度和污染膜層3、化學(xué)性能穩(wěn)定：在高溫下不應(yīng)與膜材發(fā)生反應(yīng)，生成化合物或合金化4、良好的耐熱性5、原料豐富、經(jīng)濟(jì)耐用 蒸發(fā)材料對(duì)蒸發(fā)源材料的“濕潤(rùn)性”：選擇蒸發(fā)源材料時(shí)，必須考慮蒸鍍材料與蒸發(fā)材料的“濕潤(rùn)性”問(wèn)題。蒸鍍材料與蒸發(fā)源材料的濕潤(rùn)性”與蒸發(fā)材料的表面能大小有關(guān)。高溫熔化的蒸鍍材料在蒸發(fā)源上有擴(kuò)展傾向時(shí)，可以認(rèn)為是容易濕潤(rùn)的;如果在蒸發(fā)源上有凝聚而接近于形成球形的傾向時(shí)，就可以認(rèn)為是難干濕潤(rùn)的在濕潤(rùn)的情況下，材料的蒸發(fā)是從大的表面上發(fā)生的且比較穩(wěn)定，可以認(rèn)為是面蒸發(fā)源的蒸發(fā);在濕潤(rùn)小的時(shí)候，一般可認(rèn)為是點(diǎn)蒸發(fā)源的蒸發(fā)。如果容易發(fā)生濕潤(rùn)，蒸發(fā)材料與蒸發(fā)源十分親和，蒸發(fā)狀態(tài)穩(wěn)定;如果是難以濕潤(rùn)的，在采用絲狀蒸發(fā)源時(shí)，蒸發(fā)材料就容易從蒸發(fā)源上掉下來(lái)。 五、合金與化合物的蒸發(fā)： 1、合金的蒸發(fā)：采用真空蒸發(fā)法制作預(yù)定組分的合金薄膜，經(jīng)常采用瞬時(shí)蒸發(fā)法、雙蒸發(fā)源法。分餾現(xiàn)象：當(dāng)蒸發(fā)二元以上的合金及化合物時(shí)，蒸發(fā)材料在氣化過(guò)程中，由于各成分的飽和蒸氣壓不同，使得其蒸發(fā)速率也不同，得不到希望的合金或化合物的比例成分，這種現(xiàn)象稱為分餾現(xiàn)象。（1）瞬時(shí)蒸發(fā)法：瞬時(shí)蒸發(fā)法又稱“閃爍”蒸發(fā)法。將細(xì)小的合金顆粒，逐次送到非常熾熱的蒸發(fā)器中，使一個(gè)一個(gè)的顆粒實(shí)現(xiàn)瞬間完全蒸發(fā)。關(guān)鍵以均勻的速率將蒸鍍材料供給蒸發(fā)源粉末粒度、蒸發(fā)溫度和粉末比率。如果顆粒尺寸很小，幾乎能對(duì)任何成分進(jìn)行同時(shí)蒸發(fā)，故瞬時(shí)蒸發(fā)法常用于合金中元素的蒸發(fā)速率相差很大的場(chǎng)合。優(yōu)點(diǎn)：能獲得成分均勻的薄膜，可以進(jìn)行摻雜蒸發(fā)等。缺點(diǎn)：蒸發(fā)速率難以控制，且蒸發(fā)速率不能太快。 （2）雙源蒸發(fā)法：將要形成合金的每一成分，分別裝入各自的蒸發(fā)源中，然后獨(dú)立地控制各個(gè)蒸發(fā)源的蒸發(fā)速率，使達(dá)到基板的各種原子與所需合金薄膜的組成相對(duì)應(yīng)。為使薄膜厚度分布均勻，基板常需要進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。2、化合物的蒸發(fā)：化合物的蒸發(fā)方法：（1）電阻加熱法（2）反應(yīng)蒸發(fā)法（3）雙源或多源蒸發(fā)法（4）三溫度法（5）分子束外延法反應(yīng)蒸發(fā)法主要用于制備高熔點(diǎn)的絕緣介質(zhì)薄膜，如氧化物、氮化物和硅化物等。而三溫度法和分子外延法主要用于制作單晶半導(dǎo)體化合物薄膜，特別是III-V族化合物半導(dǎo)體薄膜、超晶格薄膜以及各種單晶外延薄膜等。 將活性氣體導(dǎo)入真空室，使活性氣體的原子、分子和從蒸發(fā)源逸出的蒸發(fā)金屬原子、低價(jià)化合物分子在基板表面淀積過(guò)程中發(fā)生反應(yīng)，從而形成所需高價(jià)化合物薄膜的方法。不僅用于熱分解嚴(yán)重，而且用于因飽和蒸氣壓較低而難以采用電阻加熱蒸發(fā)的材料。經(jīng)常被用來(lái)制作高熔點(diǎn)的化合物薄膜，特別是適合制作過(guò)渡金屬與易分解吸收的02， N2等反應(yīng)氣體所組成的化合物薄膜（例如SiO2、ZrN、AlN、SiC薄膜）。在反應(yīng)蒸發(fā)中，蒸發(fā)原子或低價(jià)化合物分子與活性氣體發(fā)生反應(yīng)的地方有三種可能，即蒸發(fā)源表面、蒸發(fā)源到基板的空間和基板表面。
