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。     

金刚石薄膜及其在红外末制导系统中的应用

本文首先介绍了金刚石薄膜独特而优异的性能:硬度最高,耐摩擦性好,热导率高,热膨胀系数小,抗热冲击性好;从紫外到远红外有较高的适光性;化学稳定性高,抗化学腐蚀性能好等等。随后,综述了目前低压化学汽相沉积(CVD)金刚石薄膜研究进展情况,包括沉积技术和薄膜质量。就金刚石薄膜在红外末制导系统     

VMOS器件研制中V形槽的腐蚀

我们在研制VMOS器件中应用硅各向异性腐蚀技术,并取得成功(VMOS器件主要电参数为:BV_(DS)=50～60V,I_(DS)=1～2A)。本文着重介绍硅各向异性腐蚀基本原理和各向异性腐蚀液、氢氧化钾-异丙醇-水腐蚀液的机理、V形槽腐蚀技术和实验结果分析。     

无氨氮化硅薄膜在MEMS硅腐蚀中的应用

研究了等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)生长的无氨氮化硅薄膜作为掩蔽层在MEMS硅腐蚀工艺中的应用。比较了PECVD不同工艺条件(衬底温度和功率)以及不同四甲基氢氧化铵(TMAH)硅腐蚀液温度对无氨氮化硅薄膜硅腐蚀掩蔽效果的影响。通过优化无氨氮化硅薄膜生长条件和硅腐蚀液温度,得到了高质量的氮化硅薄膜,颗粒以及针孔密度较少,0.2μm以上颗粒度小于100,提高了硅腐蚀掩蔽选择比。实验结果显示优化生长条件的氮化硅薄膜(衬底温度350℃,功率30 W),在85℃的TMAH硅腐蚀液中,硅的腐蚀速率为68μm/h,氮化硅薄膜腐蚀速率为33.2 nm/h,硅与氮化硅的腐蚀选择比为2 048,满足MEMS体硅腐蚀工艺对于掩膜特性的要求。     

压阻式金刚石压力微传感器的制作与测试

由于金刚石薄膜具有优良的高温压阻特性，适合于制作高温压力传感器。在Φ50mm(100)硅单晶衬底上用热丝CVD法生长本征多晶金刚石薄膜作为绝缘隔离层，通过掩模选择性生长法得到掺硼金刚石薄膜电阻条，再经金属化处理和腐蚀硅压力腔，得到了压阻式金刚石压力微传感器的原型器件。对该器件的压力输出特性测量表明，输出电压一压力曲线线性较好，重复性好．常温下灵敏度高。     

金刚石高成核选择比图形化技术

报道了一种新的金刚石薄膜选择生长图形化技术。首先用直流偏压增强的微波等离子体化学气相沉积（ＭＰＣＶＤ）对图形区域（Ｓｉ）高密度金刚石成核，接着对掩模区域（ＳｉＯ２）进行一次化学浅腐蚀，然后正常生长金刚石薄膜，得到表面光滑、侧壁陡直的金刚石精细图形。用该技术制作了金刚石微马达结构，其厚度为２μｍ，转子直径１５０μｍ。图形间隙可控制至１－２μｍ。     

金刚石薄膜研究进展述评

本文综述了金刚石薄膜(DTF)研究的最新进展,着重分析了金刚石薄膜的制备方法、成膜机理和各种性能表征技术。最后将金刚石薄膜和类金刚石薄膜进行了简单比较。     

双光束复合脉冲激光辐照沉积纳米金刚石薄膜

利用双光束复合脉冲激光辐照石墨悬浮液沉积技术,制备了高效率、高质量的纳米金刚石薄膜,成功解决了金刚石薄膜沉积不均匀和衬底温度对金刚石薄膜的影响。通过拉曼光谱仪和高分辨率透射电镜对薄膜的微观结构和组成进行了检测分析,实验结果表明,Raman光谱的D峰出现在1334cm-1处,G峰出现在1571cm-1处,沉积的薄膜致密均匀,晶粒平均尺寸在5nm左右。在制备过程中通过复合激光束辅以温度为金刚石薄膜的生长提供了更有利的条件,并在常温常压下连续制备出了粒度分布均匀的纳米金刚石薄膜。     

激光脉冲能量对类金刚石薄膜及其红外光学特性的影响

为了研究在氮气中激光的脉冲能量对类金刚石薄膜的微结构组成、表面形貌和红外光学特性的影响,在KrF准分子脉冲激光沉积(PLD)类金刚石薄膜的实验中,在沉积腔中充入10-1Pa氮气并保持其他实验参数不变,脉冲能量分别取120 mJ和150 mJ来沉积类金刚石薄膜。用拉曼光谱仪和X射线光电子能谱仪(XPS)对类金刚石薄膜的微结构与组成进行检测分析;用原子力显微镜(AFM)对薄膜的表面形貌进行检测分析;用傅里叶变换红外光谱仪对类金刚石薄膜和硅衬底的红外光透射谱进行检测分析。实验结果表明,脉冲能量从120 mJ增加到150 mJ导致类金刚石薄膜中的氮含量和sp3键含量增加,C-O,C=O和O的含量减少,石墨晶粒的数量减少、尺寸变小,薄膜表面的粗糙度显著降低。同时,脉冲能量增加导致类金刚石薄膜对红外光的增透作用减弱,增透范围变窄。     

