李爱军[1]2001年在《高密度等离子体刻蚀轮廓的数值研究》文中指出低气压、高密度等离子体刻蚀的模拟对于高密度等离子体刻蚀的工艺研究具有重要意义。本论文深入研究了低气压、高密度等离子体的工作机理及其刻蚀工艺的原理，合理的舍取了影响等离子体特性和刻蚀特性的参数，提出了一个二维低气压、高密度等离子体刻蚀轮廓的理论模型，并利用“线”算法进行了数值模拟。分析了不同的中性流与离子流通量之比和不同的鞘层电压与离子温度之比对刻蚀轮廓的影响。模型中引入了掩膜对入射粒子流的遮蔽效应和中性粒子在不同刻蚀表面的粘附系数，使得模拟的结果的准确性大大提高。论文最终给出了要获得低气压、高密度等离子体的各向异性刻蚀的和的取值范围。
王平[2]2002年在《等离子体刻蚀轮廓的数值研究》文中研究指明本文应用在离子能流限制区，刻蚀速率同入射的离子能流成正比这一实验结论，提出了一个二维半导体深槽反应离子刻蚀的刻蚀速率模型。首先对鞘层中无碰撞时的等离子体刻蚀轮廓进行了模拟。其次，在W.J.Chen等人研究的基础之上，且在考虑鞘层中离子的碰撞作用的条件下，对平行平板射频等离子体反应器、电感耦合等离子体反应器以及螺旋波等离子体反应器中的刻蚀轮廓进行了模拟，并进行了分析和对比。最后还利用电感耦合等离子体反应器中A_r和Cl的修正的离子能量分布函数模拟中得到的参数计算出了实际的有量纲的参数值，并通过对比n的模拟结果与实验结果，验证了这些参数的正确性。
杨银堂, 王平, 柴常春, 付俊兴, 徐新艳[3]2003年在《低气压高密度等离子体刻蚀轮廓的数值研究》文中认为低气压、高密度等离子体刻蚀轮廓的数值研究对于研究高密度等离子体刻蚀工艺具有重要意义。文中提出了一个二维低气压、高密度等离子体刻蚀轮廓的理论模型 ,并利用“线”算法进行了数值模拟。与以往不同之处在于 ,模型中引入了掩模对入射粒子流的遮蔽效应和中性粒子在不同刻蚀表面的粘附系数的影响 ,使得模拟结果的准确性大大提高。论文最终还给出了要获得各向异性刻蚀的 e VS/k Ti 和 Γn0 /Γi0 的取值范围
刘梁[4]2015年在《基于Monte Carlo方法的RIE工艺模拟》文中提出反应离子刻蚀(RIE)工艺,是MEMS加工工艺中使用最广泛的技术手段之一。RIE的计算机模拟可以帮助工艺设计者通过改变模拟条件,如射频功率、气体压力、刻蚀温度,得到不同的模拟结果,以此来选择最佳工艺条件。这对于降低MEMS器件设计与研制成本,缩短研发周期,有着非常重要的意义。本文利用流体力学模型及鞘层等效电路模型确定出RF鞘层的特性,包括鞘层的电压及电场的时空分布等。以Monte Carlo方法为基本模拟手段,研究了离子与中性粒子在RF鞘层中的运动过程,得到了到达刻蚀材料表面并对刻蚀有效的粒子流量分布。利用刻蚀速度的计算公式,根据粒子流量分布得到刻蚀材料表面某点处某时刻的局部刻蚀速率。最后通过水平集函数描述刻蚀剖面的初始形貌,通过刻蚀材料表面的速度场,求解Hamilton-Jacobi方程得到刻蚀轮廓的演化过程。通过改变不同的刻蚀条件,得到了刻蚀轮廓随时间的变化图以及不同射频功率下、不同气体下、不同温度下、改变反应气体后的刻蚀模拟轮廓。模拟结果表明：在200W～400W范围内,射频功率的增加,可加快刻蚀速率,进一步增加功率,刻蚀速率反而下降；随着压力的增加,刻蚀速率不断增加,并在15Pa左右达到最大值,随后刻蚀速率不断减小；刻蚀速率与温度成正比。最后将在一定工艺条件下反应粒子刻蚀的模拟结果与实验结果进行了对比,两者吻合的较好。本文的研究表明,水平集算法是一种适合模拟等离子体刻蚀轮廓演化的高效算法,它能够有效地描述等离子体刻蚀仿真过程中出现的各种复杂轮廓,可以很好地满足等离子体刻蚀工艺过程中复杂形貌演化的模拟需求。虽然本文没有将其扩展到叁维,但本论文将等离子体刻蚀的微观物理过程引入到了水平集方法中,为将来解决叁维等离子体刻蚀过程仿真计算量大的问题提供了一种新的技术思路。
