基于多掩膜光刻工艺的MEMS体硅加工

本文提出了一种新颖的MEMS多掩膜工艺,实现了带有大台阶和大深宽比窄槽的衬底上的体硅精细加工。通过薄胶多次光刻在衬底上制作出氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、光刻胶(photo-resist,PR)等材料的多层掩膜图形,每层掩膜可以进行一次衬底刻蚀或腐蚀,刻蚀或腐蚀完毕后去除该层掩膜。该工艺解决了MEMS工艺中的深坑涂胶和光刻问题,结合深反应离子刻蚀(Deep Re-active Ion Etching,DR IE)、湿法腐蚀等工艺可以用于多级台阶、深坑底部精细结构、微结构释放等MEMS工艺。     

基于同步辐射光刻的多层微纳结构制造

高分子材料，如甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate，PMMA），由于其价格相对低廉和容易加工，在集成电路和MEMS研究中受到广泛的关注．本文提出了一种基于PMMA基板的多层同步辐射光刻技术，用于制作微驱动器等有移动部件的设备．设计的多层结构包括140个单元的叉指平行电容器，每个电容器的间隔是2μm，最小尺寸是4μm，厚度是200μm，故深宽比达到50：1．该制造方法具有高深宽比、高产出率及成本低等优点．     

硅表面纳米图案化制作技术的研究进展

Si材料表面形成纳米化图案是制作新型硅基纳米电子器件、光电子器件等的基础和前提.根据不同需要,在纳米图案化Si衬底表面淀积不同功能纳米材料则能将成熟Si平面工艺技术的优势与纳米材料的新功能优势结合起来而制作出性能优良的Si基纳电子和光电子器件.介绍了具有纳米图案化表面Si材料在晶格失配较大Ⅲ-Ⅴ族材料外延制备上的应用,综述了各种Si衬底材料表面纳米图案化制作技术.     

集成光学头用的波导光栅耦合器的制作与性能研究

对集成光学头用的波导光栅器件的制作技术进行了研究。采用热氧化和离子束增强沉积方法分别在Si衬底上制备了SiO2层和玻璃波导层,制成了以Si为基底的光波导．采用PCVD法在该光波导上制备Si-N层,用全息干涉光刻法在Si-N层上制作了周期为1μm的等周期直线光栅,并用离子束刻蚀技术将该光栅转移到了Si-N层中。光栅的倾角约20～30°;一级衍射效率可达120％,具有明显的闪耀光栅特征。该光栅可用作导波光输入输出耦合器。     

图案化厚膜多孔硅制备与表征

图案化多孔硅是微电子、微机械、光电子器件的重要组成部分.实验以含Si3N4保护层的光刻单晶硅片为基底,采用电化学阳极氧化法制备图案化厚膜多孔硅,分析阳极氧化前后Si3N4保护层表面形貌变化特征和光刻尺寸对图案化多孔硅宽度、膜层厚度的影响规律,表征图案化多孔硅的结构、组成与发光性能.结果表明,氧化前Si3N4保护层局部区域出现枝晶,阳极氧化后形成不均匀孔状结构;制备的图案化多孔硅膜厚62～83μm,其横向扩展程度和膜层厚度均随光刻尺寸增大呈减小趋势;图案化多孔硅微结构含大量不规则裂纹和硅柱,新鲜制备的表面含Si-Hx键,其光致发光峰值波长650nm.     

高深宽比的TSV制作与填充技术

硅通孔技术是三维集成电路中堆叠芯片实现互连的一种新的技术解决方案。本文介绍了TSV的制作与填充技术,通过优化ICP刻蚀工艺,实现了上口尺寸14.41μm、下口尺寸8.83μm、深度331.0μm、深宽比大于20:1的高深宽比通孔的制作;利用LPCVD工艺在通孔内沉积的重掺杂多晶硅作为电极引线实现电气互连,并对通孔进行了电阻特性的测试,测试结果表明,通孔阻值约为25Ω,通孔互连的电学特性较好。     

硅基光子晶体板的光刻和反应离子刻蚀

用光刻和反应离子刻蚀的方法对硅材料光子晶体板的制作进行了研究。实验发现,与激光 直写曝光相比,光刻曝光更有利于胶上图形的陡直度。扫描电子显微镜测试表明,反应离子刻蚀后得到深3.3μm,晶格周期10.95μm,占空比50%的孔状光子晶体板结构,孔的陡直度保持较好,基本满足设计要求。     

