MEMS中硅湿法深槽刻蚀工艺的研究

针对硅基MEMS湿法深槽刻蚀技术的难点,在硅材料各向异性腐蚀特性的基础上探索了湿法工艺。对腐蚀液含量、温度、添加剂含量对刻蚀速率及表面粗糙度的影响,掩膜技术等进行了实验研究,优化得到了最佳刻蚀条件。应用该技术成功地刻蚀出深度高达330μm的深槽,为MEMS元器件的加工提供了一种参考方法。     

MEMS压印模板制作的刻蚀机理及尺寸控制方法

为了提高基于湿法刻蚀压印模板制作工艺中刻蚀图形尺寸的控制精度,研究了玻璃湿法刻蚀的反应动力学过程,得到刻蚀剂中（HF）2为决定反应速率的主要活性成分的结论;结合实验建立了合理的刻蚀速率模型．采用不同氢氟酸浓度的刻蚀液进行了实验,实测刻蚀速率与理论计算数值的对比结果表明模型预测精度达到96％以上．基于该模型刻蚀深度确定刻蚀时间进行了压印模板制作的实验,制作了图形特征尺寸为15μm、刻蚀深度为8μm的压印模板．对模板图形的测量结果表明,通过该模型预测的尺寸误差仅为0．05μm．     

硅基PZT热释电薄膜湿法刻蚀技术研究

通过对不同组合比的PZT薄膜湿法刻蚀技术研究,成功地配制出两种不同的刻蚀液,主要以HF、NH4F、HCl、NH4ClEDTA、HNO3为原料,NH4F、NH4Cl和EDTA的引入,有效地实现了刻蚀速率的可控性,并对PZ0.15R0.85、PZ0.3T0.7、PZ0.5T0.5和P1.1Z0.3T0.3四种薄膜进行微图形化研究,分析了刻蚀液对各种成份的刻蚀机理,通过实验,得到了分别刻蚀四种薄膜的刻蚀液的最佳配比,并对四种薄膜的刻蚀速率进行了研究。     

集成工艺中湿法刻蚀对锆钛酸铅性能的影响(英文)

通过将溶胶凝胶法制备的锆钛酸铅(PZT)在非晶态和多晶态进行刻蚀,对比未经刻蚀的PZT性能,研究了集成工艺中湿法刻蚀造成极化和耐久性能退化的机理.PZT的结晶图谱和表面形貌分析发现,湿法刻蚀中产生的非铁电成分由于具有较小的介电常数,降低了铁电材料上分担的有效测试电压,导致刻蚀后PZT极化能力的降低.未刻蚀的PZT翻转1011次后极化值损失约3%,而刻蚀后极化值减小量大于5%.随着尺寸的减小,耐久特性的降低更为明显,100μm×100μm的PZT极化值减小量约为500μm×500μm样品的3倍.高温过程中由于湿法刻蚀而产生的缺陷和空隙在PZT内部重新分布,外加电压下有更多的电子被缺陷和空隙束缚而产生内建电场并钉扎铁电畴,不同器件尺寸的PZT内部缺陷和空隙浓度的变化不同,导致耐久特性随PZT器件尺寸而不同.利用压电特性参数与极化强度的关系,可以解释湿法刻蚀对压电特性造成损伤的原因.     

硅基径向纳米线阵列的制备及其机理研究

采用金属辅助化学刻蚀(MACE)的方法在硅衬底上制备出尺寸可控、表面光滑的硅纳米线阵列.利用扫描电子显微镜等检测仪器对所制备的硅纳米线样品进行了表征,研究了附银时间和双氧水浓度等工艺参数对硅纳米线生长的影响.结果表明,在附银时间为60 s、双氧水浓度为1.0 mol/L条件下,能够得到较为均匀、规则的硅纳米线阵列.此外,探讨了银辅助刻蚀硅纳米线的形成机理.     

基于Wyko NT1100表面轮廓仪的光纤端面检测

采用表面轮廓仪测定了光纤和湿法刻蚀加工的单模与多模光纤端面粗糙度,并与光学显微镜检测的结果进行了对比.结果表明:表面轮廓仪表适合检测光纤端面及刻蚀加工后的三维特征,反映湿法刻蚀加工光纤端面的刻蚀深度和微腔形貌.     

多层难熔金属的刻蚀工艺技术研究

分析了用反应离子刻蚀(RIE)系统刻蚀多层难熔金属的可行性.研究了用下电极表层为阳极氧化铝的RIE完整刻蚀Au/Pt/TiW/Ti四层金属时氧化铝在Ar/SF6和Ar/CF4等离子体中对聚合作用的影响.通过实验发现,下电极表面的氧化铝经氩离子溅射会参与化学反应并加剧SF6等离子体中的聚合作用,形成大量聚合物.而在CF4等离子体中,下电极氧化铝的影响较小,聚合作用较弱,有利于多层难熔金属的刻蚀.提出了用Ar/CF4/CF4 O2完整刻蚀Au/Pt/TiW/Ti四层金属的三步刻蚀工艺技术.应用三步刻蚀工艺技术刻蚀具有微细图形、多层难熔金属的器件芯片,获得了良好的刻蚀效果.     

