PECVD SiC材料刻蚀技术

通过对PECVD SiC进行不同条件下的反应离子刻蚀(RIE)和电感耦合反应离子刻蚀(ICP)实验研究,提出了使用SF6和He的混合气体进行RIE刻蚀,并讨论了功率和压强分别对刻蚀速率的影响.进一步研究了SiC中H含量对于RIE刻蚀速率的影响,同时验证ICP刻蚀过程中负载效应的存在.     

PECVD SiC材料刻蚀技术

通过对PECVD SiC进行不同条件下的反应离子刻蚀（RIE）和电感耦合反应离子刻蚀（ICP）实验研究，提出了使用SF6和He的混合气体进行RIE刻蚀，并讨论了功率和压强分别对刻蚀速率的影响. 进一步研究了SiC中H含量对于RIE刻蚀速率的影响，同时验证ICP刻蚀过程中负载效应的存在.     

PECVD SiC材料刻蚀技术

通过对PECVD SiC进行不同条件下的反应离子刻蚀(RIE)和电感耦合反应离子刻蚀(ICP)实验研究,提出了使用SF6和He的混合气体进行RIE刻蚀,并讨论了功率和压强分别对刻蚀速率的影响.进一步研究了SiC中H含量对于RIE刻蚀速率的影响,同时验证ICP刻蚀过程中负载效应的存在.     

4H-SiC材料干法刻蚀工艺的研究

鉴于SiC材料具有很强的稳定性以及湿法刻蚀的种种缺点,目前主要使用干法刻蚀来刻蚀SiC材料。但是干法刻蚀后样品表面的粗糙度对器件的性能有一定的影响。针对这一问题,采用电感耦合等离子体-反应离子刻蚀技术,对SiC材料进行SF₆/O₂混合气体和SF₆/CF₄/O₂混合气体的刻蚀,并且探究了压强、ICP功率和混合气体比例对样品表面粗糙度的影响。实验结果表明使用SF₆/O₂混合气体刻蚀后,样品的表面平整度较好。在一定RIE功率条件下,当ICP功率为700 W、压强为20 mT和SF₆/O₂为50/40 sccm时,样品表面的粗糙度最小。     

HgCdTe探测列阵干法技术的刻蚀形貌研究

首次报道了HgCdTe微台面焦平面探测列阵成形工艺的干法刻蚀技术有关刻蚀形貌的一些研究结果.从HgCdTe外延材料的特点出发,详细分析了其干法刻蚀适用的RIE(reactive ion etching)设备和刻蚀原理.采用高等离子体密度、低腔体工作压力、高均匀性和低刻蚀能量的ICP(inductively coupled plasma)增强型RIE技术,研究了不同的工艺气体配比、腔体工作压力、ICP源功率和RF源功率对HgCdTe材料刻蚀形貌的影响,并初步得到了一种稳定的、刻蚀表面清洁、光滑、图形轮廓良好、均匀性较好和刻蚀速率较高的干法刻蚀工艺.     

氮化镓干法刻蚀研究进展

对比了RIE,ECR,ICP等几种GaN干法刻蚀方法的特点.回顾了GaN干法刻蚀领域的研究进展.以ICP刻蚀GaN和AlGaN材料为例,通过工艺参数的优化,得到了高刻蚀速率和理想的选择比及形貌.在优化后的刻蚀工艺条件下GaN材料刻蚀速率达到340nm/min,侧墙倾斜度大于80°且刻蚀表面均方根粗糙度小于3nm.对引起干法刻蚀损伤的因素进行了讨论,并介绍了几种减小刻蚀损伤的方法.     

