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硅基深宽比结构与SiO 2 薄膜的干法刻蚀方法   

热度0票  浏览49次 时间:2022年7月12日 10:47
  (210033 南京中电熊猫液晶显示科技有限公司 江苏 南京)
   【摘 要】在此次研究中,研究的重点集中于深反应离子刻蚀工艺,通过研究DRIE刻蚀钝化时间比影响硅刻蚀形貌的程度,合理化优化工艺参数,借助三步刻蚀工艺,对直壁沟槽进行贯穿刻蚀,其宽度是150微米,深度是300微米。另外,基于C 4 F 8 条件下,通过降低电极射频功率,使其对于SiO 2 薄膜的过刻蚀情况得到缓解。
  【关键词】硅基深宽比结构;SiO 2 薄膜;干法刻蚀方法近年来,硅基微结构在微机电系统器件的制造中得到了广泛应用,且对于其侧壁形貌提出了相应要求。干法刻蚀技术在刻蚀硅基的过程中具备各向异性,进而获取微小三维结构。而SiO 2 薄膜机械性能与绝缘性能十分理想,因而在微结构制造中被当成牺牲层掩膜层以及结构绝缘层使用。基于此,文章将重点探讨硅基深宽比结构与SiO 2 薄膜的干法刻蚀方法的具体应用,希望有所帮助。
  一、实验分析
  选择硅片作为实验工具,其规格要求为:①厚度是300微米;②直径是50.8毫米;③电阻率是3-8Ω/cm 2 ;④双面抛光。在硅片清洗方面,主要选择标准RAC工艺,将其放置于温度为150摄氏度的热板表面烘烤半小时,将其表面水分去除。使用纯氧气对硅片进行干氧氧化处理,并获取双面氧化层,其厚度在500纳米,在垂直方向对SiO 2 氧化层进行观察,发现颜色是红色。随后,将BN 3 0 8 光刻胶旋涂在硅片的表面,将转动速度确定成每分钟2600转,而时间确定成半分钟。于温度85摄氏度的热板放置硅片并烘烤半小时。在UV曝光以及显影处理后,获得掩膜图形。
  选择DRIE仪器对硅片进行干法刻蚀,此设备电感耦合的RF射频功率是2800瓦,而频率是13.56兆赫兹,能够形成密度较高的等离子体。衬底主要借助冷却装置系统,确保温度为40摄氏度。应使用C 4 F 8 气体对氧化层进行刻蚀处理,并结合Bosch工艺对硅沟槽进行刻蚀。实际的刻蚀时间是50分钟,而刻蚀的面积在15%作用。对于C 4 F 8 ,其上电极射频功率是2800瓦,而下电极的射频功率则处于0-40瓦之间,将钝化的时间确定成2秒。在实验中,C 4 F 8 的上电极射频功率设置成2800瓦,下电极的射频功率设置成40瓦,而刻蚀的时间则分别设置成7秒、9秒、11秒和13秒。而SF6的流量设置成700sccm,C 4 F 8 的流量设置成220sccm,通过光学显微镜对硅的微结构刻蚀形貌进行观测。
  二、实验结果和分析
  在定义硅侧壁刻蚀形貌方面,在β<90°的时候,硅侧壁的刻蚀被称作正形貌,而在β>90°的时候,硅侧壁的刻蚀被称作负形貌。
  (一)刻蚀钝化时间比影响分析
  将实验中的刻蚀钝化时间比确定成7s/2s、9s/2s、11s/2s,且将C 4 F 8 的下电极射频功率设置成40瓦,而其他的刻蚀参数不改变。
  在刻蚀钝化的时间比是7s/2s的情况下,硅侧壁是正形貌,且角度是79°。因而SF 6 刻蚀的时间并不充足,所以C 4 F 8的钝化程度呈现为过量。
  在刻蚀钝化的时间比是9s/2s的情况下,刻蚀的深度是200微米,侧壁的刻蚀垂直角度是90°。在刻蚀深度超过200微米的情况下,侧壁的刻蚀角度是60°,且呈现硅“草”。
  究其原因,在刻蚀深度增加的情况下,沟槽底部进入的SF 6浓度会降低,所以刻蚀的程度会有所削弱。
  在刻蚀钝化的时间比是11s/2s的情况下,硅侧壁是弯曲形貌,且存在底部残硅的情况。因侧壁的钝化程度不充足,SF 6 刻蚀侧壁相对过量,但刻蚀沟槽底部硅的量会随之降 低。
  (二)垂直侧壁形貌刻蚀
  在刻蚀钝化的时间比是9s/2s的情况下,且刻蚀的深度不超过200微米,侧壁的垂直程度理想。若深度超过200微米,那么刻蚀侧壁会呈现负形貌,而且还会出现黑硅的情况 。
  要想获取300微米刻蚀深度的垂直侧壁,需借助两步刻蚀工艺:
  1.将刻蚀钝化的时间比确定成9s/2s,将工艺总时间确定成半小时,而刻蚀的深度是180微米。
  2.在刻蚀深度超过180微米的情况下,将刻蚀的钝化时间确定成11s/2s,将工艺总时间确定成20分钟,而C 4 F 8 的下电极射频功率设置成40瓦,而其他的刻蚀条件不发生变化。
  实验过程中,当刻蚀钝化的时间比是11s/2s的时候,刻蚀侧壁的角度始终是90°。若将其改变成13s/2s,那么刻蚀的侧壁再次呈现弯曲的形貌。所以说,借助两步刻蚀工艺,将参数确定成9s/2s和11s/2s,而总工艺时间分别是30分钟与20分钟。另外,SF 6 和C 4 F 8 的下电极射频功率都设置成40瓦,其他的刻蚀条件不发生改变。
  三、结束语
  综上所述,通过系统研究硅基深宽比结构和SiO 2 薄膜干法刻蚀方法,探究了刻蚀钝化时间比影响硅刻蚀形貌的程度。在实验中发现,在刻蚀钝化的时间比是9s/2s且刻蚀深度不超过200微米的条件下,沟槽侧壁处于垂直状态,一旦刻蚀的深度超出200微米,沟槽侧壁的垂直程度就会随之变差。所以在两步刻蚀工艺的作用下,获取了贯穿直壁的硅沟槽,而且沟槽底部的SiO 2 薄膜的过刻量并不多。
  参考文献:
  [1]吕世骥,蔡跃明,郭耀华.等离子体氮化SiO 2 膜中电子陷阱的研究[J].东南大学学报,1989(02)
  [2]王政平,马任德,张国生,王成.电子辐照SiO 2 能量沉积计算方法研究[J].哈尔滨工程大学学报,2007(06)[3]高文钰,刘忠立,于芳,张兴.多晶硅后热退火引起SiO 2栅介质可靠性下降的原因分析及其抑制方法[J].半导体学报,2001(08)



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