薄膜应力激光测量的新装置

薄膜生长过程中薄膜应力的检测已引起国内外广泛的关注和重视.文中介绍了一种光学和电子学结合的方法,建立了基于多光束光学传感器和光电检测电路以检测薄膜应力的装置,通过对反射光光点间距变化的检测,可以实时得到应力的信息.它可进行各种单晶、多晶和非晶结构材料沉积过程的现场应力测量,灵敏度优于2.5×106 Pa,精度优于5%.该方案具有结构简单、测量速度快、适应性强等特点,与计算机自动控制系统相结合,可以应用于生产线的薄膜生长过程控制检测.     

半导体薄膜特性实时检测的新装置

利用光学和电子学结合的方法,建立了基于多光束光学传感器和光电检测电路的检测薄膜特性装置.通过对反射光光点间距变化和光强振荡的检测,实时检测薄膜应力、厚度、生长率等常数的信息.通过理论分析,该装置厚度测量的精度优于2nm,应力的灵敏度优于5MPa,可以应用于半导体集成电路生产线的薄膜生长过程控制检测.     

圆片表面薄膜应力传感器设计

为使半导体产品达到所要求的光学、电子和机械性能,必须实时地在沉积过程中直接测量薄膜应力.介绍了一种简便的薄膜应力测量装置方案,它可进行各种单晶、多晶和非晶结构材料沉积过程的现场应力测量,灵敏度优于2.5×106 Pa,精度优于5%.该方案具有结构简单、测量速度快、适应性强等特点,可以应用于半导体集成电路生产线的薄膜生长过程控制检测.     

基于局部基底弯曲法的高灵敏度薄膜应力测试技术

针对MEMS(micro-electro-mechanical system)和NEMS(nano-electro-mechanical system)对薄膜应力测试的要求,开发了一种新型高灵敏度薄膜应力测试技术,使用自行搭建的准纳米光学干涉测试系统,利用局部基底弯曲来检测薄膜的内应力.该方法不仅保留了传统基底弯曲法的所有优点,而且消除了其系统误差.使用ANSYS对测试结构进行了模拟和优化,对于30nm厚的薄膜,应力检测的分辨率为1.5MPa,优于目前国际上的相关报道.本测试结构使用各向异性腐蚀和DRIE(deep reactive ion etching)完成,加工工艺简单实用.文中使用该测试技术对常用MEMS薄膜的残余应力进行了测量,结果与其他测试方法得到的结果基本一致,测量重复性优于1%.该技术可以用于测试纳米级薄膜及超低应力薄膜的内应力.     

基于局部基底弯曲法的高灵敏度薄膜应力测试技术

针对MEMS(micro-electro-mechanical system)和NEMS(nano-electro-mechanical system)对薄膜应力测试的要求,开发了一种新型高灵敏度薄膜应力测试技术,使用自行搭建的准纳米光学干涉测试系统,利用局部基底弯曲来检测薄膜的内应力.该方法不仅保留了传统基底弯曲法的所有优点,而且消除了其系统误差.使用ANSYS对测试结构进行了模拟和优化,对于30nm厚的薄膜,应力检测的分辨率为1.5MPa,优于目前国际上的相关报道.本测试结构使用各向异性腐蚀和DRIE(deep reactive ion etching)完成,加工工艺简单实用.文中使用该测试技术对常用MEMS薄膜的残余应力进行了测量,结果与其他测试方法得到的结果基本一致,测量重复性优于1%.该技术可以用于测试纳米级薄膜及超低应力薄膜的内应力.     

基于哈特曼原理的薄膜应力在线测量系统

介绍了一种基于哈特曼传感器的薄膜应力在线检测系统.哈特曼透镜阵列将待测量表面划分成若干小区域,通过测量每个小区域成像光斑的相对位置变化来获得整个测量表面的变形量,将测得的变形量代入到薄膜应力与基板表面变形的关系式中,求得薄膜应力.通过对影响光斑质心探测精度的各种因素进行分析,提出使用加阈值的一阶矩法,精确计算光斑质心,结合高灵敏度的CMOS探测器,使系统的面形测量精度达到15.7 nm,应力测量灵敏度优于3.3 MPa,实现了薄膜应力测量的高灵敏度与在线测量的统一.最后通过对TiO2,SiO2单层膜的在线测量,验证了系统的灵敏度与稳定性,能够完全满足薄膜应力分析的需要.     

