TMAH湿法腐蚀工艺制备微台面结构北大核心

针对目前四甲基氢氧化铵（TMAH）湿法腐蚀工艺制备微台面结构工艺可控性差、需要添加添加剂、溶液使用周期短及工艺维护繁琐、无法实现大尺寸晶圆工程化应用等问题,研究了无添加剂时,微台面的腐蚀形貌与TMAH溶液质量分数和循环速率之间的关系,提升了大尺寸晶圆凸角腐蚀尺寸的均匀性及表面质量,6英寸（1英寸=2.54 cm）硅晶圆内,凸角腐蚀尺寸不均匀性小于5%,台面高度不均匀性小于3%,且腔体底部平整光亮,腐蚀速率较快,实现了工程化应用。当TMAH溶液pH值为12.2-12.6时,微台面结构制备工艺稳定可控、维护简单,实现了高质量微台面结构的可批量化生产。     

TMAH腐蚀液的研究

IMAH是一种新型的、性能优异的各向异性腐蚀液.文章通过大量对比实验,对该腐蚀液用于＜100＞、＜111＞单晶Si片不同电阻率、不同晶向的样品研究了粗糙度和腐蚀速率,得出重要结论.此研究对正确使用rMAH腐蚀液有重要指导意义.     

过硫酸铵在TMAH体硅刻蚀中的作用

为了提高低浓度下四甲基氢氧化铵(TMAH)体硅刻蚀的质量,通过对质量分数为5%的TMAH进行研究,发现合适的过硫酸铵(AP)添加方式和添加量能够在不降低刻蚀速率的条件下提高体硅刻蚀质量。通过SEM,EDS和XRD对AP的作用机理进行深入分析,发现加入AP能使刻蚀底面生成"伪掩膜",并确定其成分为低温石英晶体。这些"伪掩膜"能够选择性地覆盖于刻蚀底面金字塔小丘的交界区域,使刻蚀底面相对凹陷的部分被保护,而金字塔顶相对凸出的部分则被刻蚀,从而在宏观上达到了降低粗糙度的效果。在此基础上得到了"两步法"的优化刻蚀工艺,结合该工艺已成功制备出深度485μm,平均刻蚀速率1.01μm/min,底面粗糙度仅为0.278μm硅杯微结构。     

10%TMAH硅湿法腐蚀技术的研究

研究了浓度为10%的四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液,在不同量的Si粉掺杂下,对铝膜及硅衬底的腐蚀及其pH值的变化。测试了在满足铝膜极低的腐蚀速率(<1nm/min)时,不同温度下该腐蚀液对硅(100)、(111)和(110)晶面及SiO2介质膜的腐蚀速率。还介绍了添加剂—过硫酸铵(APODS)和吡嗪的加入对腐蚀表面形貌及腐蚀速率的影响。研究结果表明,存在着一个临界的硅粉添加量,超过此量后铝膜的腐蚀速率急剧降低。90℃时,在10%TMAH溶液中加入1 5mol/L硅粉、3 0g/LAPODS和2g/L吡嗪可以实现铝膜不被腐蚀,同时硅(100)面约有1μm/min的腐蚀速率,腐蚀表面平整。腐蚀后的铝膜表面同硅铝丝键合良好,实现了腐蚀工艺同CMOS工艺的完全兼容。     

TMAH单晶硅腐蚀特性研究

TMAH是一种具有优良的腐蚀性能的各向异性腐蚀剂,选择性好,无毒且不污染环境,最重要的是TMAH与CMOS工艺相兼容,符合SOC的发展趋势。TMAH正逐渐替代KOH和其他腐蚀液,成为实现MEMS工艺中微三维结构的主要腐蚀剂。本文着重介绍了TMAH的特性、工艺条件及应用。     

基于TMAH溶液的PN结自停止腐蚀的研究

MEMS器件的性能与尺寸密切相关.介绍了一种精确控制器件尺寸的各向异性腐蚀方法--基于改进TMAH溶液的PN结自停止腐蚀.这种方法几乎不刻蚀铝,从而与CMOS工艺良好地兼容.应用这种办法正面腐蚀,成功释放结构,尺寸与设计比较符合,证明了这种方法的可行性及易操作性.     

