BST薄膜的反应离子刻蚀研究

钙钛矿结构的钛酸锶钡(BST)薄膜作为优良的介电、铁电材料在新一代的微机械系统(MEMS)、动态存储器(DRAM)及其他器件上的广泛应用,使得BST薄膜的刻蚀特性越来越重要。该文利用反应离子刻蚀装置,研究了溶胶-凝胶工艺制备的钛酸锶钡薄膜在CHF3/Ar等离子气体中的刻蚀情况。通过分析刻蚀速率及薄膜刻蚀前后表面形貌的变化,结果表明,刻蚀过程是离子轰击、离子辅助化学反应和化学反应刻蚀共同作用的结果。刻蚀速率为5.1 nm/min。Sr元素较难去除,成为阻碍刻蚀的重要因素。     

PZT薄膜微图形的制作精度的研究

采用典型的半导体光刻工艺用ＢＨＦ／ＨＮＯ３溶液成功地刻蚀了ＰＺＴ（５２／４８）薄膜。研究了薄膜的微观结构对微图形的制作精度的影响。结果表明，在薄膜中晶粒团聚区域和周围区域的刻蚀速率存在着差异，晶粒小的薄膜有利于获得高保真的从掩膜到薄膜的图形转移，晶粒团聚区域的尺寸基本决定了图形转移的误差。     

ITO／PLZT薄膜湿法刻蚀研究

介绍了一种锆钛酸铅镧(PLZT)基铟锡氧化物(ITO)薄膜的湿法刻蚀法。用V(HCl)∶V(HNO3)∶V(H2O)=50∶3∶50的混合溶液对ITO进行不同温度的刻蚀试验。通过扫描电子显微镜(SEM)和X-射线能谱仪(EDS)分析表明,在35℃经30 nm/min刻蚀能得到图形边缘质量良好和表面无残留物的ITO图形;在同等条件下刻蚀的PLZT薄膜,刻蚀速率不及ITO的2%,表明该刻蚀方法具有良好的选择性。     

高温超导薄膜在激光辅助化学刻蚀中的表面特性

提出了将激光辅助化学刻蚀技术应用于钇钡铜氧(YBCO)高温超导薄膜的刻蚀,研究了无掩膜YBCO薄膜激光化学刻蚀的表面特性及其变化规律,为YBCO激光化学刻蚀技术中图形形状控制、刻蚀时间选择和激光功率调节等提供了重要的实验结论.研究发现:在激光辐照下,YBCO薄膜的液相刻蚀速率大大加快,将极大改善刻蚀中的横向钻蚀情况,并提高图形边缘的侧壁陡峭度,且整个过程中的刻蚀速率呈现加快趋势;无掩膜时,YBCO表面刻蚀程度持续过渡,激光光斑边界两侧并非严格分界;衬底铝酸镧(LaAlO3)的晶向对YBCO薄膜的表面刻蚀特征有较大影响,沿LaAlO3晶向方向的刻蚀程度高于非晶向方向.     

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。     

SF6/O2等离子体刻蚀a-C:F薄膜的研究

以SF6/O2为刻蚀气体,采用电子回旋共振等离子体反应离子刻蚀(ECR-RIE)方法进行了氟化非晶碳(a-C∶F)低介电常数薄膜的等离子体刻蚀技术研究,结果表明,a-C∶F薄膜的刻蚀速率取决于薄膜中C—CFx与CFx两类基团刻蚀过程,富C—CFx结构的a-C∶F薄膜刻蚀速率在O2含量约20%时达到最大,而富CFx结构的a-C∶F薄膜刻蚀速率随O2的增大而减小。AFM分析表明,SF6气体刻蚀a-C∶F薄膜可以有效消除薄膜表面的团聚结构。XPS能谱分析表明,SF6气体刻蚀a-C∶F薄膜样品化学组分未发生变化,而O2气体刻蚀后在样品表面形成富C的a-C∶F层。该研究结果为a-C∶F应用于超大规模集成电路层间介质工艺奠定了必要的实验基础。     