高频声体波延迟线用极薄AlN薄膜制备研究

该文采用磁控溅射法在蓝宝石基片上制备出高择优取向的极薄氮化铝(AlN)压电薄膜。使用原子力显微镜(AFM)和X线衍射仪(XRD)分析了AlN压电薄膜的表面形貌和取向,并用膜厚测试仪和应力测试仪检测了AlN压电薄膜的膜厚和应力。试验结果表明,制备的AlN压电薄膜择优取向(002)良好,摇摆曲线半高宽达到3.21°,均方根粗糙度为1.56 nm,应力为-6.22 MPa。利用该文研究的AlN压电薄膜制作工艺研制的高频声体波延迟线工作频率达到24 GHz,插入损耗为50.7 dB,优于美国Teledyne公司的产品。     

用激光热应力法评估薄膜蠕变性能

对变温条件下薄膜的蠕变性能进行了理论分析，基于ANSYS平台建立了连续移动激光诱导下，以WC-6%Co为基体的(Ti,Al)N薄膜的有限元模型，分析了薄膜在升温和降温时温度场及应力场随时间变化的规律。分析与计算结果表明：变温状态薄膜的应力蠕变函数可以由沿任一组温度历史条件下的恒温状态的应力蠕变曲线来确定;升温时，薄膜压应力增大，拉应力是由温度下降时产生的;垂直于光轴方向的拉应力是光轴方向的3倍;薄膜断裂比层裂的可能性要大。     

基于自会聚多光束阵列的薄膜应力传感器

介绍了一种通过分析二元光束阵列的反射光图像,利用Stoney方程解算出薄膜应力的在线测量传感器.传感器是以二维Dammann光栅和Fresnel波带板所组成的集成二元光学分束器为核心设计的.该传感器可进行各种单晶、多晶和非晶结构材料沉积过程的现场应力测量,灵敏度优于2.5×106Pa,精度优于4.27%.它具有结构简单、测量速度快、适应性强、设备集成度高而且易于安装调试等特点.与计算机自动控制系统相结合,可以应用于半导体集成电路生产线的薄膜生长过程控制.     

基于自会聚多光束阵列的薄膜应力传感器

介绍了一种通过分析二元光束阵列的反射光图像,利用Stoney方程解算出薄膜应力的在线测量传感器.传感器是以二维Dammann光栅和Fresnel波带板所组成的集成二元光学分束器为核心设计的.该传感器可进行各种单晶、多晶和非晶结构材料沉积过程的现场应力测量,灵敏度优于2.5×106Pa,精度优于4.27%.它具有结构简单、测量速度快、适应性强、设备集成度高而且易于安装调试等特点.与计算机自动控制系统相结合,可以应用于半导体集成电路生产线的薄膜生长过程控制     

离子束溅射参数与Ta2O5薄膜特性的关联性

离子束溅射技术是制备Ta2O5薄膜的重要技术之一。采用正交试验设计方法,系统研究了Ta2O5薄膜的折射率、折射率非均匀性、消光系数、沉积速率和应力与工艺参数（基板温度、离子束压、离子束流和氧气流量）之间的关联性。通过使用分光光度计和椭圆偏振仪测量Ta2O5薄膜透过率光谱和反射椭偏特性,再利用全光谱反演计算的方法获得薄膜的折射率、折射率非均匀性、消光系数和物理厚度。Ta2O5薄膜的应力通过测量基底镀膜前后的表面变形量计算得到。实验结果表明:基板温度是影响Ta2O5薄膜特性的共性关键要素,其他工艺参数的选择与需求的薄膜特性相关。研究结果对于制备不同应用的Ta2O5薄膜制备工艺参数选择具有指导意义。     

微波电路用共面电极TaNx薄膜片式电阻器

采用反应溅射方法制作TaNx电阻薄膜,并通过溅射Ni、Au形成双层共面电极。研究了溅射条件对电阻薄膜组分的影响以及此类电阻器的微波特性。结果显示,溅射工作真空度小于0.5Pa,氮气体积分数大于5%时,可以得到阻值稳定的六方晶体结构TaNx电阻薄膜,其共面电极的电阻器使用频率上限大于20GHz。     