硅各向异性浅槽腐蚀实验研究

通过实验分析,对比了异丙醇(IPA)和超声波对Si(100)面在KOH溶液和四甲基氢氧化氨(TMAH)溶液中的浅槽腐蚀速率及其表面形态的影响。实验结果表明,IPA能降低TMAH溶液的腐蚀速率,但IPA在KOH溶液中腐蚀速率降低不明显;IPA加入到较高浓度的KOH溶液中,会在Si表面产生较大小丘,恶化了Si腐蚀表面的质量,但在TMAH溶液中加入一定量的IPA会改善腐蚀表面的质量;超声波能加快腐蚀速率并能改善Si腐蚀表面质量,但对于加入IPA的较高浓度KOH溶液,超声波未能消除Si腐蚀表面的小丘,另外,超声波还能减弱腐蚀过程中微尺寸沟槽的尺寸效应;在腐蚀条件和配比一定情况下,TMAH溶液的腐蚀质量比KOH溶液好。     

通过添加表面活性剂和螯合剂改进硅片化学清洗工艺的研究

通过在传统RCA清洗法所用的SC-1液中,添加表面活性剂四甲基氢氧化铵(TMAH)和/或螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA),实验比较了不同清洗方法对颗粒粘污、金属粘污的去除效率;并测试了其对硅片表面粗糙度的影响。用MOS电容结构的击穿电场强度Weibull分布,评价了不同清洗方法所得氧化层的质量。结果表明,上述改进能够显著提高对颗粒粘污和金属粘污的去除效果,同时能省去RCA的SC-2清洗步骤,具有节省工时、化学试剂消耗量小的优势。     

微薄膜结构的湿法腐蚀技术研究

通过对流量传感器制造工艺中微薄膜结构的研究,分别介绍了采用氢氧化钾和四甲基氢氧化铵(TMAH)交替腐蚀实现感应薄膜释放的基本原理、工艺方法、工艺参数,及在制作流量芯片中的具体应用实例,实现了微米级厚度薄膜释放,为流量传感器和其它需要超薄薄膜微结构的制作奠定了基础。     

单晶硅各向异性湿法刻蚀的研究进展

单晶硅各向异性湿法刻蚀是制作硅基微电子机械系统(MEMS)器件的重要步骤之一,由于具有刻蚀均匀性好、批量大、成本低的优点而深受关注。首先回顾了单晶硅各向异性湿法刻蚀的刻蚀机理,比较了三种常用各向异性刻蚀液的刻蚀性质,讨论了刻蚀形状的控制技术。然后着重介绍了表面活性剂修饰的单晶硅各向异性湿法刻蚀速率和刻蚀表面光滑度等特性,以及面向MEMS应用的基于该刻蚀技术的各种微纳新结构;分析了表面活性剂分子在刻蚀过程中的作用,强调了表面活性剂分子在单晶硅表面的吸附性对改变刻蚀表面的物理性质的重要性。最后在此基础上,归纳了单晶硅各向异性湿法刻蚀的发展情况,探讨了其未来的发展方向。     

“集成电路工艺原理”课程中湿法腐蚀实验安排

为了形象演示"集成电路工艺原理"课程中的各向异性湿法腐蚀,笔者指导学生设计了一组(100)硅片上以SiO2正方薄膜为掩膜的腐蚀实验。学生自主配置KOH了溶液,改变水浴温度进行各向异性腐蚀实验,并利用金相显微镜对样品实时观察并测量。学生在动手过程中可以理解各向异性相关工艺,加强了教学效果。     

Metropolis蒙特卡罗模拟湿法腐蚀算法研究及应用

探讨了Metropolis蒙特卡罗方法模拟硅微加工各向异性湿法腐蚀仿真算法.在台阶流动(step flow)模型上引入了腐蚀概率方程,确定了蒙特卡罗转移概率.通过对不同相位晶面(vicinal surface)在掩模下的腐蚀模拟对提出的方法进行了校验分析,解释了蒙特卡罗法处理复杂晶面的原理和过程.模拟测试中,仿真程序能正确地再现不同晶向腐蚀速率特性以及凸角腐蚀的结构形态,经过与目前报道的元胞自动机以及其他种类蒙特卡罗法比较分析,模型具有较高的仿真效率和结果精度.最后,该系统模拟一个实际的微加速度传感器设计中的凸角补偿问题,在震动岛块的掩模补偿设计中验证了模型的正确性.     

Metropolis蒙特卡罗模拟湿法腐蚀算法研究及应用

探讨了Metropolis蒙特卡罗方法模拟硅微加工各向异性湿法腐蚀仿真算法.在台阶流动(step flow)模型上引入了腐蚀概率方程,确定了蒙特卡罗转移概率.通过对不同相位晶面(vicinal surface)在掩模下的腐蚀模拟对提出的方法进行了校验分析,解释了蒙特卡罗法处理复杂晶面的原理和过程.模拟测试中,仿真程序能正确地再现不同晶向腐蚀速率特性以及凸角腐蚀的结构形态,经过与目前报道的元胞自动机以及其他种类蒙特卡罗法比较分析,模型具有较高的仿真效率和结果精度.最后,该系统模拟一个实际的微加速度传感器设计中的凸角补偿问题,在震动岛块的掩模补偿设计中验证了模型的正确性.     