4H-SiC MESFET的反应离子刻蚀和牺牲氧化工艺研究

对于栅挖槽的4H-SiCMESFET,栅肖特基接触的界面经过反应离子刻蚀,界面特性对于肖特基特性和器件性能至关重要。反应离子刻蚀的SiC表面平滑度不是很好,刻蚀损伤严重。选择合适的RIE刻蚀条件减小刻蚀对半导体表面的损伤;利用牺牲氧化改善刻蚀后的表面形貌,进一步减小表面的刻蚀损伤。工艺优化后栅的肖特基特性有了明显改善,理想因子接近于1。制成的4H-SiCMESFET直流夹断特性良好,饱和电流密度达到350mAmm。     

SiC ICP背面通孔刻蚀研究

介绍了利用ICP设备,使用SF6基气体对4H-SiC衬底进行背面通孔刻蚀的技术。研究了金属刻蚀掩模、刻蚀气体中O2含量的变化、反应室压力、RF功率和ICP功率等各种条件对刻蚀结果产生的影响,重点对刻蚀气体中O2含量和反应室压力两个条件进行了优化。通过对刻蚀结果的分析,得出了适合当前实际工艺的优化条件,实现了厚度为100μm、直径为70μm的SiC衬底GaN HEMT和单片电路的背面通孔刻蚀,刻蚀速率达700nm/min,SiC和金属刻蚀选择比达到60∶1。通过对工艺条件的优化,刻蚀出倾角为75°～90°的通孔。     

掺镁铌酸锂晶体的ICP刻蚀性能

掺镁铌酸锂晶体(Mg:LiNbO3)是一种相对难刻蚀的晶体,Mg:LiNbO3的干法刻蚀速率和刻蚀形貌控制是铌酸锂光电子器件加工中的关键技术之一。采用牛津仪器公司的Plasmalab System 100以SF6/Ar为刻蚀气体,具体研究Mg:LiNbO3的刻蚀速率随着感应耦合等离子体(ICP)功率、反应离子刻蚀(RIE)功率、气室压强和气体流量配比等刻蚀参数的变化,同时研究发现SF6/(Ar+SF6)气体流量配比还会影响刻蚀表面的粗糙度。实验结果表明:在ICP功率为1000W,RIE功率为150W,标准状态(0℃,1个标准大气压)下气体总流量为52mL/min,压强为0.532Pa,SF6/(Ar+SF6)气体体积分数为0.077的条件下,刻蚀速率可达到152nm/min,刻蚀表面粗糙度为1.37nm,可获得刻蚀深度为2.5μm,侧壁角度为74.8°的表面平整脊形Mg:LiNbO3结构。     

纳米压印中残余胶刻蚀工艺研究

压印光刻在图形转移之后,需要去除残留在凹槽底部的胶。采用RIE工艺对紫外压印胶的刻蚀速率进行了研究。结果表明,随着气压或气体流量增大,刻蚀速率均会先增加,达到一定值后又开始下降;在刻蚀气体中加入SF_6后,会减少钻蚀,但刻蚀速率会有少许下降;而在刻蚀气体中加入少量SF_6且压强及流量较大时,各部分的刻蚀速率一致性较好。由此得到了一个优化后的刻蚀条件,反应气体:O_2+SF_6,气体流量分别为40 cm~3/min和5 cm~3/min,压强9.31 Pa,RF功率20 W,此时刻胶速率可稳定在0.8μm/min左右,且均匀性较好。     

ICP技术在化合物半导体器件制备中的应用

介绍了ICP刻蚀工艺技术原理和在化合物半导体器件制备中的应用,包括ICP刻蚀技术中的低温等离子体的形成机理、等离子体与固体表面的相互作用等,并对影响ICP刻蚀结果的因素进行了分析.研究了不同的工艺气体配比、腔体工作压力、ICP源功率和射频源功率对刻蚀的影响,并初步得到了一种稳定、刻蚀表面清洁光滑、图形轮廓良好、均匀性较好和刻蚀速率较高的干法刻蚀工艺.     