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- ICP刻蝕技術(shù)電感耦合等離子體刻蝕（ICP，Inductively Couple Plasma）刻蝕工作原理是：用高頻火花引燃時(shí)，部分Ar工作氣體被電離，產(chǎn)生的電子和氬離子在高頻電磁場(chǎng)中被加速，它們與中性原子碰撞，使更多的工作氣體電離，形成等離子體氣體。導(dǎo)電的等離子體氣體在磁場(chǎng)作用下感生出的強(qiáng)大的感生電流產(chǎn)生大量的熱能又將等離子體加熱，使其溫度達(dá)到1×10^4K，形成ICP放電。電感耦合等離子體刻蝕是物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程共同作用的結(jié)果，在真空低氣壓下，ICP射頻電源產(chǎn)生的射頻輸出到環(huán)形耦合線圈，以一定比例混合的氣體經(jīng)耦合輝光放電，產(chǎn)生高密度的等離子體，在下電極RF射頻作用下，這些等離子對(duì)基片表面進(jìn)行轟擊，基片材料的化學(xué)鍵被打斷，與刻蝕氣體反應(yīng)生成揮發(fā)性物質(zhì)，以氣體形式脫離基片，從真空管路被抽走。 ICP刻蝕的優(yōu)勢(shì)：ICP刻蝕技術(shù)具有刻蝕速率快、選擇比高、各向異性高、刻蝕損傷小、大面積均勻性好、刻蝕斷面輪廓可控性高和刻蝕表面平整光滑等優(yōu)點(diǎn)；ICP刻蝕設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外形小、操作簡(jiǎn)便、便于自動(dòng)控制、適合大面積基片刻蝕。近年來(lái)，ICP刻蝕技術(shù)被廣泛應(yīng)用在硅、二氧化硅、III-V族化合物、金屬等材料的刻蝕上 ICP刻蝕相比RIE刻蝕的優(yōu)勢(shì) ICP刻蝕設(shè)備的一般構(gòu)造 電感耦合等離子體（ICP）刻蝕機(jī)包括兩套通過(guò)自動(dòng)匹配網(wǎng)絡(luò)控制的13.56MHz 射頻電源，一套連接纏繞在腔室外的螺線圈，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)耦合的電場(chǎng)， 在電場(chǎng)作用下， 刻蝕氣體輝光放電產(chǎn)生高密度等離子體。功率的大小直接影響等離子體的電離率， 從而影響等離子體的密度。第二套射頻電源連接在腔室內(nèi)下方的電極上，主要為等離子提供能量。這樣兩套R(shí)F電源的配置，使得在低離子能量條件下，可以增加離子密度，從而提高刻蝕速率的同時(shí)，保證對(duì)晶片的損傷降到最低。 刻蝕的基本要求（1）負(fù)載效應(yīng)刻蝕中還存在負(fù)載效應(yīng)，即發(fā)生刻蝕速率變慢的情況。分為宏觀負(fù)載效應(yīng)和微觀負(fù)載效應(yīng)。刻蝕面積很大時(shí)，因?yàn)闅怏w傳輸受限和刻蝕氣體耗盡，刻蝕速率會(huì)較慢，這稱為宏觀負(fù)載效應(yīng)。在微細(xì)圖形的局部區(qū)域內(nèi)， 被刻蝕材料的密度過(guò)高造成刻蝕氣體耗盡的情況稱為微觀負(fù)載效應(yīng)。 （2）圖形保真度設(shè)橫向刻蝕速率為V1，縱向刻蝕速率為V2，通常用A 表示刻蝕的各向異性刻蝕的程度，定義如下：A=1，表示圖形轉(zhuǎn)移中沒(méi)有失真， 刻蝕具有很好的各向異性。A=0，圖形失真情況嚴(yán)重，刻蝕為各向同性。（3）均勻性在材料制備時(shí)， 薄膜厚度一般有一定的不均勻性， 而刻蝕時(shí)同一襯底片的不同位置的刻蝕速率也不同。這些都會(huì)造成圖形轉(zhuǎn)移的不均勻?？涛g的均勻性在很大程度上依賴于設(shè)備的硬件參數(shù)， 如反應(yīng)室的設(shè)置， 氣流， 離子濃度等均勻性情況。其次是工藝參數(shù)的影響。對(duì)于大襯底的刻蝕， 如果刻蝕時(shí)間不夠， 膜厚處沒(méi)有刻蝕完全；但是刻蝕時(shí)間太長(zhǎng)，膜薄處會(huì)造成過(guò)刻蝕，實(shí)際情況中需要綜合考慮。也可以在被刻蝕材料的下層制備截止層，截止層選用和被刻蝕材料有很高選擇比的材料， 這樣可以加長(zhǎng)刻蝕時(shí)間， 保證膜厚處被刻蝕干凈，膜薄處也不會(huì)造成明顯的過(guò)刻蝕。除了同一樣片不同位置的均勻性問(wèn)題， 同一刻蝕條件不同樣片的刻蝕均勻性（也稱重復(fù)性）也很重要。重復(fù)性與反應(yīng)室的狀況有很大的關(guān)聯(lián)性。（4）表面形貌一般情況下， 刻蝕后的表面形貌都希望側(cè)壁陡直光滑， 刻蝕地面平滑。但對(duì)于不同的器件有時(shí)也有特殊要求，如需傾斜剖面、微透鏡結(jié)構(gòu)等。（5）刻蝕的清潔刻蝕中防止玷污是非常重要的。如果在接觸孔的位置出現(xiàn)重金屬沾污也會(huì)造成漏電。對(duì)于干法刻蝕，刻蝕表面還會(huì)出現(xiàn)聚合物的再淀積。 等離子刻蝕的基本過(guò)程等離子體刻蝕有四種基本的過(guò)程，他們分別是物理濺射刻蝕（Sputtering）、純化學(xué)刻蝕（Chemical）、離子增強(qiáng)刻蝕（Ion enhanced energetic）、側(cè)壁抑制刻蝕（Ion enhanced inhibitor）。1) 物理濺射刻蝕（Sputtering）濺射工藝是以一定能量的粒子（離子或中性原子、分子）轟擊固體表面，使固體近表面的原子或分子獲得足夠大的能量而最終逸出固體表面的工藝。等離子體所提供的離子能量約為幾百eV，一般來(lái)說(shuō)會(huì)高于濺射產(chǎn)生的閾值（幾十eV）。在等離子提供的能量范圍內(nèi)，濺射率隨著離子本身能量的增大而急劇增加。不同材料的濺射速率在離子能量一定的情況下相差不大，因此濺射是純物理的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程選擇性差，速率低。但是物理濺射刻蝕，離子轟擊具有很強(qiáng)的方向性，使得被刻蝕材料具有很好的各向異性。2) 純化學(xué)刻蝕（Chemical）在純化學(xué)刻蝕中，等離子體提供中性的活性基團(tuán)，這些活性基團(tuán)與薄膜表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成相應(yīng)的氣相產(chǎn)物。如刻蝕Si材料常用F基氣體，因?yàn)闀?huì)生成易揮發(fā)的SiF4.化學(xué)刻蝕是各項(xiàng)同性的，活性基團(tuán)會(huì)以近似角分布到達(dá)被刻蝕材料表面，反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)產(chǎn)物必須是可揮發(fā)的。一般來(lái)說(shuō)化學(xué)刻蝕可以獲得高的速率以及選擇比。