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。     

RIE工艺参数对4H-SiC刻蚀速率和表面粗糙度的影响

基于4H-SiC材料的微机电系统(MEMS)器件(如压力传感器、微波功率半导体器件等)在制造过程中,需要利用干法刻蚀技术对4H-SiC材料进行微加工.增加刻蚀速率可以提高加工效率,但是调节刻蚀工艺参数在改变4H-SiC材料刻蚀速率的同时,也会对刻蚀表面粗糙度产生影响,进而影响器件的性能.为了提高SiC材料的刻蚀速率并降低刻蚀表面粗糙度,满足4H-SiC MEMS器件研制的需求,本文通过优化光刻工艺参数(曝光模式、曝光时间、显影时间)获得了良好的光刻图形形貌,改善了刻蚀掩模的剥离效果.实验中采用SF6和O2作为刻蚀气体,镍作为刻蚀掩模,分析了4H-SiC反应离子刻蚀工艺参数(刻蚀气体含量、腔体压强、射频功率)对4H-SiC刻蚀速率和表面粗糙度的影响.实验结果表明,通过优化干法刻蚀工艺参数可以获得原子级平整的刻蚀表面.当SF6的流量为330 mL/min,O2流量为30 mL/min,腔体压强为4 Pa,射频功率为300 W时,4H-SiC材料的刻蚀速率可达到292.3 nm/min,表面均方根粗糙度为0.56 nm.采用优化的刻蚀工艺参数可以实现4H-SiC材料的高速率、高表面质量加工.     

SiC ICP背面通孔刻蚀研究

介绍了利用ICP设备,使用SF6基气体对4H-SiC衬底进行背面通孔刻蚀的技术。研究了金属刻蚀掩模、刻蚀气体中O2含量的变化、反应室压力、RF功率和ICP功率等各种条件对刻蚀结果产生的影响,重点对刻蚀气体中O2含量和反应室压力两个条件进行了优化。通过对刻蚀结果的分析,得出了适合当前实际工艺的优化条件,实现了厚度为100μm、直径为70μm的SiC衬底GaN HEMT和单片电路的背面通孔刻蚀,刻蚀速率达700nm/min,SiC和金属刻蚀选择比达到60∶1。通过对工艺条件的优化,刻蚀出倾角为75°～90°的通孔。     

Cl_2/BCl_3ICP刻蚀GaN基LED的规律研究

研究了用Cl2/BCl3刻蚀GaN基LED中,工艺参数对GaN刻蚀速率、刻蚀侧壁和GaN与SiO2刻蚀选择比的影响。研究结果表明,刻蚀速率随着ICP功率和压强的增大先增大继而减小,随RF功率的增大单调增大;刻蚀选择比随ICP功率增大单调减小,随压强增大而增大。还研究了刻蚀速率和选择比与气体比例变化的关系。刻蚀SEM图表明,压强和RF功率增大会使刻蚀垂直度增大。     

PECVD SiC材料刻蚀技术

通过对PECVD SiC进行不同条件下的反应离子刻蚀(RIE)和电感耦合反应离子刻蚀(ICP)实验研究,提出了使用SF6和He的混合气体进行RIE刻蚀,并讨论了功率和压强分别对刻蚀速率的影响.进一步研究了SiC中H含量对于RIE刻蚀速率的影响,同时验证ICP刻蚀过程中负载效应的存在.     

PECVD SiC材料刻蚀技术

通过对PECVD SiC进行不同条件下的反应离子刻蚀（RIE）和电感耦合反应离子刻蚀（ICP）实验研究，提出了使用SF6和He的混合气体进行RIE刻蚀，并讨论了功率和压强分别对刻蚀速率的影响. 进一步研究了SiC中H含量对于RIE刻蚀速率的影响，同时验证ICP刻蚀过程中负载效应的存在.     

RIE对Ge衬底上制备亚波长结构形貌的影响

利用反应离子刻蚀(RIE)技术在Ge衬底上制备宽波段亚波长结构,研究了不同SF6/O2比例条件下在不同刻蚀时间、压强和射频功率对结构形貌及刻蚀深度的影响,并用SEM对刻蚀图形的表面形貌进行了观察.结果表明,SF6易与衬底发生反应,生成挥发性产物,加速了刻蚀速度.O2的加入生成的钝化膜会增强各向异性刻蚀,减慢了刻蚀速度,对衬底有刻蚀保护作用.增加压强可以增大刻蚀深度,但增加射频功率,刻蚀深度先是增加,达到一定值后下降.选择合适的工艺参数可以获得较为理想的金字塔形结构.     