利用CH4/H2/Ar及Cl2高密度等离子体对InSb的高速率刻蚀研究（英文）

利用感应耦合等离子体(ICP)进行了InSb刻蚀研究。为了实现高的刻蚀速率同时保证光滑的刻蚀表面,研究中在CH4/H2/Ar气氛中引入了Cl2。研究发现,对InSb的刻蚀速率随Cl2含量及ICP功率的升高而线性增加。当Cl2含量增加到超过12%或ICP功率大于900 W时,刻蚀表面变得粗糙,而易引起刻蚀损伤的直流偏压随ICP功率的升高而降低。此现象归因于刻蚀副产物InCl3在样品表面的聚集进而妨碍均匀刻蚀反应所致。当样品温度从20℃提高到120℃,刻蚀速率及表面粗糙度无明显变化。通过试验研究,实现了对InSb的高速率、高垂直度刻蚀,刻蚀速率大于500 nm/min,对SiO2掩模刻蚀选择比大于6,刻蚀表面光洁,刻蚀垂直度可达80°。     

EPG 535光刻胶氧离子刻蚀工艺的研究

采用反应离子刻蚀(RIE)技术,对EPG 535光刻胶和碲锌镉(CZT)基体刻蚀工艺进行研究,采用原子力显微镜(AFM)法测试CZT基体刻蚀前后的表面质量,探讨了EPG 535光刻胶刻蚀速率和CZT基体表面粗糙度的影响因素。结果表明,当RF功率为60 W、氧气气压为1.30 Pa、氧气流量为40 cm3/min,光刻胶达到最大刻蚀速率;随着RF功率降低,刻蚀后CZT基体的表面粗糙度降低。实验优化的刻蚀参数为:RF功率40 W、氧气气压1.30 Pa、氧气流量40 cm3/min。     

8.9W/mm高功率密度SiC MESFET器件研制

基于自主研发的碳化硅(SiC)材料外延技术,优化了材料各层结构及参数,减小了Al记忆效应,最终得到了高质量SiC外延片。采用自主研发成熟的SiC MESFET工艺平台,制作了多凹栅器件结构,优化了凹槽尺寸,采用细栅制作技术完成了栅电极制作,最终得到了不同栅宽的SiC MESFET芯片。突破了大栅宽芯片流片、封装及大功率脉冲测试技术,研制成功了微波功率特性良好的MESFET器件。微波测试结果表明,在2 GHz脉冲条件下,0.25 mm栅宽器件,输出功率密度达到8.96 W/mm,功率附加效率达到30%。单胞20 mm大栅宽器件,3.4 GHz脉冲条件下,功率输出达到94 W,功率附加效率达到22.4%。     

商品有机玻璃片微结构的深刻蚀研究

研究应用O2反应离子刻蚀(RIE)直接深刻蚀商用有机玻璃(PMMA)片，以实现微结构的三维微加工，工艺简单，加工成本较低，为微器件的高深宽比加工提出了新方法。试样采用Ni作掩膜，以普通的光刻胶曝光技术和湿法刻蚀法将Ni掩膜图形化。工作气压、刻蚀功率等工艺参数对刻蚀速率影响较大。在刻蚀过程中，掩膜上的金属粒子会被刻蚀气体离子轰击而溅射散落出来，形成微掩膜效应。利用这种RIE技术，在适当的溅射功率及气压下，刻蚀速率较快，且获得了较陡直的微结构图形，刻蚀深度达120μm。     

基于金刚石钝化散热的栅区微纳尺度刻蚀研究

片内热积累效应严重制约GaN器件向高功率密度应用发展,金刚石钝化散热结构的GaN器件热管控技术已成为目前研究重点,而金刚石栅区高精度刻蚀和控制是实现该热管理技术应用的关键工艺难点。因此,本文采用电感耦合等离子体（ICP）刻蚀技术,以氮化硅作为刻蚀掩膜,对纳米金刚石薄膜进行栅区微纳尺度刻蚀工艺研究,系统分析了刻蚀气体、组分占比、射频功率等工艺参数对刻蚀速率的影响。结果表明,ICP源功率与氧气流量对刻蚀速率有增强作用,Ar与CF₄的加入对刻蚀过程具有调控作用。最终提出了基于等离子体刻蚀技术的高精度微纳尺度金刚石钝化薄膜刻蚀方法,对金刚石集成GaN器件热管理和金刚石高精度刻蚀技术具有重要的指导意义。     

