电解液对准分子电化学刻蚀硅的影响研究

激光电化学刻蚀是将激光加工技术和电化学加工技术有机结合起来而形成的一种复合型刻蚀工艺.为了研究电.解兰对激光电化学刎蚀硅的影响,本文采用248nm KrF准分子激光作为光源聚焦照射浸在KOH溶液中的阳极半导体n-Si上实现激光诱导电化学刻蚀.在实验的基础上,研究了经学溶液对激光电化学蚀Si的雇刻蚀速率的影响,并对其产生的原因进行了分析.试验结果表明:化学溶液对刻蚀工艺的影响主要采辣于小同浓度的溶液对激光的吸收和折射;采用吸收率较小、浓度较低的溶液和控制液膜厚度能有效减小溶液飞溅和溶液折射.本文中,溶液的厚度控制在1mm左右.     

准分子激光电化学复合工艺中热-力效应研究

为了探寻准分子激光电化学刻蚀硅工艺中的热-力效应特性,采用功率密度大的248nm准分子激光聚焦照射浸在KOH溶液中的n-Si表面,实现了一种激光电化学复合刻蚀工艺.通过数值仿真与实验比较的方法,对该工艺的刻蚀速率进行了分析.研究结果表明,该复合工艺存在激光直接刻蚀、电化学刻蚀和激光与电化学耦合刻蚀等三种刻蚀作用;在耦合作用中,溶液中激光加工的热效应较小,光热效应导致的刻蚀小;而溶液中激光加工的力学效应对材料的刻蚀作用很大.通过对准分子激光与溶液中靶材相互作用过程的热-力效应分析,更深入地探讨了准分子激光电化学工艺的刻蚀机理.     

准分子激光电化学刻蚀硅的刻蚀质量研究

为了解决现有硅刻蚀工艺中存在的刻蚀质量等问题,采用激光加工技术和电化学加工技术相结合的工艺对硅进行了刻蚀,研究了该复合工艺的工艺特性。实验中采用248nm-KrF准分子激光作光源聚焦照射浸在KOH溶液中的阳极n-Si上,实现激光诱导电化学刻蚀。在实验的基础上,研究了激光电化学刻蚀Si的刻蚀孔的基本形貌,并对横向刻蚀和背面冲击等质量问题进行了分析。结果表明,该工艺刻蚀的孔表面质量好、垂直度高;解决了碱液中Si各向异性刻蚀的自停止问题,具有加工大深宽比微结构的能力;也具有不需光刻显影就能进行图形加工的优越性。     

纳秒激光电化学复合掩模的微细加工

在激光传输光路中加入掩模对激光束进行空间调制,采用纳秒脉冲激光器、纳秒脉冲电源和1 mol/L的NaNO3电解液对304不锈钢进行掩模微刻蚀加工试验研究。利用伏安法测定304不锈钢阳极电流随平均电压的变化规律;选用平均电压1.5 V、脉冲频率2.0 MHz、脉冲宽度60 ns、激光能量160 mJ的工艺参数,在所构建的试验系统中,分别进行了激光电化学复合掩模和盐溶液中的激光掩模加工试验。结果表明:在阳极钝化区内,纳秒脉冲激光电化学复合加工能够显著提高加工速率和加工表面质量,实现了线宽约为130μm、热影响区小的微细刻蚀加工,证实了纳秒脉冲激光电化学掩模加工在微细加工中具有很大潜力。     

飞秒激光辅助化学刻蚀透明材料微孔加工研究进展

飞秒激光辅助化学刻蚀加工技术在高质量、高深径比、高可控性的微孔加工方面独具优势,为微孔的制备提供了新的途径和方法。在微全分析系统、光纤中的三维光流控系统、谐振器制造中具有很大的应用潜力。本文综述了近年来飞秒激光辅助化学刻蚀加工透明介质材料的研究进展,包括飞秒激光改性区对刻蚀速率影响、强酸强碱化学溶液对刻蚀效果的影响、化学刻蚀步骤工艺的优化、飞秒激光辅助化学刻蚀加工方法的应用等,总结了飞秒激光辅助化学刻蚀微通道、结构加工机理以及工艺等方面面临的挑战,并对今后的研究重点进行了展望。     

1064nm和355nm激光扫描刻蚀覆铜板工艺及质量研究

为了研究不同纳秒激光工艺参量（波长、能量密度、扫描速率）以及铜层厚度对激光刻蚀覆铜板质量（包括刻蚀深度及加工面粗糙度）的影响,采用50W的1064nm红外光纤激光器和10W的355nm紫外固体激光器对覆铜板进行了对比刻蚀实验。通过分析红外、紫外激光刻蚀覆铜板材料的作用机理并对比实验结果得知,采用1064nm红外光纤激光作为激光光源时,设置合适的刻蚀参量,能在完全去除铜箔层的条件下,最大限度地保证环氧树脂基底的完整性;而采用355nm的紫外激光作为激光光源时,因环氧树脂材料对紫外波段激光的高吸收率,以及紫外激光对有机材料的光化学作用,基底材料的损伤难以避免,此外,红外光纤激光具有较高的刻蚀效率。结果表明,综合光纤激光器高稳定性和高集成度的特点,若激光直接刻蚀技术被用于大规模覆铜板的工业加工中,红外光纤激光将更具优势性。     