PECVD SiC材料刻蚀技术

通过对PECVD SiC进行不同条件下的反应离子刻蚀(RIE)和电感耦合反应离子刻蚀(ICP)实验研究,提出了使用SF6和He的混合气体进行RIE刻蚀,并讨论了功率和压强分别对刻蚀速率的影响.进一步研究了SiC中H含量对于RIE刻蚀速率的影响,同时验证ICP刻蚀过程中负载效应的存在.     

ICP刻蚀GaN侧壁倾角以及刻蚀速率的控制

深入研究了Cl2基气体电感耦合等离子体(ICP)刻蚀系统对于GaN材料侧壁倾角的控制以及刻蚀速率的影响。通过调整ICP离子源功率、射频功率、气体流量、腔室压力等参数,经实验验证,实现了从23°～83°侧壁倾角的大范围工艺控制,为GaN基器件工艺提供了有益指导。     

二氧化硅的反应离子刻蚀

对电子束曝光和反应离子刻蚀(RIE)进行了研究。刻蚀使用JR-2B型溅射-刻蚀机,分别采用100W、150W、200W、250W、300W的功率,对SiO2进行了刻蚀,反应气为:CHF3,对影响刻蚀的射频功率以及压力、气体流量等工艺参数作了调整,得出了刻蚀速率与射频功率和压力之间、气体流量的关系曲线。实验结果表明:随着射频功率、压力的增大,刻蚀速率不断加快,在某一值上达到最大值。再继续增加射频功率、压力,刻蚀速率反而会下降。随着气体流量的增加,刻蚀速度不断降低。     

氮化硅的ECCP刻蚀特性研究

本文对氮化硅的增强电容耦合等离子刻蚀进行研究,为氮化硅刻蚀工艺的优化提供参考。针对SF_6+O_2气体体系,通过设计实验考察了功率、压强、气体比、氦气等对刻蚀速率和均一性的影响,并对结果进行机理分析和讨论。实验结果表明:功率越大,刻蚀速率越大,与源极射频电力相比,偏置射频电力对刻蚀速率的影响更为显著;压强增大,刻蚀速率增大,但压强增大到一定程度后,刻蚀速率基本不变,刻蚀均匀性随着压强增大而变差;在保证SF_6/O_2总流量保持不变下,O_2的比例增大,刻蚀速率先增大后减小,刻蚀均匀性逐步变好;He的添加可以改善刻蚀均匀性,但He的添加量过多时,会造成刻蚀速率降低。     

金薄膜的反应离子刻蚀工艺研究

采用反应离子刻蚀（RIE）工艺对金薄膜进行了干法刻蚀研究,得到了刻蚀速率随两极间偏压、气体压强和气体成分等因素变化的规律。试验结果表明,刻蚀速率随偏压的增加而增大;当压强增加时,刻蚀速率先增加后减小;不同种类的气体对刻蚀速率影响较大;刻蚀时间与刻蚀厚度在一定范围内成正比。另外,找到了控制刻蚀过程均匀性和选择比的方法。     

α—Si TFT矩阵等离子体刻蚀技术的研究

本文介绍了α-Si TFT有源矩阵的CF_4等离子体刻蚀技术。分析了CF_4等离子体刻蚀α-Si:H和α-SiN_x的机理,对α-Si TFT的有源层与绝缘层之间刻蚀选择性和均匀性进行了研究,讨论了等离子体刻蚀速率与射频功率、反应室压力及衬底温度的依赖关系。根据实验结果总结了CF_4等离子体刻蚀速率随射频功率、反应室压力和衬底温度的增加而增大的规律,通过控制合适的工艺条件,成功地实现了选择性刻蚀并改善了刻蚀的均匀性。     

商品有机玻璃片微结构的深刻蚀研究

研究应用O2反应离子刻蚀(RIE)直接深刻蚀商用有机玻璃(PMMA)片，以实现微结构的三维微加工，工艺简单，加工成本较低，为微器件的高深宽比加工提出了新方法。试样采用Ni作掩膜，以普通的光刻胶曝光技术和湿法刻蚀法将Ni掩膜图形化。工作气压、刻蚀功率等工艺参数对刻蚀速率影响较大。在刻蚀过程中，掩膜上的金属粒子会被刻蚀气体离子轰击而溅射散落出来，形成微掩膜效应。利用这种RIE技术，在适当的溅射功率及气压下，刻蚀速率较快，且获得了较陡直的微结构图形，刻蚀深度达120μm。     