3) 離子增強(qiáng)刻蝕（Ion enhanced energetic）離子增強(qiáng)刻蝕是物理濺射和化學(xué)刻蝕互相結(jié)合的工藝方式。物理濺射中物理轟擊的作用可以大大增強(qiáng)薄膜表面的化學(xué)反應(yīng)的活性，刻蝕的效果相較單一的物理和化學(xué)刻蝕，效果顯著。等離子體既提供了粒子通量又賦予離子能量。4) 側(cè)壁抑制刻蝕（Ion enhanced inhibitor）這種刻蝕方式主要應(yīng)用于深刻蝕，如Bosch工藝，深硅刻蝕運(yùn)用分子量較大的鈍化氣體C4F8與SF6搭配，刻蝕和鈍化交替進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)側(cè)壁垂直的深刻蝕工藝。 影響刻蝕效果的因素ICP 工藝中影響刻蝕效果的因素很多。工藝參數(shù)里包括源功率、偏壓功率、刻蝕氣體及流量、工作氣壓和溫度等。此外，掩膜的制備和反應(yīng)室內(nèi)壁的情況對(duì)刻蝕結(jié)果也有很重要的影響。1.掩膜的影響ICP 刻蝕是圖形轉(zhuǎn)移的過(guò)程，因此掩膜的制備對(duì)刻蝕非常重要。最常見(jiàn)的掩膜是光刻膠(Photoresist.PR)、SiO2和金屬(如A1、Ni等)。一個(gè)好的掩膜要求陡直度較高，邊緣光滑。底部去除干凈無(wú)殘留，抗高溫和抗轟擊能力強(qiáng)。掩膜的陡直度和邊緣的光滑程度直接影響刻蝕剖面的陡直度和側(cè)壁的光滑程度。雖然可以通過(guò)工藝參數(shù)的調(diào)整改善刻蝕形貌，但是效果遠(yuǎn)不如掩膜質(zhì)量的改善。因此高質(zhì)量的光刻技術(shù)對(duì)刻蝕非常重要。(1)幾乎所有的掩膜制備都需要由光刻制備，光刻膠掩膜的制備最容易，精度也最高。但是，光刻膠的抗高溫和抗轟擊能力很差，只能用于低溫工藝，通常選擇比也較低。(2)硬掩膜SIO2 和金屬等硬掩膜一般需要光刻膠圖形的二次轉(zhuǎn)移，圖形精度會(huì)有所損失。但是它們的抗高溫和抗轟擊能力很好，選擇比高，可以刻蝕更深的深度。2.工藝參數(shù)的影響(1)ICP Power 源功率這個(gè)功率源的主要作用是產(chǎn)生高密度等離子體，控制離子通量。功率增加時(shí)，離子和活性基密度增加，刻蝕速率也增加。一般情況下，選擇比也會(huì)增加。但過(guò)高時(shí)，均勻性會(huì)下降。同時(shí)，源功率增加會(huì)帶給襯底更多的熱負(fù)荷，襯底溫度會(huì)明顯升高，對(duì)于需要低溫的工藝影響較大，需要更好的溫控系統(tǒng)。(2)RF Power 偏壓功率偏壓功率源主要作用是控制離子轟擊能量。對(duì)刻蝕速率和臺(tái)階角度影響很大。偏壓功率增加，刻蝕速率明顯增加。但是同時(shí)對(duì)掩膜的刻蝕也明顯增加，可能導(dǎo)致選擇比下降，臺(tái)階形貌變差。偏壓功率過(guò)高有時(shí)會(huì)在臺(tái)階底部形成“trenching”溝槽。(3)工作氣壓ICP 刻蝕的工作氣壓一般都小于 50mTorr，典型值在幾個(gè) mTorr 至十幾mTorr。在這樣的低氣壓條件下，粒子的平均自由程很長(zhǎng)，方向性好，離子轟擊作用也較強(qiáng)。同時(shí)，低氣壓也有利于揮發(fā)性刻蝕產(chǎn)物的解吸附，易獲得好的刻蝕結(jié)果。氣壓對(duì)均勻性影響很大，氣壓減小時(shí)均勻性更好。因此，氣壓減小，刻蝕的各向異性增加，均勻性和臺(tái)階角度會(huì)更好。氣壓對(duì)刻蝕速率的影響隨刻蝕材料和氣體的不同而有明顯的差異。對(duì)于化學(xué)作用較強(qiáng)的工藝，如 GaAs 的刻蝕，氣壓較大時(shí)因?yàn)榛钚曰碗x子密度增加，刻蝕速率和選擇比會(huì)有較大增加。