PZT铁电薄膜的雾化湿法刻蚀技术研究

PZT薄膜的微图形化是制备基于PZT薄膜微传感器和微驱动器的关键技术之一。通过引入雾化技术,改进了传统的PZT薄膜湿法刻蚀方法,进一步减小了薄膜微图形的侧蚀比,提高了图形的转化精度。选用体积比为1∶2∶4∶4的BHF/HCl/NH4Cl/H2O溶液作为刻蚀液,对溶胶-凝胶法制备的1μm厚PZT薄膜作雾化湿法刻蚀,刻蚀速率为28 nm/s,侧蚀比为0.5∶1。对所得样品表面区域进行EDS分析表明,所得PZT薄膜图形表面无残留物,该工艺可用于MEMS领域中PZT薄膜的微图形化。     

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。     

PZT铁电薄膜湿法刻蚀技术研究

介绍了一种刻蚀效果良好的PZT薄膜的湿法刻蚀方法。在分析了刻蚀液成分对刻蚀效果影响的基础上,选择体积比为1∶2∶4∶4的BHF/HCl/NH4Cl/H2O溶液作为刻蚀液,刻蚀速率为0.016μm/s。实验表明,刻蚀得到的PZT薄膜图形表面无残留物,侧蚀比小(1.5∶1),侧面倾角约60°。刻蚀液对光刻胶和PZT薄膜底电极Pt的选择性好,该工艺适用于MEMS领域中PZT薄膜的微图形化。     

BST薄膜的磁增强反应离子刻蚀研究

分别以CF4/Ar和CF4/Ar/O2作为刻蚀气体,采用磁增强反应离子刻蚀(MERIE)技术对sol-gel法制备的BST薄膜进行刻蚀。结果表明,刻蚀速率与刻蚀气体的混合比率呈现非单调特性。当CF4/Ar的气体流量比R(CF4:Ar)为10:40时,刻蚀速率达到极大值。当CF4/Ar/O2的气体流量比R(CF4:Ar:O2)为9:36:5时,刻蚀速率达到最大值,最大刻蚀速率为8.47nm/min。原子力显微镜(AFM)分析表明,刻蚀后的薄膜表面粗糙度变大。对刻蚀后的薄膜再进行适当的热处理,可以去除部分残留物。     

PZT/NFO/LSMO多层磁电外延薄膜微观结构研究

用脉冲激光沉积法在(110)取向的SrTiO3(STO)单晶衬底上制备了Pb(Zr0.52Ti0.48)O3/NiFe2O4/La0.7Sr0.3MnO3(PZT/NFO/LSMO)磁电复合外延薄膜,并用X射线衍射和透射电镜技术研究了外延薄膜的物相和显微结构。原子力显微镜结果表明PZT、NFO和LSMO薄膜表面均平整,晶粒尺寸分布均匀,表面粗糙度分别为1.8,1.7和0.2 nm。X射线衍射、选区电子衍射和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)测试结果均证明各层薄膜沿(110)STO衬底外延生长,其外延关系为(110)PZT//(110)NFO//(110)LSMO//(110)STO和[001]PZT//[001]NFO//[001]LSMO//[001]STO。HRTEM结果显示,NFO/LSMO界面和LSMO/STO界面平整外延性好,无缺陷,而PZT/NFO界面较粗糙;NFO薄膜表面呈锯齿状,锯齿状面为立方NFO的能量最低{111}面,而PZT薄膜表面呈岛状,进一步的显微结构分析认为PZT薄膜为层状-岛状生长模式。     

Etching characteristics and absence of electrical properties damage of PZT thin films etched before crystallization

The ion beam etching (IBE) process was performed on the amorphous PZT film which is deposited on the LNO coated SiO₂/Si substrate, followed by the annealing step at the crystallization temperature. No damaged layer can be observed on the PZT film surface after etching. Compared to the un-etched PZT film, there is no or very little degradation on the dielectric, ferroelectric and piezoelectric properties. The mechanism will be discussed in this paper. These results are very beneficial to the development of the ferroelectric film applications in the DRAM, FERAM and MEMS field.     