高密度RF等离子体刻蚀工艺直流自我偏压的研究

直流自我偏压作为高密度射频(RF)等离子体刻蚀工艺中的重要电学参数,反映出具有高能量的离子对待刻蚀晶片的轰击效果,后者决定了刻蚀工艺的各向异性、刻蚀速率、选择比及形貌特征等工艺结果。该文以HBr作为刻蚀气体,采用电感耦合等离子体(ICP)金属刻蚀系统针对刻蚀工艺中的直流自我偏压进行研究。研究中分别改变离子源功率、衬底偏压功率、刻蚀压力及HBr气体流量,观察直流自我偏压及其峰值的相应变化规律。实验结果表明,随着离子源功率的升高,直流自我偏压将会轻度降低;升高偏压功率则会显著提升直流自我偏压。刻蚀压力与直流自我偏压呈正比例关系,HBr气体流量的变化及待刻蚀晶片的材质对直流自我偏压无显著影响。     

PECVD参数对含氢非晶碳刻蚀特性的影响研究

分析了射频等离子体增强化学气相淀积(RFPECVD)参数对含氢非晶碳(α-C∶H)刻蚀特性的影响规律。首先,针对射频功率、丙烯流量、反应腔压强、极板间距等工艺参数对膜层刻蚀特性的影响进行了实验,并通过确定性筛选设计方法产生实验矩阵。然后,采用RFPECVD工艺在硅衬底上淀积α-C∶H。最后,运用多元回归方法对刻蚀速率、刻蚀均匀性进行了研究。结果表明,淀积工艺参数的变化对膜层的均匀性没有影响,对膜层的刻蚀速率有影响。该工艺参数对刻蚀特性的影响研究对优化CVD工艺具有参考价值。     

SiC衬底AlGaN/GaN HEMT的ICP通孔刻蚀

利用ICP对研制的SiC衬底上AlGaN/GaN HEMT刻蚀获得了深度为50μm的接地通孔. 器件通孔制作前首先用机械研磨的方法将衬底减薄至50μm,在背面蒸发Ti/Ni并电镀Ni至3μm作为刻蚀阻挡层;之后利用SF6/O2混合气体的电感耦合等离子体对SiC衬底进行了刻蚀;最后将Cl2和BCl3混合气体的ICP刻蚀技术运用于AlGaN/GaN外延材料的刻蚀,完成了深度为50μm的AlGaN/GaN HEMT通孔制作,通孔侧壁具有一定的斜率,适合良好的金属覆盖以形成器件正面和背面的连接. 这一技术非常适合AlGaN/GaN HEMT及其单片集成电路的研制.     

SiC衬底AlGaN/GaN HEMT的ICP通孔刻蚀

利用ICP对研制的SiC衬底上AlGaN/GaN HEMT刻蚀获得了深度为50μm的接地通孔.器件通孔制作前首先用机械研磨的方法将衬底减薄至50μm,在背面蒸发Ti/Ni并电镀Ni至3μm作为刻蚀阻挡层;之后利用SF6/O2混合气体的电感耦合等离子体对SiC衬底进行了刻蚀;最后将Cl2和BCl3混合气体的ICP刻蚀技术运用于AlGaN/GaN外延材料的刻蚀,完成了深度为50μm的AlGaN/GaN HEMT通孔制作,通孔侧壁具有一定的斜率,适合良好的金属覆盖以形成器件正面和背面的连接.这一技术非常适合AlGaN/GaN HEMT及其单片集成电路的研制.     

金刚石薄膜的反应离子刻蚀

反应离子刻蚀是金刚石薄膜图形化的一种有效方法。研究了用Ｏ２及与Ａｒ的混合气体进行金刚石薄膜图形化刻蚀的主要工艺参数（射频功能、工作气压、气体流量、反应气体成分与比例等）对刻蚀速率和刻蚀界面形貌的影响，兼顾刻蚀速率和刻蚀平滑程度等关键因素，建立了金刚石薄膜刻蚀的优化工艺参数，达到了较满意的图形效果。     

LED用图形化蓝宝石衬底的干法刻蚀工艺

近年来,图形化蓝宝石衬底(PSS)作为GaN基LED外延衬底材料被广泛应用。采用感应耦合等离子体(ICP)技术对涂覆有光刻胶阵列图案的蓝宝石衬底进行刻蚀。通过研究及优化不同ICP刻蚀工艺参数对刻蚀速率和选择比的影响,分别成功制备出蒙古包形和圆锥形图形化蓝宝石衬底片,并在其表面完成InGaN/GaN多量子阱外延及芯片工艺。借助光致发光和电致发光等手段测试其LED器件的光电学性能。实验结果发现圆锥形的图形化蓝宝石衬底拥有更强的光功率和更窄的半峰宽,说明这种形貌的衬底在GaN外延时有效减少了晶格失配造成的缺陷,提高了晶体质量,从而更有效地增加LED出光效率。