电解腐蚀形成铝电极

现在,在半导体器件和集成电路中,其电极(布线)材料一般都用蒸发铝膜。特别是在集成电路中,为了高密度化和提高成品率,其电极(布线)的形成更是如此。本文概述用电解腐蚀形成铝电极的方法。图形形成技术——铝电极形成技术铝电极的形成方法,已知有光刻腐蚀法,选择阳极氧化法等等,可分类如下:1.把不要部分去除法(1)光刻腐蚀法——化学腐蚀法,电解腐蚀法。(2)剥离法——在片子上预先把光刻抗蚀剂膜涂复在电极以外的不要部分上进行铝蒸发。其后,用剥离剂将抗蚀剂膜去除,抗蚀剂上的蒸发铝膜也被剥离而形成铝电极。     

在等离子腐蚀中的一种新的钻蚀现象

硅和硅介质膜的腐蚀是在硅衬底表面上形成精细图形的一种基本技术。本文的目的是报导在硅、硅介质膜和铬膜气体等离子腐蚀时所观察到的一种新的腐蚀方法。众所周知,钻蚀现象是由于采用溶液的通常湿化学腐蚀方法的一种固有现象,因为腐蚀是以中心位于光致抗蚀剂的边缘按两维的正向推进。因此,当光致抗蚀剂掩模图形宽度和腐蚀的图形宽度分别定为 W_1和 W_2时,钻蚀的量△W=(W_1—W_2)/2在通常湿化学腐蚀方法的情况下总是正的。氟利昂—14气体等离子可以腐蚀硅和硅介质膜,同时腐蚀速率按下列次序:多晶     

全等离子干法腐蚀工艺

SiO_2和Al的选择腐蚀肯定可由等离腐蚀来完成。此项工作虽然还处于实验室阶段,但看来是很有前途的。等离子腐蚀已用于去胶、腐蚀多晶硅与单晶硅,Si_3N_4以及腐蚀作为掩模用的铬膜等。而且SiO_2膜与Al膜的腐蚀也是完全可以实现的,所有的腐蚀工艺都可以进行干腐蚀。本文着重叙述利用等离子腐蚀来实现SiO_2与Al的腐蚀问题,详细地汇总一下其研究情况。有关离子腐蚀及等离子成膜技术在这里就不准备介绍了。     

LSI中的金属化工艺

钨丝加热法蒸发纯Al,采用“U”型状,在我国首先研制出双极LSI。为了缩小芯片面积,防止浅结漂发射区工艺纯Al布线后造成EB结短路,研制成功钨丝加热法蒸发Al-Si薄膜。为进一步缩小芯片面积,采用双层布线工艺,又研制成功钨丝加热法蒸发Al-Cu-Si合金膜。本文主要介绍三种薄膜蒸发工艺及应用。     

铝金属化的俄歇电子能谱分析

用俄歇电子谱仪(AES)研究了Al/Si、Al/poly-si和Al-Si/Si结构的Al金属片中Si的溶解和扩散现象。同时还研究了Al-Si界面区的冶金学状态。结果表明:Al-Si界面宽常不均匀,局部扩散和溶解现象严重。用AES深度分布分析技术测量了Al-Si界面宽和Al向Si和多晶硅中的扩散深度。 AES分析结果表明:Al-Si界面区是由富Al的Al-Si合金和富Si的Si-A1合金两相组成。     

全自动反应性离子腐蚀装置及其在VLSI中的应用

目前LSI正在逐年地向高密度化发展,它为电子学的发展做出了巨大的贡献。其生产的主要关键是微细加工技术,它要求尽可能地按照由投影和缩小曝光等方法所形成的微细抗蚀剂图形进行腐蚀。以往的等离子腐蚀由于各向同性而产生钻蚀,故难以实现微细化。因此,迫切希望一种不产生钻蚀的各向异性腐蚀技术。这种各向异性腐蚀是利用电场加速CF_4等反应性气体等离子体中的离子,使其具有方向性并利用它们对样品(硅片)进行冲击而实现的。此方法的大部分过程都可用平行板辉光放电装置来进行,目前在批量生产线中已陆续被采用。当然,电化学反应(ECR)放电形式也是今后必须注意的一种方法。     

有机电致发光器件的新型薄膜封装技术研究

针对有机电致发光器件(OLED)在空气中水汽和O2作用下寿命下降的问题,提出一种对OLED进行薄膜封装方法。封装薄膜由电子束蒸镀Al2O3薄膜和原子层沉积(ALD,atomic layer deposition)Al2O3薄膜相结合形成。利用Ca薄膜电学测试方法测定封装薄膜的水汽透过率(WVTR)。具体实现方法是,采用玻璃作为衬底,在100nm的Al电极上蒸镀200nm的Ca膜,然后对整个系统进行薄膜封装,只留出Al电极的一部分作为探针接触电极。实验发现,采用电子束蒸镀结合ALD的Al2O3薄膜封装,Ca薄膜变成透明的时间比未封装或采用单一结构封装得到了延长。为了检验薄膜封装效果,制作了一组绿光OLED,器件结构为ITO/MoOX(5nm)/mMTDATA(20nm)/NPB(30nm)/Alq3(50nm)/LiF(1nm)/Al,实验结果表明,本文提出的薄膜封装方法对器件进行封装,器件的寿命得到了延长。     