RIE工艺参数对4H-SiC刻蚀速率和表面粗糙度的影响

基于4H-SiC材料的微机电系统(MEMS)器件(如压力传感器、微波功率半导体器件等)在制造过程中,需要利用干法刻蚀技术对4H-SiC材料进行微加工.增加刻蚀速率可以提高加工效率,但是调节刻蚀工艺参数在改变4H-SiC材料刻蚀速率的同时,也会对刻蚀表面粗糙度产生影响,进而影响器件的性能.为了提高SiC材料的刻蚀速率并降低刻蚀表面粗糙度,满足4H-SiC MEMS器件研制的需求,本文通过优化光刻工艺参数(曝光模式、曝光时间、显影时间)获得了良好的光刻图形形貌,改善了刻蚀掩模的剥离效果.实验中采用SF6和O2作为刻蚀气体,镍作为刻蚀掩模,分析了4H-SiC反应离子刻蚀工艺参数(刻蚀气体含量、腔体压强、射频功率)对4H-SiC刻蚀速率和表面粗糙度的影响.实验结果表明,通过优化干法刻蚀工艺参数可以获得原子级平整的刻蚀表面.当SF6的流量为330 mL/min,O2流量为30 mL/min,腔体压强为4 Pa,射频功率为300 W时,4H-SiC材料的刻蚀速率可达到292.3 nm/min,表面均方根粗糙度为0.56 nm.采用优化的刻蚀工艺参数可以实现4H-SiC材料的高速率、高表面质量加工.     

基于片内热管理应用的碳化硅深孔刻蚀研究

针对传统SiC衬底GaN器件高功率密度工作时的热积累问题,开展基于芯片内部嵌入高热导率材料的GaN器件芯片级热管理技术研究。在实现工艺兼容性的基础上,采用反应离子刻蚀技术对GaN器件有源区下端的SiC衬底进行深孔刻蚀工艺研究,系统地分析了刻蚀气体、射频功率及腔室压强等工艺参数对刻蚀速率的影响,并结合能谱对刻蚀表面的质量和损伤进行分析。实验发现射频功率仅能影响刻蚀速率,而刻蚀气体和压强不仅影响其刻蚀速率,还影响其刻蚀表面质量。最终提出了一种基于反应离子刻蚀技术的SiC深孔刻蚀方法,对器件热管理和SiC深孔刻蚀技术具有重要的指导意义。     

基于电感耦合等离子体刻蚀的LNOI脊形微结构制备

铌酸锂(LiNbO₃,LN)是一种广泛使用的介电材料,由于其电光系数大,透明范围大,本征带宽宽,因而在集成和非线性光学器件中极为重要。但绝缘体上铌酸锂薄膜(LNOI)的化学稳定性好,刻蚀速率慢,其微结构参数难以控制。针对以上问题,该文开展了基于电感耦合等离子体刻蚀(ICP-RIE)的LNOI脊形微结构的制备工艺研究,分析了腔室压强、气体总流量及刻蚀功率等参数对刻蚀速率、刻蚀倾角和表面粗糙度(RMS)的影响。研究表明,在优化的工艺条件下,LNOI薄膜的刻蚀速率达到24.9 nm/min,制备出刻蚀深度249 nm、刻蚀倾角76°、表面粗糙度(RMS)0.716 nm的LNOI脊形微结构。该文通过对刻蚀工艺与微观结构参数的研究,建立了基于ICP的LNOI微结构刻蚀方法,为控制LNOI脊形光波导和提升性能提供了工艺支撑。     

栅槽刻蚀工艺对增强型GaN HEMT器件性能的影响

基于凹槽栅增强型氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)研究了不同的栅槽刻蚀工艺对GaN器件性能的影响。在栅槽刻蚀方面,采用了一种感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术与高温热氧化湿法刻蚀技术相结合的两步法刻蚀技术,将AlGaN势垒层全部刻蚀掉,制备出了阈值电压超过3 V的增强型Al_2O_3/AlGaN/GaN MIS-HEMT器件。相比于传统的ICP干法刻蚀技术,两步法是一种低损伤的自停止刻蚀技术,易于控制且具有高度可重复性,能够获得更高质量的刻蚀界面,所制备的器件增强型GaN MIS-HEMT器件具有阈值电压回滞小、电流开关比(I_ON/I_OFF)高、栅极泄漏电流小、击穿电压高等特性。