纳米级薄膜厚度的精确测量

对于纳米级多层膜来说,膜厚的精确测量至关重要。本文针对X射线衍射测量薄膜厚度的方法,对所能够获得的测量精度进行了研究。结果表明,无论是单层膜还是多层膜,实现样品台的精密装调都是获得膜厚精确测量结果的前提条件;而在实现了精密装调的情况下,由于多层膜具有相对较窄的衍射峰,因此能够提取出更为精确的峰位数据,与单层膜相比,能够得到更精确的膜厚;经过合理地选择衍射峰,能够获得优于0.01nm的多层膜周期厚度测量精度。     

Fabrication of low-stress dielectric thin-film for microsensorapplications

A method of fabricating low-stress dielectric thin film as the supporting material of micromachined devices is reported. The film is processed by post thermal oxidation of silicon-rich nitride (SN) deposited on a silicon substrate by LPCVD. Due to the compensation on the nitride by its top oxide, an ultra-low residual stress less than 10 MPa can be obtained with a proper oxidation scheme. Characteristics of the oxidized nitride were analyzed by Auger electron spectroscopy (AES) and ellipsometry. Large floating membranes of 4×4 cm² and 400-nm thick can be made by this method with TMAH etching     

薄SiO2层击穿特性与临界陷阱密度

薄栅氧化层的退化、击穿与氧化层中和界面陷阱的产生相关.本文研究了在恒电流TDDB(Time-Dependent Dielectric Breakdown) 应力条件下8.9nm薄氧化层的电学特性退化、击穿情况.研究表明,电子在穿越SiO₂晶格时与晶格相互作用产生陷阱,当陷阱密度达到某一临界密度N_bd时,氧化层就击穿.N_bd可以用来表征氧化层的质量,与测试电流密度无关.击穿电量Q_bd随测试电流密度增大而减小可用陷阱产生速率的增长解释.临界陷阱密度N_bd随测试MOS电容面积增大而减小,这与统计理论相符.统计分析表明,对于所研究的薄氧化层,可看作由面积为2.56×10^-14cm²的"元胞"构成,当个别"元胞"中陷阱数目达到13个时,电子可通过陷阱直接隧穿,"元胞"内电流突然增大,产生大量焦耳热,形成欧姆通道,氧化层击穿.     

Inhomogeneous thin film optical filters fabricated using glancingangle deposition

A novel method for fabricating inhomogeneous thin film optical interference filters is discussed. Glancing angle deposition (GLAD) and substrate motion are used to create a single material thin film with periodic index variation as a function of thickness. Filters fabricated with this technique promise to be much simpler and cheaper to produce and to have much lower stress than interference filters fabricated with other techniques     

Thermal peeling stress analysis of thin-film high-TC superconductors

Thermal peeling stress between a thin film and the substrate is caused by the mismatch of thermal expansion coefficients while the film and substrate undergo a temperature change. The thermal peeling stress resulting from the temperature decrease from ambient to operating conditions (cryogenic temperatures) between a thin-film high-temperature superconductor and its substrate is calculated using finite element analysis (FEA). The superconductor thin film is idealized as a long bridge on a large substrate. A two-dimensional FEA model is applied to calculate the tensile (peeling) stress at the thin film/substrate interface. Results are obtained for different geometries and temperature conditions, and these results are compared with analytical predictions. A stress singularity is found at the very edge of the thin film which is not predicted by the analytical prediction. The peeling stress can be very high due to this stress singularity, even if the temperature change is not large. The stress singularity area depends on the local geometry of the edge, suggesting that refining the geometry of the thin-film HTS device is important.     

AlN薄膜制备技术研究

采用磁控溅射法制备了AlN薄膜并研究了射频(RF)等离子清洗对AlN薄膜结晶取向度的影响,实验表明,RF等离子清洗基片3min后AlN薄膜c轴取向摇摆曲线半峰宽达到1.3°;通过Mo薄膜衬底对AlN薄膜结晶取向度的影响发现,取向度好的Mo薄膜衬底有利于c轴取向AlN薄膜的生长;Ar气体流量对AlN薄膜应力的影响使AlN薄膜应力从-390(压应力)~73 MPa(张应力)可调。     

梯度煅烧对PZT铁电薄膜表面形貌的影响

研究了通过梯度煅烧制度改善薄膜开裂同题的方法和机理。实验在Al2O3基片上采用溶胶-凝胶（Sol-Gel）法制备了PZT铁电薄膜，发现薄膜的开裂程度随预烧制度的不同而存在明显的差别。结果表明，通过选择薄膜的预烧温度，使各个薄膜层的预烧温度呈梯度分布，可减小薄膜中的应力，从而改善薄膜的开裂情况。