马睿[5]2009年在《硅快速深刻蚀技术的研究》文中认为随着MEMS技术中硅基高深宽比微细结构和3-D封装中穿透硅通孔技术的应用,硅的感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术成为国内外研究的热点。本文采用中科院微电子研究中心ICP-98A高密度等离子体刻蚀机,研究了不同工艺参数对硅刻蚀速率的影响,获得较好的硅快速刻蚀工艺;通过对掩蔽层图形化的工艺、掩蔽层材料对硅的刻蚀选择比、交替复合深刻蚀技术中的单步保护层淀积工艺以及硅的各向异性刻蚀工艺等研究,实现了硅基通孔结构。本文研究了硅快速刻蚀技术和硅深刻蚀技术。首先通过大量的实验得出不同工艺参数,如射频功率、气体流量、自偏压以及不同掺杂气体等对硅刻蚀速率的影响,得到了硅快速刻蚀的工艺参数。其次对适用于ICP-98A高密度等离子体刻蚀机的硅深刻蚀技术进行了研究。设计并通过实验得出基于腐蚀和剥离技术的掩蔽层薄膜图形化工艺;通过研究SiO_2、MgO和Al在SF_6中的刻蚀速率以及对硅的刻蚀选择比,得出硅对MgO的刻蚀选择比大于1000:1,适于在硅深刻蚀中作为掩蔽层材料。本文采用交替复合深刻蚀技术实现硅的深刻蚀,分别研究了CF_4、C_4F_8和O_2作为钝化气体的保护层沉积工艺和采用SF_6和CF_4、SF_6和C_4F_8、SF_6和O_2对硅进行各向异性刻蚀的工艺,根据测试结果,选用SF_6和O_2作为刻蚀和钝化气体进行交替复合深刻蚀。在此工艺研究的基础上,对工艺流程进行了优化,综合考虑刻蚀速率、侧壁垂直度、深宽比等因素,提出了分阶段采用不同刻蚀工艺的方法,最终实现深度为420μm,深宽比为4:1,侧壁垂直度达88.2°的硅基通孔结构。通过本论文的研究,获得了一组较好的适用于国产手动等离子体刻蚀设备的硅深刻蚀工艺参数。
邢静[6]2013年在《ZnS材料的刻蚀技术研究》文中提出硫化锌(ZnS)是一种重要的宽带隙化合物半导体,具有独特的光电性能,是理想的红外窗口和头罩材料,因此利用ZnS材料制备光学元器件有广泛的用途。在半导体制造工艺中,传统的ZnS光刻技术有一定的局限性,难以满足微纳米尺寸器件的制作要求,本课题尝试使用纳米压印技术进行模板到光刻胶图形的转移。目前ZnS主要采用干法刻蚀的工艺,而感应耦合等离子体刻蚀技术具有刻蚀速率高、损伤低、精度高、各向异性好等特点,在微电子加工中被广泛应用。本文首先根据热压印设备要求进行了热压印设备中不同加热方式对加热平台表面温度均匀性影响的仿真,研究出了一种升温速度快、温度分布均匀的加热方式；本文重点研究了感应耦合等离子体设备中气体总流量、Ar含量、偏压功率和射频功率等工艺参数对ZnS刻蚀速率和刻蚀后表面粗糙度的影响,获得了一组适用于制作ZnS材料精细结构的最佳刻蚀工艺参数；研究了热压印PMMA胶薄膜的制备和刻蚀工艺,得到了PMMA胶的厚度与旋涂速度的关系,获得了PMMA胶与ZnS材料的刻蚀选择比。实验结果表明：(1)在热压印设备中,当采用圆柱体结构螺旋型加热丝对加热平台进行加热时,平台表面温度分布较均匀；(2)在感应耦合等离子体刻蚀ZnS的工艺中,当CH4:H2:Ar=1:7:5,气体总流量为39sccm,偏压功率为80W,射频功率为300W时,ZnS刻蚀速率为18.5nm/min,表面粗糙度最小为6.3nm,刻蚀后表面沉积物相对较少；(3)当转速为2500r/min时,重复旋涂叁次可满足课题要求的0.7μm膜厚,而且PMMA膜表面平整、粗糙度小；(4)在刻蚀ZnS最佳工艺参数条件下,PMMA胶与ZnS的刻蚀选择比约为40：1。
