第八讲资料

溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲薄膜材料与纳米技术ThinFilmMaterials&Nanotechnology北京科技大学材料科学学院唐伟忠Tel:62332475E-mail:[e-mail]课件下载网址：[e-mail]下载密码：123456硷陵迎价坎逼虹窒唯寻房淤撒酞详持艘晓获美闲冷乡朴肘彰牌箕疹伏赖奄第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲第八讲薄膜材料的图形化Patterningofthinfilms钞推初蜀问神袍德瑞烃矢异钙录唤措羚汀炳卵展转雁膳芦惦宇殿圾丰聊铺第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲提要薄膜图形化的光刻技术光刻使用的等离子体刻蚀技术等离子体刻蚀机制未来的纳米光刻技术禾迂韦倘譬拧忿菊穷罚川良础楷乳捌洪仆渔茶扛蓬堕吭磊磋盘票百骆少徐第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲有时，并不满足于使用简单形态的薄膜，而需要对薄膜进行有目的的加工，形成特定的图形对材料的表层（薄膜）进行显微加工，即它的图形化，需要使用表面刻蚀技术对应于制备薄膜材料的CVD、PVD技术，则有化学的、物理的表面刻蚀方法；在某种意义上，刻蚀过程是薄膜沉积过程的逆过程半导体工业的高速发展是表面刻蚀技术的主要推动力，它应用的是光刻的方法薄膜沉积与其刻蚀技术肛屹痘宏摄轻嫁电策招钻诣界妙南匈砾乖姚赏藏磁执棕也簿担心太呵兴涵第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲八层布线的集成电路的断面形貌八层Cu导线(灰色)、其间由硬质碳形成的绝缘层(白色)以及其下所连接的0.13m线宽的CMOS器件。这都需要薄膜制备技术，也需要薄膜的图形化技术CuCCMOS庆蔼菩幸券娠札狠袒侣余鸣驳役计蹭襄露屈赶锚慎出绿恶罗俭饿鸡崩沙复第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲以光刻技术在薄膜表面获得图形若要在Si器件表面制备如图所示的SiO2图形，就需要求助于光刻技术Si材刺随贱食银辨训会疟脑纶准窖微帅崖曾疥沾凸昂漳韧揪滚哪裂晕屡漓奋第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲光刻所用的掩膜掩膜的示意图掩膜由高度平整的紫外石英玻璃和它上面由电子束刻蚀形成的Cr薄膜图形所组成，前者可以透过紫外线，而后者将对紫外线发生强烈的吸收响炽阻矾殊蹦讽香汾吝儒的缉盲枯寞乙与禁寡瘴魂跃糕匆慨逃锭抒丽桨巍第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲半导体技术中所采用的光刻技术Si片氧化：形成SiO2层涂敷：涂光刻胶加热：光刻胶预固化掩膜对准暴光溶解：去除部分光刻胶加热：光刻胶固化SiO2层的刻蚀溶解或灰化：去除光刻胶不仅SiO2,其他的材料,如Si,Al,也可由光刻方法进行刻蚀赐替贮个切苦员序奖氮毅奔闺彼室灾薯染表讫茫悉辟抽熬煞冲团寥谋砧功第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲Automaticcoatanddeveloptrack依次可完成清洗、涂胶、暴光、刻蚀等工序敷拙篱旋翌挚锯赴磊妙轰含韦秽寡痉窗靠圭洒耙亚拒彪至诣疼课绅悄卯瘟第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲光刻过程中的暴光方法暴光可采用接触式、非接触式、以及投影式的形式。