PZT铁电薄膜刻蚀的研究进展

PZT铁电薄膜器件在微电子领域有着广泛的应用，可用于制备微机械系统(MEMS)、DRAM、红外探测器等，而薄膜的微图形化刻蚀技术是制备工艺中重要的环节。该文主要介绍了PZT铁电薄膜刻蚀技术的研究进展和应用，并对各种刻蚀法进行分析和对比。     

Low-Roughness Plasma Etching of HgCdTe Masked with Patterned Silicon Dioxide

A novel mask technique utilizing patterned silicon dioxide films has been exploited to perform mesa etching for device delineation and electrical isolation of HgCdTe third-generation infrared focal-plane arrays (IRFPAs). High-density silicon dioxide films were deposited at temperature of 80°C, and a procedure for patterning and etching of HgCdTe was developed by standard photolithography and wet chemical etching. Scanning electron microscopy (SEM) showed that the surfaces of inductively coupled plasma (ICP) etched samples were quite clean and smooth. Root-mean-square (RMS) roughness characterized by atomic force microscopy (AFM) was less than 1.5 nm. The etching selectivity between a silicon dioxide film and HgCdTe in the samples masked with patterned silicon dioxide films was greater than 30:1. These results show that the new masking technique is readily available and promising for HgCdTe mesa etching.     

溅射法制备高取向Pt薄膜的工艺研究

采用射频磁控溅射工艺在SiO2／Si衬底上成功制备了适用于pZT铁电薄膜底电极的180nm厚、沿(111)晶向强烈取向的Pt薄膜。厚约50nm的Ti膜被用作过渡层，以增强Pt薄膜与衬底之间的黏着性。实验表明，在Pt薄膜的制备过程中，较高的衬底温度有利于薄膜晶化，促使Pt薄膜沿(111)晶向择优取向生长。而在薄膜沉积后加入适当的热处理工艺，能有效地提高Pt薄膜的择优取向性，同样可以得到沿(111)晶向强烈取向的Pt薄膜。原子力显微镜分析表明，制得的薄膜结构相对致密，结晶状况良好，晶粒尺寸约为50nm。     

高耐压LDMOS用的高K薄膜湿法刻蚀研究

为了对横向双扩散MOSFET(LDMOS)器件所采用的锆钛酸铅(PZT)高介电常数(高K)薄膜进行微图形化,对湿法刻蚀过程中腐蚀液、光刻、刻蚀等工艺进行了优化研究,发现由BOE+HCl+HNO3+H2O+缓冲剂组成的腐蚀液刻蚀效果较好。刻蚀结果表明,所刻蚀薄膜的厚度约为600nm,最小线条宽度约为3μm,侧蚀比减小到1.07∶1,符合功率器件制备的尺度要求,由此所制备的LDMOS器件耐压提高了近2倍。     

PT种子层对PZT薄膜结晶及压电性能的影响

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在Pt/Si衬底上制备了PbTiO3 (PT)薄膜和Pb (Zrx,Ti1-x)O3(PZT)薄膜,研究了退火温度以及PT种子层对PZT薄膜结晶及压电性能的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,制备的PZT薄膜为纯钙钛矿结构的多晶薄膜,有PT种子层的PZT薄膜晶粒尺寸更大,(110)面取向度更高,结晶性能更好;原子力显微镜(AFM)结果表明,制备的薄膜表面形貌比较平整、均匀、无裂纹;压电力显微镜(PFM)结果表明,压电力显微镜(PFM)结果表明,有PT种子层时,PZT薄膜的平均压电系数d33为128～237 pm/V,无PT种子层时平均压电系数d33为21～29 pm/V。在升温速率为10 ℃/s的退火条件下保温10 min时,随着退火温度的升高,PZT薄膜晶粒尺寸增大,粗糙度增大,(110)面取向度升高,平均压电系数d33增大。PT种子层能够有效的改善PZT薄膜的结晶性能和压电性能。     

NFO/PZT复合磁电薄膜生长制备及性能的研究

采用脉冲激光沉积(PLD)法,在制备有SrRuO3底电极的SrTiO3(001)基片上生长高质量的NiFe2O4/Pb(Zr0.52Ti0.48)O3双层复合磁电薄膜.用X-射线衍射(XRD)对复合薄膜的微结构进行详细表征,结果表明,复合薄膜中NiFe2O4、Pb(Zr0.52Ti0.48)O3结晶良好,且具有单一的面外取向,Φ扫描模式显示NiFe2O4、Pb(Zr0.52Ti0.48)O3均延SrTiO3(001)方向外延生长.磁电性能表征结果表明,由于界面应力效应的作用,复合薄膜的铁电性较单层Pb(Zr0.52Ti0.48)O3明显减弱,而铁磁性基本保持NiFe2O4的软磁特性.