而對(duì)物理作用較強(qiáng)的工藝，如 SiO2 的刻蝕，氣壓增加時(shí)刻飩速率變化不大。(4)氣體成分和流量等離子體刻蝕中經(jīng)常使用含多種成分的混合氣體。這些氣體大體可分為三類。第一類是主要刻蝕反應(yīng)氣體，與被刻蝕材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成揮發(fā)性產(chǎn)物。如 CI2、CF4、SF6 等。第二類是起抑制作用的氣體,可以在側(cè)壁形成阻擋層,實(shí)現(xiàn)高的各向異性刻蝕,如 CHF3、 BCl3、SiCI4、CH4等。第三類是起稀釋或特殊作用的惰性氣體，如 Ar、He、N2 等?？梢栽鰪?qiáng)等離子體的穩(wěn)定性，改善刻蝕均勻性，或增加離子轟擊作用在(如 Ar)來(lái)提高各向異性和提高選擇比(如 H2、O2)等。為了實(shí)現(xiàn)不同的刻蝕結(jié)果，平衡每一類氣體的作用(選用合適的流量比)非常重要。如果需要獲得較高的刻鐘速率,應(yīng)選擇和被刻蝕材料反應(yīng)積極并目生成物非常易干揮發(fā)的反應(yīng)類氣體，同時(shí)可以適當(dāng)提高其百分比濃度。但是，如果是被刻蝕層偏薄，對(duì)下層材料的選擇出又較低的情況，常常提高抑制氣體和稀釋氣體的比例來(lái)降低刻蝕速露，以實(shí)現(xiàn)對(duì)刻鐘終點(diǎn)的精確控制。(5)溫度溫度對(duì)刻蝕速率的影響主要體現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)速率的變化。因此為了保證刻蝕速率的均勻性和重復(fù)性，必須精確的控制襯底溫度。高溫可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)也有利于揮發(fā)性產(chǎn)物的解吸附。對(duì)于刻蝕生成物揮發(fā)溫度較高的工藝，如 InP的刻蝕，高溫會(huì)帶來(lái)有利的影響，但是對(duì)于以光刻膠為掩膜的低溫工藝來(lái)說(shuō)，溫度必須控制在較低的水平。溫度過(guò)高時(shí)光刻膠會(huì)軟化變形，造成刻蝕圖形的偏差。嚴(yán)重時(shí)光刻膠會(huì)碳化，導(dǎo)致刻蝕后很難去除。如果必須使用較高的襯底溫度，需要改為 SiO2、金屬等硬掩膜。外加功率在很大程度上會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量。對(duì)于ICP 這種等離子體，功率一般很高，反應(yīng)中襯底溫升很快。如果工藝對(duì)溫度非常敏感，在參數(shù)設(shè)置時(shí)應(yīng)更加注意。
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2022-12-13 18:01發(fā)布了技術(shù)文章
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一文讀懂ICP刻蝕技術(shù)
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2022-11-25 16:10發(fā)布了問(wèn)答
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離子束刻蝕（IBE）技術(shù)研究