用于GaN基发光二极管的蓝宝石图形衬底制备进展

近几年, 图形化蓝宝石衬底因其作为GaN基发光二极管外延衬底, 不仅能降低GaN外延薄膜的线位错密度, 还能提高LED的光提取效率而引起国内外许多科研机构的广泛研究兴趣. 本文综述了图形化蓝宝石衬底提高GaN基发光二极管性能的作用机理, 重点评述了目前图形化蓝宝石衬底的制备方法(湿法刻蚀、干法刻蚀、固相反应)和图形尺寸(微米图形化、纳米图形化), 分析比较了不同制备方法和图形尺寸制备蓝宝石图形衬底对GaN基发光二极管性能改善, 最后针对蓝宝石图形衬底制备存在的问题对其今后的发展方向做出展望.     

基于硅基WLP封装的深孔刻蚀工艺研究

本工作针对硅基晶圆级封装(WLP,Wafer level package)的关键工艺技术——深孔刻蚀工艺进行了研究,通过对掩蔽层材料的选择和图形化工艺研究,制备出满足深孔刻蚀工艺要求的掩蔽层,并采用干法刻蚀设备进行深孔刻蚀和工艺优化,最终制作出工艺指标为:刻蚀深度185μm、深宽比9:1、陡直度90.08°、侧壁粗糙度小于64 nm、选择比46:1的硅深孔样品.该深孔刻蚀工艺可应用于薄膜体声波滤波器(FBAR,Film bulk acoustic resonator)晶圆级封装工艺的硅通孔互联(TSV,Through silicon via)技术中.     

国际半导体技术财团认真研发各种新材料

正在研发的新材料将提升硅晶体管工艺：提高工作速度、降低功耗，改善散热能力和增添RF(射频)／模拟功能而保持CMOS工艺的大规模集成能力。开发新材料连同传统的CMOS器件特征尺寸不断减小，实质上是要维持CMOS工艺按发展规划所定目标发展。为此，2003ITRS(国际半导体工艺发展指南)原材料工作组成立了一个旨在开发(另外)的新衬底材料的研究组。该研究组的目的是为(半导体工)业界在新颖材料结构和加工工艺方面提供指导，以增强硅基CMOS工艺并使其满足指南中预定的特征尺寸不断缩小的要求。只要把CMOS工艺改进作为最终目标，Si原材料的(性能)增强并非完全限于Si基材料。例如，在Si衬底上进行Ⅲ—Ⅴ族化合物光电子器件集成(它可增加输入／输出带宽，而CMOS在这方面受到限制)也是研究组的研究课题之一。     

Al、Au溅射薄膜的剥离技术研究

本文采用氯苯浸泡法对(0.2～2.0)μm的Al、Au溅射薄膜进行剥离,分析了光刻胶厚度和薄膜厚度与剥离图形的关系,对剥离过程中氯苯浸泡工艺以及溅射工艺对剥离图形的影响进行了研究,并在2.0μm厚的Al和Au溅射薄膜上剥离出8.0 μm的缝隙.     

Ge/Si纳米多层膜的埋层调制结晶研究

采用磁控溅射设备,当衬底温度为500℃时,在Si(100)基片上磁控溅射生长Ge/Si多层膜样品.使用Raman,AFM和低角X射线技术对样品进行检测和研究,结果表明通过控制Ge埋层的厚度,可以调制Ge膜的结晶及晶粒尺寸,获得晶粒平均尺寸和空间分布较均匀的多晶Ge/Si多层膜.     

基于高电阻率衬底的Si/SiGe HBT

介绍了一种基于电阻率高达1000Ω·cm的硅衬底的锗硅异质结晶体管的研制.首先根据衬底寄生参数模型分析了衬底对器件高频性能的影响,然后设计了器件的材料与横向结构尺寸,该器件采用掩埋金属自对准技术在3μm工艺线上制备而成,测得其典型直流电流增益为120,BVCEO为9.0V,fT为10.2GHz,fmax为5.3GHz,比同结构尺寸的常规N 衬底Si/SiGe HBT的fT和fmax分别高出3.9GHz和1.5GHz.     