Cr/Cu/Al/Cr薄膜电极的防氧化性能

采用Al作为Cu导电层的主要防氧化保护层,在普通浮法玻璃上利用磁控溅射和湿法刻蚀技术制备Cr/Cu/Al/Cr复合薄膜及其电极,研究不同的热处理温度对复合薄膜及其电极的结构、表面形貌和导电性能的影响。由于有Al层作为保护层,在热处理过程中,Al先与穿过Cr保护层的氧进行反应,从而可以更有效地保护Cu膜层在较高的温度下不被氧化,所制备的薄膜在经过600℃的热处理之后仍然具有较好的导电性能。而对于Cr/Cu/Al/Cr电极,侧面裸露的金属层在热处理过程中的氧化是其导电性能逐渐下降的主要原因,退火温度超过500℃之后,电极侧面裸露部分的氧化范围不断往电极的中间扩散,导致了薄膜电极导电性能显著恶化。虽然如此,Cr/Cu/Al/Cr薄膜电极在430℃附近仍然具有较好的导电性能,电阻率为7.3×10-8Ω.m,符合FED薄膜电极的要求。以此薄膜电极构建FED显示屏,通过发光亮度均匀性的测试验证了Cr/Cu/Al/Cr电极的抗氧化性。     

PZT薄膜的制备及其与MEMS工艺的兼容性

用溶胶-凝胶技术在Pt/Ti/SiO2/Si上制备了PZT薄膜,并采用剥离技术与热处理的方法解决了Pt电极的图形化,在结晶热处理前,利用PZT腐蚀液对PZT进行图形化腐蚀.分别用SEM,XRD,EDX对电极和PZT薄膜的相貌、相结构以及化学组分进行了分析.结果表明:所制备的PZT薄膜具有完全的钙钛矿型结构;这种图形化的工艺方法大大改善了电极和PZT的图形化条件,在不影响电极和PZT性能的同时,提高了电极和PZT的图形质量;底电极和PZT的图形化过程,避免了强酸长时间的腐蚀,大大提高了PZT薄膜的制备与MEMS工艺的兼容性.     

表面等离子体共振(SPR)薄膜传感器的研究

利用自制的棱镜型表面等离子共振（SPR）传感器,在固定入射光波长632＋8nm激光入射下,被测样品为空气,研究了金属薄膜分别为Al膜、Ag膜及Au膜时的反射光功率与入射角之间的关系,讨论了Al薄膜厚度对表面等离子共振灵敏度的影响。     

PZT薄膜的制备及其与MEMS工艺的兼容性

用溶胶-凝胶技术在Pt/Ti/SiO2/Si上制备了PZT薄膜,并采用剥离技术与热处理的方法解决了Pt电极的图形化,在结晶热处理前,利用PZT腐蚀液对PZT进行图形化腐蚀.分别用SEM,XRD,EDX对电极和PZT薄膜的相貌、相结构以及化学组分进行了分析.结果表明:所制备的PZT薄膜具有完全的钙钛矿型结构;这种图形化的工艺方法大大改善了电极和PZT的图形化条件,在不影响电极和PZT性能的同时,提高了电极和PZT的图形质量;底电极和PZT的图形化过程,避免了强酸长时间的腐蚀,大大提高了PZT薄膜的制备与MEMS工艺的兼容性.     

LCoS反射层的实验研究

LCoS技术是硅基CMOS半导体集成电路技术和液晶显示技术相结合的新技术。铝膜作为LCoS的反射电极，要求有较高的反射率和电导率。采用电子束蒸发的方法，以高纯度的Al为靶材，硅片为衬底，制备了不同厚度的Al反射膜，并测量了在可见光范围内反射率曲线，分析了薄膜的致密性和电导率。实验结果表明，当Al层很薄时，膜的连续性较差，呈岛状或网状结构，膜的导电性不好；如果沉积较厚（1μm以上）则容易形成“铝丘”，即出现多晶态的Al分布，一方面使Al膜表面粗糙，降低其镜面反射率，同样也将严重影响Al膜的电学性能。选定50nm厚度Al膜作为LCoS的反射层为最佳。     

采用CF_4—H_2等离子体干法刻蚀SiO_2

本文报导了二氧化硅的一种干法刻蚀工艺,采用RF发生器和平行板电极所激励的CF_4—H_2等离子体各向异性地刻蚀二氧化硅薄膜,所获得的图形尺寸为2μm宽,0.8μm厚。     