- 離子束刻蝕（IBE）技術(shù)研究 1.離子束刻蝕（IBE）技術(shù)的原理？離子束刻蝕（IBE，Ion Beam Etching）也稱為離子銑（IBM，Ion Beam Milling），也有人稱之為離子濺射刻蝕，是利用輝光放電原理將氬氣分解為氬離子，氬離子經(jīng)過(guò)陽(yáng)極電場(chǎng)的加速對(duì)樣品表面進(jìn)行物理轟擊，以達(dá)到刻蝕的作用。刻蝕過(guò)程即把Ar氣充入離子源放電室并使其電離形成等離子體，然后由柵極將離子呈束狀引出并加速，具有一定能量的離子束進(jìn)入工作室，射向固體表面轟擊固體表面原子，使材料原子發(fā)生濺射，達(dá)到刻蝕目的，屬純物理刻蝕。工件表面有制備溝槽的掩膜，最后裸露的部分就會(huì)被刻蝕掉，而掩膜部分則被保留，形成所需要的溝槽圖形。離子束刻蝕使高方向性的中性離子束能夠控制側(cè)壁輪廓，優(yōu)化納米圖案化過(guò)程中的徑向均勻性和結(jié)構(gòu)形貌。另外傾斜結(jié)構(gòu)可以通過(guò)傾斜樣品以改變離子束的撞擊方向這一獨(dú)特能力來(lái)實(shí)現(xiàn)。在離子束刻蝕過(guò)程中，通常情況下，樣品表面采用厚膠作為掩模層，刻蝕期間富有能量的離子流會(huì)使得基片和光刻膠過(guò)熱。為了便于后面光刻膠的剝離清洗，一般需要對(duì)樣品臺(tái)進(jìn)行冷卻處理，使整個(gè)刻蝕過(guò)程中溫度控制在一個(gè)比較好的范圍。 圖1 離子束刻蝕設(shè)備結(jié)構(gòu)圖圖2 離子束刻蝕工藝原理圖 2.離子束刻蝕（IBE）適合的材料體系？可用于刻蝕加工各種金屬（Ni、Cu、Au、Al、Pb、Pt、Ti等）及其合金，以及非金屬、氧化物、氮化物、碳化物、半導(dǎo)體、聚合物、陶瓷、紅外和超導(dǎo)等材料。目前離子束刻蝕在非硅材料方面優(yōu)勢(shì)明顯，在聲表面波、薄膜壓力傳感器、紅外傳感器等方面具有廣泛的用途。 3. 離子束刻蝕（IBE）技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？a 優(yōu)點(diǎn)： （1）方向性好、無(wú)鉆蝕、陡直度高； （2）刻蝕速率可控性好，圖形分辨率高，可達(dá)0.01um； （3）屬于物理刻蝕，可以刻蝕各種材料（Si、SiO2、GaAs、Ag、Au、光刻膠等）； （4）刻蝕過(guò)程中可改變離子束入射角來(lái)控制圖形輪廓，加工特殊的結(jié)構(gòu)；b 缺點(diǎn)： （1）刻蝕速率慢、效率比ICP更低； （2）難以完成晶片的深刻蝕； （3）屬于物理刻蝕，常常會(huì)有過(guò)刻的現(xiàn)象。 4.反應(yīng)離子束刻蝕（RIBE）技術(shù)簡(jiǎn)介及優(yōu)點(diǎn)？反應(yīng)離子束刻蝕（RIBE）是在離子束刻蝕的基礎(chǔ)上，增加了腐蝕性氣體，因此它不但保留了離子束物理刻蝕能力，還增加了腐蝕性氣體（氟基氣體、O2）離化后對(duì)樣品的化學(xué)反應(yīng)能力（反應(yīng)離子束刻蝕：RIBE），也支持腐蝕性氣體非離化態(tài)的化學(xué)輔助刻蝕能力（化學(xué)輔助離子束刻蝕：CAIBE），對(duì)適用于化學(xué)輔助的材料可以大幅度提升刻蝕速率，提高刻蝕質(zhì)量。 5. 離子束刻蝕（IBE）的案例展示 典型應(yīng)用：1、三族和四族光學(xué)零件2、激光光柵3、高深寬比的光子晶體刻蝕4、在二氧化硅、硅和金屬上深溝刻蝕5、微流體傳感器電極6、測(cè)熱式微流體傳感器
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2022-11-25 16:10發(fā)布了技術(shù)文章
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離子束刻蝕（IBE）技術(shù)研究