基于157nm深紫外激光的蓝宝石基片微加工

为了探索157nm深紫外激光对蓝宝石材料的微加工技术,采用157nm激光微加工系统,对蓝宝石基片进行了扫描刻蚀和打孔加工,以研究激光工艺参量与刻蚀深度、表面形貌的关系,分析了157nm深紫外激光对蓝宝石材料的作用机理,并利用扫描刻蚀法在蓝宝石基片上加工了一个2维图形。由实验结果可知,157nm深紫外激光作用于蓝宝石材料是一个光化学作用与光热作用并存的加工过程,适合扫描刻蚀的加工参量为能量密度3.2J/cm2,重复频率10Hz～20Hz,扫描速率0.15mm/min;在能量密度2.5J/cm2下的刻蚀率为0.039μm/pulse。结果表明,通过对激光重复频率和扫描速度的控制可实现蓝宝石材料的精细微加工。     

AlN陶瓷腔体的激光加工和芯片埋置工艺

AlN作为陶瓷封装材料具有优异的电性能和热性能。针对高功率、高频多芯片组件高密度组装的需要,采用激光加工技术在AlN陶瓷基片上直接加工腔体结构成型。通过构建激光加工腔体的理论模型,对比试验结果,分析激光功率、频率、扫描速率及加工路径等工艺参数对腔体刻蚀速率、腔体底部粗糙度的影响规律。阐述激光加工遍数与刻蚀深度的线性关系,测试腔体底部的平面度,获得了预定深度的腔体结构。完成了芯片在腔体内埋置,结果表明,激光直接加工的腔体结构可以满足芯片埋置的应用要求。     

6H-SiC体材料在SF_6/O_2混合气体中的ICP刻蚀

采用SF6/O2作为刻蚀气体,对单晶6H-SiC材料的感应耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺进行了研究。分析了ICP功率、偏置电压、气体混合比等工艺参数对刻蚀速率和刻蚀质量的影响。结果表明,刻蚀速率随着ICP功率及偏置电压的增大而提高,刻蚀表面质量随偏置电压及O2的含量的增大而降低,而ICP功率的变化对刻蚀质量影响不大。混合气体中O2含量为20%时刻蚀速率达到最大值,同时加入氧气后形成易于充电的SiFxOy中间层,从而促进了微沟槽的形成。     

电极距离对激光电化学刻蚀速率及钻蚀的影响

利用溶液回路电流和红外热像监测,研究了电极距离对半导体激光电化学刻蚀速率和电化学横向钻蚀特性的影响.实验结果表明,电极距离由15 cm缩短为5 cm后,回路电流数值增大,其变化率增加约15.4%,等量化学热生成时间至少缩短2/3,说明缩短电极距离使半导体激光电化学刻蚀速率加快;当电极距离分别为20、15、10和5 cm时,垂直晶向刻蚀50 μm直线凹槽,所得凹槽实际宽度分别为100、85、70和60 μm,其晶向影响受到明显抑制,横向钻蚀大幅减小.研究结果说明,通过电极距离调节这一简单方式,有可能解决激光电化学刻蚀速度慢、横向钻蚀严重等难题.     

电化学刻蚀半导体的结构分析

结合多孔硅(Si)、多孔砷化镓(GaAs)以及多孔磷化铟(InP)的不同孔形貌,综合分析了元素半导体硅及Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体GaAs、InP的刻蚀结构,系统地阐述了晶体结构在电化学刻蚀中的作用。化合物半导体由于存在晶格极化和各向异性,使得不同晶面的溶解速率或钝化速率不同,导致孔沿着溶解速率较大的方向生长,钝化速率较大的晶面成为孔壁,在一定程度上影响了孔的形状、大小及周期性排列等特征。用电流控制模型对不同孔的生长过程进行了较好的解释,进一步证明了晶体的结构特征对其产生的重要影响。     

Process optimization of a deep trench isolation structure for high voltage SOI devices

The process reasons for weak point formation of the deep trench on SOI wafers have been analyzed in detail.An optimized trench process is also proposed.It is found that there are two main reasons:one is over-etching laterally of the silicon on the surface of the buried oxide caused by a fringe effect;and the other is the slow growth rate of the isolation oxide in the concave silicon corner of the trench bottom.In order to improve the isolation performance of the deep trench,two feasible ways for optimizi...     

调控多孔硅光致发光波长的研究

用超声声空化与脉冲电化学腐蚀相结合的物理化学综合法在不同的温度下制备多孔硅样品.所测得的样品的光致发光谱曲线表明,将腐蚀槽置于超声器中用脉冲电化学腐蚀方法制备的多孔硅样品,由于声空化所引发的特殊的物理、化学环境对其光致发光峰的波长有明显的影响.实验还表明,制备过程中的温度控制对样品的光致发光峰波长也有不可忽视的影响.     