ZnO薄膜器件欧姆电极的高掺杂接触法制备

利用脉冲激光沉积方法在Al/Si衬底上生长出了高质量的n型ZnO单晶薄膜。研究并总结了以金属Al材料制备ZnO薄膜器件欧姆电极的方法。选择功函数合适的金属作为电极材料,比如In、Ti和Al等,可以在n型ZnO薄膜上制作良好的欧姆电极。研究发现,在金属Al和n型ZnO膜之间生长一层高掺杂的AZO层,可得到比Al与n型ZnO直接接触更优良的欧姆性能。并且,通过高温退火可以有效提高金属Al电极的结晶质量和电导率,降低电极与n型ZnO界面处的接触势垒,从而实现优良的欧姆接触性能。     

利用激光——真空弧技术制备Al65Cu20Fe15准晶态合金薄膜

准晶态合金具有许多晶态合金无法比拟的特性,如低电导率、低导热率和负温度系数、抗磁性、高硬度、低摩擦系数和耐蚀性等。准晶合金做为涂层和薄膜材料具有重要的潜在应用价值。准晶合金薄膜由于对其成份的特殊要求,一般方法难以制备。本文首先介绍了激光-真空弧薄膜沉积技术和自行研制的相关设备。利用该设备,在Si<111>基体表面制备了Al65Cu20Fe15准晶态合金薄膜。研究了所制备薄膜的厚度、颗粒度等与薄膜制备过程中激光脉冲频率、引弧电压和靶材—衬底间距等工作参数之间的对应关系。结果表明,通过调整工艺参数,可以有效的改善成膜质量。薄膜沉积所用的靶材是电磁感应熔炼制备的Al65Cu20Fe15准晶整体材料。沉积在衬底上的薄膜是与准晶合金成分接近的非晶态薄膜。为了得到准晶态合金膜需对其进行退火处理,本文探讨了退火温度、与膜成分、组织结构的变化趋势之间的关系。     

一种无线键合的互连技术

混合集成电路分两种：薄膜混合集成电路和厚混合集成电路，薄膜是蒸 发或溅射在微晶玻璃片上或99%陶瓷片上沉积金属膜，通过光刻形成薄膜图形，厚膜通过浆料印刷在96%陶瓷片上经烧结形成必要的厚膜图形。这种成熟的技术已经用在科研生产中。     

薄膜绝缘层对陶瓷厚膜电致发光显示器件的影响

采用丝网印刷技术，在Al2O3陶瓷板上印刷、高温烧结内电极及绝缘层制备出陶瓷厚膜基板，进而制备了新型厚膜电致发光显示器（TDEL），整个器件结构为陶瓷基板／内电极／厚膜绝缘层／发光层／薄膜绝缘层／ITO透明电极。对用不同薄膜绝缘材料制备的显示器件的特性进行测试、比较、分析，结果表明薄膜绝缘介质层对器件的阈值电压、发光亮度均有一定的影响，以复合绝缘层的性能最优。最后对器件的衰减特性进行了初步分析。     

铁电电容的电极结构

作为铁电电容的电极材料 ,铂是使用最为广泛的金属。在 PZT薄膜的上下两层分别用离子束溅射淀积厚度为 50 nm和 10 0 nm的 Pt。在铂层上按常规工艺需蒸发 1～ 2 μm的 Al作为布线金属。为避免在热处理过程中的固相反应 ,Al/ Pt之间还需嵌入阻挡金属。观察了 Si,Co,Ni,Ti和 Ti/ W合金膜的阻挡特性。实验证明一定组分的 Ti/ W合金膜能有效地抑制 Al/ Pt固相反应 ,获得较为理想的接触特性。     

等离子腐蚀铬掩模版的横向腐蚀分析

本文给出了进行等离子腐蚀铬掩模版图形的一个典型工艺条件,并对在此工艺条件下腐蚀的铬掩模图形的实验结果进行分析,给出了等离子腐蚀中的横向腐蚀量。实验结果确证了腐蚀技术是制造超大规模集成电路和超高频功率器件掩摸版的最好腐蚀技术。     

低温下氮化硅膜的制备及特性的分析研究

本文阐述了等离子增强化学汽相淀积(PECVD)氮化硅膜的生长原理和方法;对于在不同衬底,如Si,特别是GaAs和金属膜上淀积氮化硅膜的各种影响因素进行了理论和实验分析;针对GaAs上淀积氮化硅膜的特殊现象提出了新的解释;推导出了SiN膜性能参数Si/N、折射率、Si-H键和N-H键密度等量之间关系的经验公式;研完了MNM电容上下电极对SiN性能的影响,指出用Ti-Pt-Au做下电极,Al做上电极可以提高电容耐压;确立了优化的条件,在较低温度(200～300℃)下生长出了氧含量极低、致密耐击穿电压高的优质SiN膜,该介质膜实用于半导体单片集成电路和高耐薄膜电容。