张鉴[7]2006年在《MEMS加工中电感耦合等离子体（ICP）刻蚀硅片的模型与模拟》文中研究表明在MEMS器件及系统的制造中,电感耦合等离子体(ICP)对硅片的刻蚀工艺由于具备操作简单、各向异性性能好、刻蚀速率快、成本低等特点,是目前实现高深宽比结构制造的主流工艺。由于目前ICP刻蚀没有成熟的商用模拟工具,其工艺的研究主要还是依赖经验和反复试探。因而开发快速有效的ICP刻蚀模型或工艺仿真工具,对MEMS制造过程的预测、控制与优化,进而降低制造成本,具有相当重要的作用,是MEMS CAD领域的前沿研究方向。对ICP刻蚀的相关课题研究包括:ICP刻蚀装置及其参数的实验研究,ICP刻蚀装置内的等离子体分布及相关参数的模拟,单步等离子体刻蚀硅片(RIE)的机理与模型研究,以及当前常用的交替复合深刻蚀(TMDE)过程及其相关效应的模型研究等等。本论文主要对ICP刻蚀中的单步RIE刻蚀及TMDE的模型进行了研究。本文的主要工作有:1.对ICP刻蚀硅片工艺的发展现状、现有的ICP刻蚀相关的模拟模型及其特点作了介绍,以使对ICP设备、工艺过程、刻蚀的主要类别与相关原理,及现有模型的优缺点有总体的了解。2.利用合理的简化,以带电离子和中性粒子为代表,大量减少模拟粒子数量,简化相关的反应,用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法,模拟了ICP刻蚀装置中的气体分布的主要参数。3.基于先进的表面演化方法“线算法”和对离子辅助刻蚀的模型研究,对ICP刻蚀中的单步刻蚀工艺建立了一种对时间和刻蚀尺度归一化的反应离子刻蚀模型,并利用该模型从数值算法的角度,证明在固定宽度结构的刻蚀中存在刻蚀速率随时间变小的现象。同时还对刻蚀算法中的时间步长选择问题进行了讨论,4.建立了一种基于线算法的ICP TMDE模型,采用单一的二维廓线“线算法”模型实现对刻蚀材料的区分,解决了算法速度与实现功能的矛盾,进而实现了对ICP DRIE的二维模拟和叁维带状显示。5.针对一定的实验特征,提出了合理的表面描述方程,并基于实验方法提取方程中的参数,实现了对TMDE加工过程中的重要现象:Footing效应的数值模拟。本论文中模拟ICP刻蚀装置中的气体分布,其优点是模拟速度快,精度仍能保持较高。对ICP刻蚀,在单步RIE刻蚀的建模及对刻蚀速率的研究中,提出了一种全新数值方法,证明了固定宽度结构刻蚀中的速率变化规律,并从数值计算的角度提出了最优时间步长的概念并加以验证,为建模工作者提供了有益的参考。建立的ICP TMDE模型,其优点是比已有报道的元胞及混合模型算法统一,模拟的表面更加平滑连续,运行效率高、速度快一个数量级,为工艺仿真模拟器的准实时应用开创较大的可能性。与实验结果的对比显示,本模型的模拟结果与实验吻合较好,并能实现刻蚀表面的细部仿真。同时,这是目前首个能够模拟Footing效应的TMDE工艺仿真软件,仿真结果更具普适性。所仿真的Footing效应表面特征与实验结果保持了良好的一致性。