金刚石薄膜半导体器件

介绍了金刚石薄膜的性质、当今金刚石薄膜半导体器件的技术、水平和性能。分析了金刚石薄膜作为半导体器件的优异性能、金刚石相地于硅的半导体器件性能的改善和存在的问题中，并指出实现金刚石薄膜半导体器件的障碍。     

“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。     

Influence of Bias-Enhanced Nucleation on Thermal Conductance Through Chemical Vapor Deposited Diamond Films

This work describes an experimental study of the cross-plane thermal conductance of plasma-enhanced chemical vapor deposited (PECVD) diamond films grown as a result of bias-enhanced nucleation (BEN). The diamond films are grown on silicon wafers using a two-step process in which a nucleation layer of amorphous or diamond like (DLC) carbon is first deposited on the silicon under the influence of a voltage bias. Then, conditions are adjusted to allow for polycrystalline diamond (PD) growth. The nucleation layer is essential for seeding diamond growth on smooth substrates and for optimizing PD properties such as grain size, orientation, transparency, adhesion, and roughness. A photoacoustic (PA) technique is employed to measure the thermal conductivities of and the thermal interface resistances between the layers in the diamond film structure. The influence of nucleation layers that are 70, 240, 400, and 650 nm thick on the thermal conductance of the diamond film structure is characterized. The thermal conductivity of the nucleation layer exhibits a thickness dependence for relatively thin layers. For each sample, the thermal conductivity of the PD is higher than 500 Wldrm^-1K^-1 (measurement sensitivity limit). A resistive network for the diamond film structure is developed. The resistance at the silicon/nucleation interface is less than 10^-9m²ldrKldrW^-1 (measurement sensitivity limit), which is of the order of theoretical predictions. The minimum diamond film structure resistance occurs when the nucleation layer is thinnest. When the nucleation layer is sufficiently thick, it begins to exhibit bulk behavior, and the resistance at the nucleation/PD interface dominates the thermal resistance of the diamond film structure.     

液相烧结碳化硅陶瓷腐蚀行为的显微观察

研究了AlN-R2O3（稀土氧化物）液相烧结碳化硅陶瓷在HF、HCl、NaOH、KOH、K3Fe（CN）6等单独或混合液中的腐蚀行为。检测了试样腐蚀前后的失重,用扫描电镜观察了试样腐蚀前后的显微形貌。结果表明,室温或煮沸条件下试样在HF、HCl、NaOH、KOH强酸、强碱中主要表现为晶隙液相腐蚀,晶隙间的玻璃相被腐蚀掉后留下形似岛屿的SiC晶粒,晶粒紧密相接的晶界未受侵蚀。试样在酸中比在碱中的腐蚀程度重。室温下腐蚀进程缓慢,煮沸后腐蚀迅速;在K3Fe（CN）6液中基本不受腐蚀;而在K3Fe（CN）6与KOH的混合水溶液中主要以晶界腐蚀为主,该混合液能很好地将晶体边缘轮廓腐蚀出来。在强酸中试样失重先快后慢;在强碱中试样不失重或失重轻微。     

金刚石膜表面微结构红外增透性能研究

CVD金刚石是一种性能优异的红外光学窗口材料，但其在红外波段的理论透过率仅能实现约71%。通过表面亚波长结构设计可进一步增强CVD金刚石膜的光学透过性能。该研究首先通过理论模拟，建立了金刚石微结构特征与光学增透之间的定量关系。基于此为指导，探讨了在具有微结构硅片表面，采用MPCVD方法复制生长出具有微结构的金刚石自支撑光学级薄膜，用于提升金刚石膜在红外波段的透过率。采用扫描电镜（SEM）观察了原始硅片和金刚石表面及微结构形貌，通过拉曼散射光谱评估了金刚石的生长质量及形核层影响，采用红外光谱仪测试了金刚石红外透过率。结果显示，单面构筑微结构后，金刚石膜在8~12 μm波段的透过率可从70%提升至76%，说明表面微结构能显著提升金刚石膜的光学透过性能。非金刚石形核层以及表面微结构的完整性不足可能是导致实验结果与理论模拟结果具有一定偏差的主要原因。     

定向金刚石膜的合成及机理探索

采用热丝化学汽相淀积 (CVD) ,未用别的辅助措施 ,合成了 (10 0 )晶面的金刚石膜。结合CVD金刚石成核的微观过程 ,探讨了定向金刚石膜的形成机理。发现和研究了表面扩散对CVD金刚石成核的重要影响。     