环氧基负性光刻胶加工微结构的试验研究

在正交试验的基础上,将BP神经网应用于负性光刻胶(SU-8)加工高分辨率和高深宽比微结构的工艺研究,建立了光刻图形质量与前烘时间、前烘温度、曝光量、后烘时间之间的预测模型,该模型采用三层前向网络,学习算法为梯度下降法。通过实验,得出:前烘温度与前烘时间对光刻质量影响最大,对120～340μm厚的光刻胶,前烘温度取90℃,前烘时间50~100min时,图形的相对线宽差最小;最佳后烘时间(85～95℃)为30min;超声搅拌能缩短显影时间,改善图形质量。试验结果与网络预测结果吻合。结果表明,将BP神经网络应用于UV-LIGA技术中,可以优化光刻工艺。     

Ge/Si量子点生长的研究进展

回顾了近年来在Ge/Si量子点生长方面的研究进展.主要讨论了为了提高量子点空间分布有序性、增大量子点的密度、减小量子点的尺寸及改善其分布均匀性而采取的各种方法,如图形衬底辅助生长、表面原子掺杂及利用超薄SiO2层辅助生长等,以及Ge量子点的演变及组分变化.     

用多光束干涉实现纳米级阵列图形的长焦深光刻

用多束相干光适当组合干涉曝光,得到的图形与基片在干涉场内的纵向位置z无关,与x、y位置呈周期关系,光的相干长度对应传统光学光刻的焦深。该方法适合大尺寸基片上纳米级孔、锥阵列图形的制作。模拟了双光束双曝光、三光束单曝光和四光束单曝光的干涉场光强分布,用波长为441.6nm的激光曝光得到尺寸为200nm的孔阵和点阵的图形。     

多层式金刚石薄膜的制备工艺研究

利用热丝化学气相沉积(HFCVD)技术,通过逐次调整气压、碳源浓度等生长参数,沉积了晶粒尺寸逐层减小的多层式金刚石薄膜.场发射扫描电镜(FE-SEM)和原子力显微镜(AFM)测试显示其表层晶粒平均尺寸约为20nm,厚度和表面平均粗糙度分别为35.81μm和18.8nm(2μm×2μm),皆能满足高频声表面波器件用衬底的要求.实验结果表明,多层式生长方法是制备声表面波器件用金刚石衬底的理想方法.     

铝诱导晶化真空蒸镀多晶硅薄膜的研究

采用真空蒸镀的方法在玻璃衬底上沉积1层非晶硅薄膜,再通过铝诱导晶化的方法制备出晶粒分布较均匀、晶粒尺寸0.5～5μm、晶化率达到89%的多晶硅薄膜。研究了衬底距离、衬底温度、退火温度对薄膜表面形貌、晶粒尺寸和分布及晶化率的影响。结果表明适中的衬底距离下得到的薄膜晶粒分布均匀,表面平整度好,薄膜厚度较大。薄膜的晶化率随着衬底温度和退火温度的提高而增大;随着退火温度的进一步提高,薄膜的晶化率达到最大值然后降低。     

基于硅与非硅复合方法的异平面空心微针制作

为了解决制备空心微针工艺复杂且成本高的问题,本文提出了采用湿法刻蚀、光刻和电镀结合的方法制备低成本空心金属微针.首先采用湿法刻蚀硅,得到280μm深的倒四棱锥锥坑;然后在锥坑上甩200μm厚的负胶SU-8填充锥坑,并通过曝光显影负胶形成微针的形貌;最后在曝光显影后的负胶上电镀50μm厚的镍得到所需形状的空心金属微针.用此方法制备的空心微针高度为350μm、壁厚为50μm,其针尖形状为三棱锥和四棱锥.通过有限元仿真分析微针强度与微针结构尺寸的关系.用此方法加工出的微针具有锥形尖,改善了刺入皮肤的效果.     

沉积位置对脉冲激光沉积纳米Si晶薄膜微观结构的影响

在4.0×10-4Pa的真空条件下,采用脉冲激光烧蚀技术在单晶Si衬底和石英衬底上制备了非晶纳米Si薄膜.在N2气氛下,经过900℃热退火得到纳米Si晶薄膜.采用表面台阶测试仪、扫描电子显微镜、拉曼光谱仪等检测手段对样品不同位置的微观结构进行了表征.测量结果表明制备的纳米Si晶薄膜厚度及其晶粒尺寸分布不均匀,随着测量点与样品沉积中心距离的增加,薄膜的厚度逐渐减小,纳米Si晶粒的尺寸逐渐增大.从脉冲激光烧蚀动力学的角度对实验结果进行了定性的分析.