刘巍[8]2017年在《射频及脉冲调制射频O_2/Ar感性耦合等离子体特性的实验研究》文中提出感性耦合等离子体(Inductively Coupled Plasmas,即ICPs)具有密度高、大面积均匀性好以及易控制等优点,已经被广泛地应用于集成电路生产中,如掩膜灰化、沟槽刻蚀等过程。随着信息技术工业的发展,集成电路的线宽越来越窄,未来最小线宽可能达到3 nm。伴随着线宽的变窄,刻蚀过程中对于等离子体源的要求更加严格。特别是在窄线宽沟槽的刻蚀过程中积累在槽底部的电荷很难被中和,这使得沟槽底部会发生底侧切等刻蚀轮廓的畸变,这样的畸变会导致器件性能的下降。此外,工业界为提高芯片性能而设计的新型晶体管,例如 FinFET(Fin Field-Effect Transistor)和 FD-SOI(Fully Depleted Silicon on Insulator),这两种晶体管都采用了几个纳米厚的SiO_2作为衬底。这样薄的衬底很容易在等离子体刻蚀过程中受到高能离子轰击造成损伤。而脉冲调制射频感性耦合等离子体(脉冲ICP)被认为能够解决这些问题,因为其具有更多的调节参数,更重要的是在脉冲ICP余辉阶段鞘层消失后,等离子体中的负离子能够深入到刻蚀沟槽的底部中和刻蚀过程中积累的正电荷。另外,为了提高经济效益,集成电路生产中芯片的晶元尺寸规格逐渐从12英寸增加为18英寸,因此如何获得大面积均匀的等离子体变得至关重要。本文利用Langmuir探针、Hairpin探针以及光探针,对射频及脉冲调制射频O_2/Ar感性耦合等离子体进行了系统性的研究。并将实验结果和整体模型、流体力学模型计算结果进行对比分析,解释了等离子体中相关现象的内在物理机制。第1章,首先综述了低温等离子体及相关应用;其次,简单介绍了常见的低温等离子体源及等离子体中相关研究方法;随后,阐述了脉冲ICP的研究进展以及存在的问题;最后,给出了本文的结构和研究规划。第2章,介绍了平面感性耦合等离子体源的实验装置及相应的诊断手段,包括时间分辨Langmuir探针、Hairpin探针、光探针、ICCD以及Z-Scan电压电流探针。第3章,采用Langmuir探针、Hairpin探针并且结合整体模型,研究了射频O_2/Ar等离子体特性随着外界控制参数(气体比率、放电气压和射频功率)的演化规律。研究发现,实验和模拟结果在趋势上能够吻合得很好,并结合模拟结果揭示了电子密度随着气压呈现非单调性变化的物理机制。第4章,采用时间分辨Langmuir探针和光探针系统地研究了不同放电条件下脉冲O_2/Ar等离子体特性随时间的演化。研究发现,等离子体达到辉光稳定阶段的时间与脉冲占空比有关,并揭示了脉冲开启后电子能量对等离子体特性的影响。第5章,研究了不同放电条件对射频及脉冲调制射频O_2/Ar ICP等离子体径向均匀性的影响。研究发现,增加O_2的比率和气压能够提高电子密度的径向均匀性,但是功率对电子密度径向均匀性的影响不明显。在脉冲O_2/ArICP中,在辉光稳定阶段,电子(?)密度的径向分布和连续放电中一致,但是辉光初期的E-H模式转换会严重影响电子密度的径向均匀性。此外,利用流体模型计算的结果,揭示了在余辉后期电子密度径向均匀性变差的物理机制。第6章,给出了本文的主要结论、创新点以及未来的工作计划。
郝天亮[9]2006年在《热丝化学气相沉积制备超薄纳米金刚石膜研究》文中指出纳米金刚石膜(NDF)不但具有多晶金刚石膜优异的物理化学特性，而且由于它由纳米金刚石晶粒组成，因而容易生成表面光滑、均匀、连续的超薄膜，无须抛光处理即可用作机械和光学器件的保护膜、机械部件的抗摩擦磨损膜，用于制造纳米器件中的部件、性能优异的电化学电极和场发射器件等。因此，NDF的生长技术、生长机理及其应用是目前CVD金刚石膜研究中的热点之一。