纳米尺度多晶硅微结构刻蚀研究

以HBr作为刻蚀气体,采用ICP金属刻蚀系统对气体流量、刻蚀压力、离子源功率、偏压功率等工艺参数与刻蚀速率、刻蚀选择比和侧壁垂直度的对应关系进行了大量工艺实验。借助理论分析和工艺条件的优化,开发出一套可满足制备侧壁垂直度的纳米尺度多晶硅密排线结构的优化刻蚀工艺技术。实验结果表明:当采用900 W的离子源功率、11 W的偏压功率、25 cm3/min流量的HBr气体和3 mTorr(1 mTorr=0.133 3 Pa)刻蚀压力的工艺条件时,多晶硅与二氧化硅的刻蚀选择比大于100∶1;在保持离子源功率、偏压功率、气体流量不变的条件下,单纯提高反应腔工艺压力则会大幅提高上述选择比值,同时损失多晶硅和二氧化硅的刻蚀均匀性;HBr气体流量的变化在上述功率及反应腔工艺压力的工艺范围内,对多晶硅与二氧化硅的刻蚀选择比和多晶硅刻蚀的形貌特征均无显著影响。采用上述优化的刻蚀工艺条件,配合纳米电子束光刻技术成功得到多晶硅纳米尺度微结构,其最小线宽为40 nm。     

Influence of voltage on photo-electrochemical etching of n-type macroporous silicon arrays

The influence of voltage on photo-electrochemical etching(PEC) of macroporous silicon arrays(MSA) was researched.According to the theory of the space charge region,I-V scan curves and the reaction mechanism of the n-type silicon anodic oxidation in HF solution under different current densities,the pore morphology influenced by the working voltage were studied and analyzed in detail.The results show that increasing the etching voltage will lead to distortion of the pore morphology,decreasing etching volta...     

SiO2牺牲层刻蚀实验的研究与分析

氢氟酸(HF)刻蚀SiO2牺牲层受多种因素影响,其中刻蚀液的温度、组分、浓度、被刻蚀结构的形式及结构内部的残余应力等是最主要的。样品设计了多种测试结构,深入研究这些因素对刻蚀速率及结果的影响,并进行了详细的讨论与分析。通过实验可观察到刻蚀过程中的反应限制阶段与扩散限制阶段,说明经长时间的刻蚀,HF的扩散效应将成为影响刻蚀速率的主导因素。对于实验过程中观察到的"凸"状的刻蚀前端和"晕纹"现象,分析认为结构中的应力梯度及材料间不同的亲水性质是产生这些现象的主要原因。     

The optimization of deep trench isolation structure for high voltage devices on SOI substrate

In this paper, the process and layout optimizations for improving the isolation performance of deep trench structures on SOI substrate are proposed. In the view of process flow, the reasons for forming weak points (located at the trench bottom) in deep trench structure are analyzed. In order to solve this problem of the weak points, a method of etching partial buried oxide after etching silicon is put forward, which can increase the thickness of isolation oxide at trench bottom by 10-20%. In aspect of layout structure, a voltage drop model of double trench structures is presented and verified by the experimental results, which indicates that breakdown voltage of double trench is a function of trench spacing. It is noted that the minimum trench spacing allowed by the process design rule can ensure superior isolation capability for double trench structure. Both methods for improving the performance of the device have also been verified in 0.5 μm HV SOI technology.     

水辅助准分子激光微加工硅的实验研究

为了研究脉冲激光在不同介质中的刻蚀特性,采用20ns短脉冲、248nm准分子激光(能量为150mJ~250mJ)分别在水和空气两种介质中对半导体单晶Si片进行微刻蚀实验研究。在实验的基础上,研究了两种介质中准分子激光刻蚀Si的刻蚀孔的基本形貌和刻蚀速率,并对结果进行了对比分析。研究结果表明,水辅助激光微加工时,熔屑易从加工区排出,有助于提高加工的表面质量;同时,水的约束提高了冲击作用,使得刻蚀速率加快。     

硅基微通道板微孔结构形貌的实验研究

硅基微通道板(MCP)的重要技术挑战之一就是如何在硅基上制作高深宽比的微孔阵列结构。采用光助电化学刻蚀方法研究硅基高深宽比微孔阵列制作技术。考虑到实际反应条件下的物质输送、刻蚀液浓度、光照条件、温度等因素的影响都体现在刻蚀电流与电压上,重点研究了电流、电压与微结构形貌之间的关系。通过空间电荷区的大小以及刻蚀电流与溶液浓度之间的关系,得到合理的刻蚀参数。在5inch(1inch=2.54cm)硅基上制作出深度达200μm以上的均匀深孔,得到大面积、高深宽比的均匀微孔阵列,满足微通道板对结构形貌的要求。