Window materials for high power gyrotron

The room temperature application of sapphire as window material at higher frequencies is not feasible since its absorption coefficient increases almost linearly with increasing frequency in the millimeter wavelength region. At cryogenic temperature the absorption coefficient value decreases only by a few factors (factor of 2 to 3) in the 90 – 200 GHz region. The earlier reported temperature squared dependence (decrease) in the absorption coefficient or the loss tangent value is totally absent in our broad band continuous wave data we are reporting here (at 6.5 K, 35K, 77K and 300K) and one we reported at conferences earlier. Our results are verified by another technique. We utilize our precision millimeter wave dispersive Fourier transform spectroscopic techniques at room temperature and at cryogenic temperatures The extra high resistivity single crystal compensated silicon is no doubt the lowest loss material available at room temperature in the entire millimeter wavelength region At higher millimeter wave frequencies an extra high resistivity silicon window or an window made with extra high resistivity silicon coated with diamond film would certainly make a better candidate in the future. A single free standing synthetic diamond window seems to have higher absorption coefficient values at millimeter wavelength region at this time although it is claimed that it possesses good mechanical strength and higher thermal conductivity characteristics. It certainly does not rule out the use of diamond film on a single crystal high resistivity silicon to improve its mechanical strength and thermal conductivity     

微反射镜和光纤自对准V型槽的制作

用纯KOH水溶液和KOH +IPA混合水溶液在 ( 1 0 0 )硅片上沿 <1 0 0 >方向上腐蚀所暴露的平面是不同的。纯KOH水溶液中总是能暴露与衬底垂直的 {1 0 0 }面 ,在KOH +IPA溶液中 ,随着KOH的浓度不同将暴露 {1 1 0 }和 {1 0 0 }面。使用KOH浓度为 50 %的KOH +IPA溶液 ,在 ( 1 0 0 )硅片上一次掩模制作微反射镜和光纤自对准V型槽 ,微镜的表面粗糙度低于 1 0nm。     

含添加剂的各向异性腐蚀液中实现小掩膜下高硅尖的腐蚀

各向异性KOH溶液腐蚀硅尖具有简单、易于实现、成本低廉、(100)晶面腐蚀速率均匀等优点.然而在40%KOH溶液中削角速率和(100)晶面的腐蚀速率之比约为1.6~1.9,并且该比值随着KOH浓度的减小而增大.如此高的削角速率会给AFM探针的制作带来技术上的困难.而对腐蚀场发射器件和隧道式传感器的硅尖阵列来说,高的削角速率会减少单位面积内的硅尖数量.本文通过在氢氧化钾(KOH)或者四甲基氢氧化胺(TMAH)溶液中添加适当的添加剂(如异丙醇(IPA)、1,5戊二醇或碘)降低了削角速率,在较小直径的掩膜下腐蚀出高硅尖.实验结果还表明:在TMAH基腐蚀液中每个硅尖的八个快腐蚀面的削角速率几乎相等,硅尖直径偏差较KOH溶液中腐蚀的硅尖直径偏差更小,因此成品率得到了提高.     

用于3D封装的带TSV的超薄芯片新型制作方法

提出了一种应用于3D封装的带有硅通孔(TSV)的超薄芯片的制作方法。具体方法为通过刻蚀对硅晶圆打孔和局部减薄,然后进行表面微加工,最后从硅晶圆上分离出超薄芯片。利用两种不同的工艺实现了TSV的制作和硅晶圆局部减薄,一种是利用深反应离子刻蚀(DRIE)依次打孔和背面减薄,另一种是先利用KOH溶液湿法腐蚀局部减薄,再利用DRIE刻蚀打孔。通过实验优化了KOH和异丙醇(IPA)的质量分数分别为40%和10%。这种方法的优点在于制作出的超薄芯片翘曲度相较于CMP减薄的小,而且两个表面都可以进行表面微加工,使集成度提高。利用这种方法已经在实验室制作出了厚50μm的带TSV的超薄芯片,表面粗糙度达到0.02μm,并无孔洞地电镀填满TSV,然后在两面都制作了凸点,在表面进行了光刻、溅射和剥离等表面微加工工艺。实验结果证实了该方法的可行性。     

Crack formation in metallized single crystal silicon substrates

Ball bonding of metallized silicon substrates has been simulated by microindentation, with a hemispherical diamond indentor, of (100) silicon wafers that contained aluminum film layers. The indentation loads varied up to 35N and the thickest aluminum film, composed of four layers, was 100 × 10^-6 m. The radial cracks in the silicon, beneath the aluminum film, were measured as a function of indentation load and aluminum film thickness, and compared to that of unmetallized silicon. The crack lengths have been used to determine the fracture toughness,K _c = 24.4 ± 4.9 MPam^0.5, which is twice the value obtained by Vickers indentation experiments. A model describing the relationship between the film thickness versus the radial crack length is presented.