本研究工作发展了一种用热丝CVD(HFCVD)方法，在不加偏压和气源中无Ar等惰性气体的常规条件下，在较低温度(＜600℃)和较低气压(～7 Torr)下低成本生长超薄NDF的技术。HFCVD法具有设备简单、容易大面积或同时生长多片金刚石膜样品的突出优点。利用此NDF制备技术，结合本课题组已经成熟的大面积HFCVD金刚石膜生长技术，有望使NDF在工业上得到应用。本研究工作中合成NDF的HFCVD技术包括下列五个步骤：①充分的衬底表面超声波预处理；②最佳的HFCVD成核条件下成核；③原子态氢(H°)刻蚀；④优化的HFCVD生长条件下生长；⑤生长结束后退火降温。对超声波预处理的系统研究发现：超声波处理促进成核的效果强烈地依赖于金刚石粉晶粒的大小，金刚石粉平均直径(从0.5到40μm)越大则成核密度越高；用丙酮作液相介质超声波处理促进成核的效果最佳；40μm的金刚石粉与丙酮的配比为250 mg／20 ml，超声波处理1小时左右，在合适的HFCVD条件下成核，Si衬底上大小和分布均匀的金刚石晶粒密度可达10~(11) cm~(-2)以上；本研究发展的超声波预处理技术简单、有效、经济，超声波预处理只轻微损伤衬底生长面，衬底另一面不受任何损伤和破坏，因而几乎不影响光学材料的光透性。CH_4浓度对成核密度的影响效果在所有HFCVD成核参数中最为显着。在0.5-2.5％的范围内，CH_4浓度越高则成核密度越高；1％的CH_4浓度下，衬底温度在800-830℃区域时成核密度最高。较低的温度(450-600℃)下，要获得高的成核密度，则需要采用大于2％的CH_4浓度；反应室气压由通常的15-30 Torr降低到7 Torr有利于成核密度的进一步提高；最佳条件下，石英玻璃和光学玻璃上获得了大于10~(10)cm~(-2)的成核密度，而Si片上500℃左右衬底温度下最高成核密度达1.5×10~(11)cm~(-2)，是迄今为止常规HFCVD法低温下所获得的最高成核密度。CH_4浓度对NDF的结构和光透性影响很大。小于0.5％CH_4浓度下生长，成膜后晶粒尺寸在150-200nm范围，有明显的金刚石显微晶面特征。大于1.5％CH_4浓度下生长，则所成膜由直径小于100 nm、无金刚石显微晶面特征的较小晶粒组成；0.8-1％CH_4浓度下，成核8分钟左右的样品具有最高平均光透射率；成核结束后的H°刻蚀对平均光透射率几乎没有影响；平均光透射率随生长时CH_4浓度的增大而减小；衬底温度的高低决定了不开裂膜所能达到的厚度、膜的附着强度、生长速率和光的吸收系数的大小。650℃衬底温度下石英玻璃上生长的厚度约500 nm、无裂纹的NDF，其Vis-NIR光谱范围的光透射率都在60％以上，可满足大部分金刚石膜作为光学保护膜应用的要求。Raman谱的解谱分析表明各样品中都有代表NDF的位于1140、1200和1480cm~(-1)的峰出现，主要的非金刚石峰为分别位于1350和1580 cm~(-1)处的石墨峰。解谱分析给出的拟合谱与Raman测量的实验数据附合得很好。Raman谱、FE-SEM、AFM、HR-TEM、SAED、XRD和光透射谱观察和分析，证实我们采用常规的HFCVD法合成的是晶粒尺寸10-50 nm、厚度小于500nm、均匀、致密、具有较高光透射率的NDF。高的成核密度和低的生长温度(＜600℃)使光学玻璃上生长性能优良的NDF成为可能。低的衬底温度、超薄的膜厚度、合适的CVD工艺和参数及生长结束后的退火降温过程有效降低了NDF内的总应力，提高了NDF与衬底的结合强度。石英玻璃和光学玻璃上生长的NDF与衬底间具有较高的结合强度，有利于NDF作为光学器件和机械部件保护膜应用。