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2022-11-18 16:15發(fā)布了問(wèn)答
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反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)
- 反應(yīng)離子刻蝕概述：反應(yīng)離子腐蝕技術(shù)是一種各向異性很強(qiáng)、選擇性高的干法腐蝕技術(shù)。它是在真空系統(tǒng)中利用分子氣體等離子來(lái)進(jìn)行刻蝕的，利用了離子誘導(dǎo)化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)各向異性刻蝕，即是利用離子能量來(lái)使被刻蝕層的表面形成容易刻蝕的損傷層和促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)離子還可清除表面生成物以露出清潔的刻蝕表面的作用。主要用于Si、SiO2、SiNx、半導(dǎo)體材料、聚合物、金屬的刻蝕以及光刻膠的去除等，廣泛應(yīng)用于物理，生物，化學(xué)，材料，電子等領(lǐng)域。 工作原理：通常情況下，反應(yīng)離子刻蝕機(jī)的整個(gè)真空壁接地, 作為陽(yáng)極, 陰極是功率電極, 陰極側(cè)面的接地屏蔽罩可防止功率電極受到濺射。要腐蝕的基片放在功率電極上。腐蝕氣體按照一定的工作壓力和搭配比例充滿整個(gè)反應(yīng)室。對(duì)反應(yīng)腔中的腐蝕氣體, 加上大于氣體擊穿臨界值的高頻電場(chǎng), 在強(qiáng)電場(chǎng)作用下, 被高頻電場(chǎng)加速的雜散電子與氣體分子或原子進(jìn)行隨機(jī)碰撞, 當(dāng)電子能量大到一定程度時(shí), 隨機(jī)碰撞變?yōu)榉菑椥耘鲎? 產(chǎn)生二次電子發(fā)射, 它們又進(jìn)一步與氣體分子碰撞, 不斷激發(fā)或電離氣體分子。這種激烈碰撞引起電離和復(fù)合。當(dāng)電子的產(chǎn)生和消失過(guò)程達(dá)到平衡時(shí), 放電能繼續(xù)不斷地維持下去。由非彈性碰撞產(chǎn)生的離子、電子及及游離基(游離態(tài)的原子、分子或原子團(tuán)) 也稱為等離子體, 具有很強(qiáng)的化學(xué)活性, 可與被刻蝕樣品表面的原子起化學(xué)反應(yīng), 形成揮發(fā)性物質(zhì), 達(dá)到腐蝕樣品表層的目的。同時(shí), 由于陰極附近的電場(chǎng)方向垂直于陰極表面, 高能離子在一定的工作壓力下, 垂直地射向樣品表面, 進(jìn)行物理轟擊, 使得反應(yīng)離子刻蝕具有很好的各向異性。所以，反應(yīng)離子刻蝕包括物理和化學(xué)刻蝕兩者的結(jié)合。 刻蝕氣體的選擇對(duì)于多晶硅柵電極的刻蝕，腐蝕氣體可用Cl2或SF6，要求對(duì)其下層的柵氧化膜具有高的選擇比?？涛g單晶硅的腐蝕氣體可用Cl2/SF6或SiCl4/Cl2；刻蝕SiO2的腐蝕氣體可用CHF3或CF4/H2；刻蝕Si3N4的腐蝕氣體可用CF4/O2、SF6/O2或CH2F2/CHF3/O2；刻蝕Al（或Al-Si-Cu合金）的腐蝕氣體可用Cl2、BCl3或SiCl4；刻蝕W的腐蝕氣體可用SF6或CF4；刻蝕光刻膠的腐蝕氣體可用氧氣。對(duì)于石英材料, 可選擇氣體種類較多, 比如CF4、CF4+ H2、CHF3 等。我們選用CHF3 氣體作為石英的腐蝕氣體。其反應(yīng)過(guò)程可表示為：CHF3 + e——CHF+2 + F (游離基) + 2e，SiO 2 + 4F SiF4 (氣體) + O 2 (氣體)。