SiGe／Si HBT制造中干法,湿法腐蚀技术的研究

介绍了对ＳｉＧｅ／Ｓｉ材料干法，湿计腐蚀的机理，腐蚀方法，影响腐蚀的主要因素，以及其在制造异１质结晶体管中的应用。     

深硅杯湿法腐蚀中金属保护工艺研究

提出了一种新的采用聚酯胶膜保护金属图形的硅湿法腐蚀工艺,解决了深硅杯湿法腐蚀中金属保护难题,允许在器件完成所有IC工艺后再进行深硅杯湿法腐蚀。通过工艺试验研究,增加贴膜前的预处理和贴膜后的热压等工艺,能够有效延长掩膜的保护时间,在TMAH湿法腐蚀工艺条件下掩膜能够坚持6h,且成功实现了对硅280μm的深刻蚀。新工艺与IC工艺兼容,简单可靠,也能进行圆片级批量腐蚀。     

多晶Si太阳电池表面酸腐蚀制绒的研究

研究了采用HF和HNO3非择优腐蚀多晶硅表面制备绒面的机理。通过实验分析了酸混合液的体积浓度配比、添加剂、温度和时间等因素对腐蚀速率和腐蚀后表面形貌的影响;总结出了多晶Si的酸腐蚀规律,得到了制备理想绒面的酸混合液体积配比(V(HF):V(HNO3):V(CH3COOH)=1∶12∶6)。在此基础上提出了优化设计方案:采用廉价的水代替醋酸作为缓蚀剂,腐蚀过程置于超声槽中进行,利用超声波的振动使反应生成的气泡快速脱离多晶Si片表面,同时使腐蚀液浓度分布更加均匀,从而制备出效果更佳的多晶Si绒面。     

湿法腐蚀后硅表面形态微结构的研究

随着半导体工艺集成度的不断提高及微纳米技术的发展,半导体硅材料的湿法腐蚀及腐蚀后硅表面的平整度及洁净度对半导体器件的影响越来越重要,有关此方面的研究也日益受到重视。本文利用扫描隧道显微镜(STM)技术,研究了Si(111)在几种不同比例的NH_4F-HCl溶液中腐蚀后的表面形态及洁净度。表面的STM图像分析,表明在较高pH值的NH_4F-HCl溶液中腐蚀的Si(111)表面粗糙度较小。     

碱性条件下铝CMP的机理分析及实验优化

依据铝的电化学腐蚀特性,阐明了碱性条件下铝化学机械抛光(CMP)的机理。由于铝的硬度较低,在抛光过程中容易产生微划伤等缺陷,因此首先探索出适宜铝化学机械抛光的低压条件(4 psi,1 psi=6.895 kPa)。此外,提出两步抛光的方法,在抛光初期采用压力4 psi,抛光液由质量分数为40%的纳米级硅溶胶与去离子水(DIW)以体积比1∶1配制,氧化剂(H2O2)体积分数为1.5%,FA/O I型表面活性剂体积分数为1%,调节FA/OⅡ型螯合剂pH值为11.0,获得了较高的铝去除速率(341 nm/min)。在抛光后期采用低压1.45 psi,抛光液主要成分为体积分数5%的FA/O表面活性剂,并在较大体积流量(300 mL/min)的条件下进行抛光,充分利用表面活性剂的作用,对实验方案进行优化。采用优化后的实验方案,铝表面的划伤和缺陷显著减少。     

Si基外延GaN中位错的光助湿法化学显示

采用1000W卤钨灯作为光源,对GaN外延膜在KOH溶液中进行化学腐蚀,以显示晶体位错.采用扫描电子显微镜、原子力显微镜观察位错密度及表面形貌,得到了清晰的腐蚀图形.提出了腐蚀机理,光照激发位错处产生电子-空穴对,加速位错处的腐蚀速率.GaN表面出现了大量的六角腐蚀坑(位错露头).优化了KOH溶液的腐蚀条件.     

Ce在Si(111)面上吸附的EHT研究方法

采用集团模型和半经验的EHT方法研究Ce原子在Si(111)顶位和三度位吸附,由体系总能量最低确定了稳定的吸附位置,并在最稳定的三度吸附位讨论了Ce-Si成键特性和状态密度.结果表明,Ce原子的5d和4f轨道与Si原子的3p轨道相互作用,在费米能级以下形成了混杂的能级,同时5d和4f轨道的能量降低,获得少量6s轨道的电荷,而整个Ce原子失去约0.8个电子.计算所得结果及态密度在吸附前后的变化与第一性原理的DVM计算符合较好.