InAs/GaSb超晶格红外探测器台面的ICP刻蚀研究

采用分子束外延方法在GaSb衬底上生长InAs/GaSb超晶格红外薄膜材料,为获得台面结构,采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀技术和Cl2/Ar刻蚀气体,分别研究了不同刻蚀时间、不同气体比例及不同功率对GaSb、InAs及InAs/GaSb超晶格刻蚀速率和刻蚀形貌的影响。结果表明,由于刻蚀产物InCl x的低挥发性阻挡了Cl2的刻蚀,InAs的刻蚀速率低于GaSb;Cl2比例在20%~40%时,刻蚀表面粗糙度最小,明显低于湿法腐蚀造成的表面损伤,有助于形成良好的欧姆接触和减小器件的表面漏电流。     

等离子体低温刻蚀单晶硅高深宽比结构

等离子体低温刻蚀是一种针对高深宽比结构的干法刻蚀技术。本文在低温刻蚀单晶硅样品时得到典型的刻蚀结果为:各向异性值>0.99,硅刻蚀速率>1.5μm/min,对SiO2刻蚀选择比>75,说明该刻蚀方法很具竞争力。通过对载片台温度、反应气体配比、腔体气压和ICP线圈功率等工艺参数的系列实验分析,证明低温刻蚀高深宽比硅微结构必需一定的低温和氧,同时揭示出低温刻蚀过程的主要控制因素是离子轰击而非刻蚀表面的化学反应。本文还对刻蚀过程中刻蚀滞后和凹蚀现象的产生机理进行了分析讨论,指出介电质掩蔽层的充放电效应导致了凹蚀,而刻蚀滞后的诱因则与通常的刻蚀情况不同,主要是台阶对离子轰击的覆盖效应。     

表面和亚表面特性对多层膜光栅成像对比度的影响

基于Si/SiO2材料对制备出名义节距为50 nm的多层膜光栅,重点分析了多层膜光栅研磨抛光过程中的亚表面损伤和湿法刻蚀均匀性问题。并利用原子力显微镜（AFM）和透射电子显微镜（TEM）对多层膜的截面粗糙度和刻蚀光栅结果进行了测量和分析。测量结果显示:多层膜光栅制备过程中的截面粗糙度降低和刻蚀均匀性的提高,有助于TEM测量获得均一的高成像对比度多层膜光栅图像。     

牺牲层刻蚀实验的在线观察与研究

设计了多种测试结构，采用在线实时观测的手段，深入研究了氢氟酸（HF）刻蚀二氧化硅牺牲层中，多种因素对刻蚀过程产生的影响，并对实验结果进行了详细分析．实验中可以明显观察到刻蚀过程中的反应限制阶段与扩散限制阶段，说明经过长时间的刻蚀，HF酸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“凹”状的刻蚀前端和“晕纹”现象，分析认为结构中的应力梯度以及材料间不同的亲水性质是产生这些现象的主要原因．实验方法与结论对MEMS牺牲层释放工艺的研究具有一定的参考意义．     

硅基外延β-SiC薄膜在不同刻蚀气体中的等离子体刻蚀研究

用等离子体刻蚀（PE)工艺，以四氟化碳（CF4）和六氟化硫（SF6）以及它们与氧气（O2）的混合气体作为刻蚀气体分别对Si基外延生长的β-SiC单晶薄膜进行了刻蚀工艺研究。结果表明在同样刻蚀工艺条件下，以SF6＋O2作为刻蚀气体要比以CF4＋O2作为刻蚀气体具有更高的刻蚀速率；在任何气体混合比条件下经SF6＋O2刻蚀后的样品表面都不会产生富碳（C）表面的残余SiC层；而经CF4＋O2刻蚀后的样品表面是否产生富C表面残余SiC层则与气体混合比条件有关，但刻蚀后的样品表面更为细腻。文中还对不同刻蚀气体下的刻蚀产物进行了讨论比较。     

PMMA的反应离子深刻蚀

对PMMA进行反应离子深刻蚀以获得高深度比微结构.研究了纯氧刻蚀气体中加入CHF3对刻蚀速率、图形形貌等的影响.纯氧刻蚀PMMA,钻蚀现象严重.加入CHF3后,刻蚀速率随CHF3含量增加而下降.加入适量CHF3,可以在侧壁形成钝化层,保护侧壁不受钻蚀.当CHF3含量为40%,刻蚀功率30 W,工作气压为4 Pa时,即使刻蚀深度达到400 μm,侧壁仍然陡直,刻蚀深宽比大于10.     