SiO 2 分解出來(lái)的氧離子在高壓下與CHF+2 基團(tuán)反應(yīng)， 生成CO ↑、CO 2↑、H2O ↑、O F↑等多種揮發(fā)性氣體。對(duì)于鍺材料、選用含F(xiàn) 的氣體是十分有效的。然而, 當(dāng)氣體成份中含有氫時(shí), 刻蝕將受到嚴(yán)重阻礙, 這是因?yàn)闅淇梢院头咏Y(jié)合, 形成穩(wěn)定的HF, 這種雙原子HF 是不參與腐蝕的。實(shí)驗(yàn)證明, SF6 氣體對(duì)Ge 有很好的腐蝕作用。反應(yīng)過(guò)程可表示為：SF6 + e——SF+5 + F (游離基) + 2e，Ge + 4F——GeF4 (揮發(fā)性氣體) 。 設(shè)備：典型的（平行板）RIE系統(tǒng)包括圓柱形真空室，晶片盤位于室的底部。晶片盤與腔室的其余部分電隔離。氣體通過(guò)腔室頂部的小入口進(jìn)入，并通過(guò)底部離開(kāi)真空泵系統(tǒng)。所用氣體的類型和數(shù)量取決于蝕刻工藝;例如，六氟化硫通常用于蝕刻硅。通過(guò)調(diào)節(jié)氣體流速和/或調(diào)節(jié)排氣孔，氣體壓力通常保持在幾毫托和幾百毫托之間的范圍內(nèi)。存在其他類型的RIE系統(tǒng)，包括電感耦合等離子體（ICP）RIE。在這種類型的系統(tǒng)中，利用RF供電的磁場(chǎng)產(chǎn)生等離子體。雖然蝕刻輪廓傾向于更加各向同性，但可以實(shí)現(xiàn)非常高的等離子體密度。平行板和電感耦合等離子體RIE的組合是可能的。在該系統(tǒng)中，ICP被用作高密度離子源，其增加了蝕刻速率，而單獨(dú)的RF偏壓被施加到襯底（硅晶片）以在襯底附近產(chǎn)生定向電場(chǎng)以實(shí)現(xiàn)更多的各向異性蝕刻輪廓。 操作方法：通過(guò)向晶片盤片施加強(qiáng)RF（射頻）電磁場(chǎng)，在系統(tǒng)中啟動(dòng)等離子體。該場(chǎng)通常設(shè)定為13.56兆赫茲的頻率，施加在幾百瓦特。振蕩電場(chǎng)通過(guò)剝離電子來(lái)電離氣體分子，從而產(chǎn)生等離子體 。在場(chǎng)的每個(gè)循環(huán)中，電子在室中上下電加速，有時(shí)撞擊室的上壁和晶片盤。同時(shí)，響應(yīng)于RF電場(chǎng)，更大質(zhì)量的離子移動(dòng)相對(duì)較少。當(dāng)電子被吸收到腔室壁中時(shí)，它們被簡(jiǎn)單地送到地面并且不會(huì)改變系統(tǒng)的電子狀態(tài)。然而，沉積在晶片盤片上的電子由于其DC隔離而導(dǎo)致盤片積聚電荷。這種電荷積聚在盤片上產(chǎn)生大的負(fù)電壓，通常約為幾百伏。由于與自由電子相比較高的正離子濃度，等離子體本身產(chǎn)生略微正電荷。由于大的電壓差，正離子傾向于朝向晶片盤漂移，在晶片盤中它們與待蝕刻的樣品碰撞。離子與樣品表面上的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但也可以通過(guò)轉(zhuǎn)移一些動(dòng)能來(lái)敲除（濺射）某些材料。由于反應(yīng)離子的大部分垂直傳遞，反應(yīng)離子蝕刻可以產(chǎn)生非常各向異性的蝕刻輪廓，這與濕化學(xué)蝕刻的典型各向同性輪廓形成對(duì)比。RIE系統(tǒng)中的蝕刻條件很大程度上取決于許多工藝參數(shù)，例如壓力，氣體流量和RF功率。 RIE的改進(jìn)版本是深反應(yīng)離子蝕刻，用于挖掘深部特征。
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