孙丽媛[10]2013年在《GaAs/AlGaAs双波段量子阱红外探测器关键工艺研究》文中指出作为第叁代红外焦平面器件的突出代表，由响应两个不同波段的光电二极管在探测芯片纵向上迭加的红外双色探测器，具有高度集成、高可靠、超高速和小型化等特点，从对目标单一的探测功能扩展到对目标的认识，进而最终实现对目标快速识别。这类双色红外焦平面探测器器件的实现是技术上的难点，明显不同于常规的微电子加工和微机械加工。双色探测器的器件结构的制作需要进行微台面光刻及刻蚀工艺来完成，而大面阵多像元的制备需要进行微台面列阵的隔离。本文的研究依托于半导体所的GaAs/AlGaAs系双色量子阱红外焦平面探测器项目，主要负责其中的工艺实现部分。在本研究中，针对芯片的制作进行了关键工艺的研究，主要包括微台面ICP刻蚀、湿法腐蚀及微台面光刻工艺的研究。最终得到了适用于该类芯片制备的刻蚀速率适当、选择比较高、刻蚀侧壁形貌良好的ICP刻蚀参数。通过优化后的光刻工艺得到了表面形貌良好的图形，并将光刻工艺的优化方法应用到金属电极图形的制作中，满足了深沟槽底部制备图形的要求。主要的创新性成果如下：（1）对沟槽深度不同时微台面表面光刻胶涂覆过程进行数值描述，得到了光刻胶沉积厚度与表面轮廓函数、沉积速度之间的关系，进而解释了不同沟槽深度下光刻胶沉积厚度变化的问题。根据Beer定律中对薄光刻胶光吸收系数α的描述，解释了使用平面图形光刻工艺参数制作图形时深沟槽底部曝光不足的现象。同时，根据不同曝光时间下特定厚度的光刻胶光强透过率实验对初始工艺参数进行优化，将其应用到微台面光刻工艺中。再次优化该光刻工艺并应用到金属电极图形制备工艺中，保持了金属电极图形的完整性，为金属爬坡工艺打下了良好的基础。（2）研究了光刻胶厚度对侧壁倾角影响在微台面图形刻蚀中的尺寸效应，提出了关于刻蚀机理的尺寸增益现象及可能发生的刻蚀离子的散射模型，解释了光刻胶厚度较大时微台面图形侧壁倾角变化明显的现象。在此基础上，研究了ICP刻蚀参数对GaAs样品刻蚀后侧壁倾角的变化的影响，通过ICP刻蚀过程中的化学、物理反应过程来解释这一变化。在上述研究的基础上，进行多次ICP刻蚀实验找到了满足芯片刻蚀要求的ICP刻蚀参数，并将其应用到芯片制备中，得到了良好的重复性及良好的侧壁形貌。
参考文献：
[1]. 高密度等离子体刻蚀轮廓的数值研究[D]. 李爱军. 西安电子科技大学. 2001
[2]. 等离子体刻蚀轮廓的数值研究[D]. 王平. 西安电子科技大学. 2002
[3]. 低气压高密度等离子体刻蚀轮廓的数值研究[J]. 杨银堂, 王平, 柴常春, 付俊兴, 徐新艳. 固体电子学研究与进展. 2003
[4]. 基于Monte Carlo方法的RIE工艺模拟[D]. 刘梁. 东南大学. 2015
[5]. 硅快速深刻蚀技术的研究[D]. 马睿. 西安工业大学. 2009
[6]. ZnS材料的刻蚀技术研究[D]. 邢静. 西安工业大学. 2013
[7]. MEMS加工中电感耦合等离子体（ICP）刻蚀硅片的模型与模拟[D]. 张鉴. 东南大学. 2006
[8]. 射频及脉冲调制射频O_2/Ar感性耦合等离子体特性的实验研究[D]. 刘巍. 大连理工大学. 2017
[9]. 热丝化学气相沉积制备超薄纳米金刚石膜研究[D]. 郝天亮. 浙江大学. 2006
[10]. GaAs/AlGaAs双波段量子阱红外探测器关键工艺研究[D]. 孙丽媛. 北京工业大学. 2013
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