Pyrex玻璃的湿法深刻蚀及表面布线工艺

高表面质量的pyrex玻璃对提高MEMS器件尤其是光学器件性能至关重要。本文采用TiW／Au＋AZ4620厚胶作为多层复合刻蚀掩模,重点研究了玻璃湿法深刻蚀工艺中提高表面质量的方法,并分析了钻蚀和表面粗糙度产生的机理。结果表明,采用TiW／Au＋AZ4620厚胶的多层掩膜比TiW／Au掩膜能更有效地避免被保护玻璃表面产生针孔缺陷,减轻钻蚀。在纯HF中添加HCl,可以得到更光洁的刻蚀表面,当HF与HCl体积配比为10：1时,玻璃刻蚀面粗糙度由14．1nm减小为2．3nm。利用该工艺,成功实现了pyrex7740玻璃的150μm深刻蚀,保护区域的光学表面未出现钻蚀针孔等缺陷,同时完成了金属引线和对准标记的制作,为基于玻璃材料的MEMS器件制作提供了一种新的加工方法。     

纳米金属银、铜辅助化学刻蚀制绒金刚线切割多晶硅的研究

以金刚线切割多晶硅为原料,研究不同纳米金属催化剂(银、铜)辅助化学刻蚀对纳米结构引入及多晶硅片表面制绒效果的影响。研究结果表明:不同纳米金属物种诱导刻蚀对硅片表面形貌结构的影响巨大,相比于纳米银辅助刻蚀形成的硅纳米线阵列结构而言,纳米铜辅助刻蚀形成的倒金字塔结构在各方面的性能均比较突出,大面积微尺度的倒金字塔阵列结构可以更完美地融合表面低反射率和钝化不佳之间的矛盾,且硅片表面切割纹去除效果明显。当金属铜辅助化学刻蚀制绒15 min时,倒金字塔结构最规则、均匀,且在300~1 100 nm波段范围内,反射率由原片的41.8%降低至5.8%。同时倒金字塔形貌具有优越的减反效果和去除切割纹能力,使得制绒金刚线切割多晶硅片有望用来制备高效率的太阳能电池。     

有机薄膜晶体管钛/金电极的刻蚀工艺研究

采用感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀和湿法刻蚀的方法,分别刻蚀有机薄膜晶体管(OTFT)的钛/金薄膜电极。改变刻蚀的工艺条件,研究了不同的刻蚀工艺对OTFT器件性能的影响,并对刻蚀结果进行了比较与分析。结果表明,ICP干法刻蚀不适合用来刻蚀OTFT器件的钛/金电极,而湿法刻蚀工艺可用于刻蚀关键尺寸为5μm及其以上的钛/金电极,其最佳工艺条件分别是n(HF):n(HNO3):n(H2O)=1:1:5和n(KI):n(I2):n(H2O)=4:1:40。     

GaAs的ICP选择刻蚀研究

选择刻蚀在ＧａＡｓ工艺中是非常重要的一步。由于湿法腐蚀存在钻蚀和选择性差,且精度难以控制,因此有必要进行干法刻蚀的研究。虽然采用反应离子刻蚀（ＲＩＥ）、磁增强反应离子刻蚀（ＭＥＲＩＥ）可以进行选择刻蚀,但是这两种方法在挖槽时会对器件造成较大损伤,影响器件性能。感应耦合等离子刻蚀（ＩＣＰ）是一种低损伤、高刻蚀速率高选择比的刻蚀方法,在ＧａＡｓ器件的制造中有突出的优点。本工作进行ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ     

GaAs材料ICP刻蚀中光刻胶厚度及刻蚀条件对侧壁倾斜度的影响

使用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术刻蚀GaAs材料,在光刻过程中采用不同厚度的光刻胶,研究在同一刻蚀条件下不同光刻胶厚度对刻蚀图形侧壁倾斜度的影响,并研究了光刻胶厚度对侧壁倾角影响在不同大小图形刻蚀中的尺寸效应,提出了关于刻蚀机理的尺寸增益现象及可能发生的刻蚀离子的散射模型,解释了光刻胶厚度较大时小线宽图形侧壁倾角...     

Kevlar织物化学镀掺钨镀银层

应用“非刻蚀-无钯活化”法对Kevlar织物进行表面改性,化学镀制备掺钨镀银层。采用多种表征方法测试掺钨镀银层的结构、形貌和成分,分别用四探针法、Na₂S全浸及超声实验研究掺钨镀银层Kevlar织物的导电性能、抗硫变色性能以及银层/纤维结合性能。研究结果表明:纳米尺寸银颗粒均匀镶嵌在Kevlar纤维表层,形成活化中心;随后,均匀且致密的掺钨镀银层被制备,该镀层显示晶态结构,W以WO₃和Ag₂WO₄的形式存在,该镀层呈现优异的导电性能和结合力。与纯银镀层相比,掺钨镀银层具有更优异的抗硫变色性能。     

AZ91D镁合金超疏水膜层的制备及其表征

采用简单易行的化学刻蚀方法,通过硝酸刻蚀、化学镀银和硬脂酸自组装改性处理,在AZ91D镁合金表面上成功制备出了超疏水膜层,进一步解释了该制备工艺的化学反应机理。利用扫描电子显微镜和视频光学接触角测量仪对AZ91D镁合金表面超疏水膜层的微观形貌和润湿性能进行了表征,利用能谱仪和光谱仪测定了膜层的表面化学组成。结果显示,釆用上述方法处理后的AZ91D镁合金表面呈现出良好的疏水性,水滴在试样表面的表观接触角为153°,滚动角为4°。