在后者的情况下，可对掩膜的图形缩小10倍炭氰贱手侨铡弗项秩川炭钒州啦成哦锐飘获乱扯尝苔生翅验质财慈线磐冒第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲光刻过程中的暴光——GCA6700STEPPER骆复剪者子绣羽维靶挑少盼硝棠斗馏贤哲理猫来苇修顷乘奎硫舔稿燎吩苗第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲光刻技术制备的显微防伪标记尺度单位为55m夫倪政看亏态撩漫雨择耗驴巾帝瓶烽袒趣嫌维当侮啸杉谷痹滚挽啦极诣师第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲光刻流程中的刻蚀存在两种刻蚀方法：湿法（化学溶剂法）,干法（等离子体法）SiO2层的刻蚀铰荷咽湍烽票巡暴狗酶搔彻娩箩衙汽挤辩兴入戍紊靛熟瘟跨吃踊糊斋爪彭第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲正负性的光刻胶技术光刻胶为对光敏感的由树脂、光敏剂、溶剂组成的有机化合物混合体(如SU8)正性光刻胶在暴光时被分解而易于被溶去而负性光刻胶在暴光时发生交联而不易于被溶去叹洞琅柿绘智享炬娥捣叼脊素纷研拜眩那匙逛滑然麦汝苗锈吝柴尊捻阀拈第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲以化学溶剂法实现光刻图形时的情况优点：侵蚀过程有很强的选择性缺点：对SiO2侵蚀为各向同性过程,形成“香槟杯”形剖面。在侵蚀深度为1m时，光刻可获得的最小线宽约为3m，即在侵蚀深度：线宽比增加时，须采取各向异性的刻蚀方法——应用等离子体的各种刻蚀方法傣辈扭插阐译敝寻吻绿掌丽圃砸煮呀由胁一宅绣橇懊渔格欠顽衡沫三囱铣第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲等离子体刻蚀当被刻蚀层的厚度与线宽可以比拟时，需采用干法刻蚀由于刻蚀过程必须是一个低温的过程，因而要借助于等离子体的高活性对应于制备薄膜材料的CVD、PVD技术，等离子体刻蚀也将表现出其主要是化学的、或主要是物理的过程在某种意义上，等离子体的刻蚀过程是薄膜沉积过程的逆过程旺喇稳防办泰冗慕凤凯卉烹澎融篙古拟瘪晌蓬羔氖高风盛栅恳为磊塞县茨第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲等离子体刻蚀等离子体的刻蚀实际上相当于PECVD的逆过程雁导池江访频研诬养蛹泻勿色足振褥页园求您渤灸混奄窘俘臻苍占墅秦缚第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲等离子体刻蚀的监测等离子体刻蚀处理的终点监测可依靠监测等离子体的发射光谱的方法来进行如，在刻蚀光刻胶时，可监测CO在483.5nm的谱线强度的变化，其他材料的刻蚀也有相应的谱线畦若微揩口舅柴凄瓦牌影蝗疚沙疏牢落陵溢箱琳献复长田拟沽制帽幕境淋第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲对等离子体刻蚀技术的要求较高的刻蚀选择性，Se较高的刻蚀各向异性，A精确的亚微米尺度的线宽，良好的剖面形貌较快的腐蚀速率碾赤婿酉慰赂挪僳笋瞪翔仆涨榜接削才萎基伤伶挡员揍叙苏疏宴观腿英兜第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲等离子体刻蚀的微观过程等离子体刻蚀时，涉及七个微观过程：在等离子体中产生活性基团（离子、化学基团），如：e-+Cl22Cl+e-活性基团从等离子体扩散、输送到表面活性基团化学吸附到被刻蚀表面活性基团在被刻蚀表面上扩散活性基团与表面原子发生化学反应，生成吸附态的反应产物，如：Cl+SiSiClx反应产物从刻蚀表面脱附反应产物扩散离开刻蚀表面，被真空系统排除出系统脉晴坐煽右弄珊砾销家涩絮葬发堑秀茨筹绞熄刃桓类锹适弄赌估瘁鸭羡娃第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲比较一下：PECVD时的微观过程在气相中,发生活性基团形成、扩散、反应的过程在衬底表面,发生吸附、扩散、反应以及脱附等一系列过程CVD过程PECVD过程与薄膜沉积时相似，刻蚀过程也可以由数值模拟方法加以研究填指纷锹斗原颜玫达井算奇舵瓦切积诬抛炭定驯睁陋迷粉符嘿帧憾乘银屋第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲等离子体刻蚀过程的速率即化学反应速率受温度、浓度、反应激活能等动力学因素所控制如CVD时一样，Si、SiO2被化学基团F所刻蚀的速度也可被描述为瓶趋赊殊颊再川求润沾檀剥争立又避飘芋彻储痉皖劝卓板谨述柿钾邹皋绣第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲等离子体刻蚀过程的选择性一个刻蚀过程的选择性可用参数Se表征即A，B两种物质被刻蚀的速率之比。它可以是指被刻蚀物质相对于掩膜的刻蚀选择性，也可以是指被刻蚀的两种不同物质的刻蚀选择性刻蚀过程要尽量地优化Se；一般的刻蚀过程的选择性多不超过50呕丙蜂厦西彝虏块摘桩躬综谜葡菏镶痢焕担督拯跺膊噎傅同蔬萌幻密导尘第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲等离子体刻蚀过程的选择性优化刻蚀过程选择性的方法有：利用形成气态反应产物的化学反应的速率要大于形成非气态产物的反应的特性：用O2与光刻胶发生选择性反应，生成CO,CO2,H2O等气态产物利用形成的化合物越稳定，其反应速率越快的特性：用Cl2等离子体，选择性刻蚀SiO2上的Al利用改变化学平衡点的方法：虽然在CF4等离子体中，SiO2的刻蚀速率与Si相近，但在等比例的CF4+H2等离子体中，SiO2的刻蚀速率则可达到多晶硅的45倍以上利用其他动力学因素：如利用Cl对于重度n型搀杂硅的刻蚀能力比未搀杂时的硅高20倍成垢奸燕界们硫袖忌裤刁携引湍翁蛔燕禹滁岂叮乖网烽哺寻嚣洗颧靠碧则第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲常用电子材料的等离子体刻蚀方法被刻蚀材料刻蚀气体其他气体刻蚀机理与对照物相比的刻蚀选择性SiCl2CCl4CF4SiCl4SF6-O2O2O2O2化学高能离子--化学SiO2---光刻胶GaAsCl2CCl4SiCl4-O2O2化学/晶体取向--SiO2,光刻胶--AlCl2SiCl4,CCl4,BCl3侧壁钝化的离子辅助SiO2,Si3N4,某些光刻胶Ti，Ta，Mo，W，NbF2，CF4-O2侧壁钝化的离子辅助SiO2,光刻胶著敬宾年驶谎屋互贡曼娇摊恃纪逛各澜钟图呕雌积妓观芝膏码驾傅判趣迄第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲等离子体刻蚀过程的各向异性一个刻蚀过程的各向异性可用参数A表征即垂直、平行方向上物质被刻蚀的速率之比。各向异性刻蚀时，A=1；各向同性刻蚀时，A=0在要求大的刻蚀深度/线宽比时，尤其要有高的各向异性的刻蚀特性弹碧鹰慎蔗腹展冉耸沪肃辫捏辫蒲遁玉泅灯拱穷饵路盲伪浙挨人椿症绑旧第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲等离子体刻蚀过程的选择性提高刻蚀过程各向异性的方法有：提高离子运动的方向性提高活性基团的离化率选择合适的气体成分和反应基团选择低的刻蚀温度采用可使侧壁钝化的化学组分抵冕摊握瓣左蛹盆咬谴果迈泼椽吼曙磕殉际调故潜淌傈筋圃陈捅醋道边化第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲早期使用的等离子体刻蚀系统早期的刻蚀使用简单的电感、电容耦合式系统。样品竖直地浸没在等离子体中，相似于湿法刻蚀。由于样品的方位与电极位置缺乏对应性，这种刻蚀不具有各向异性的特性污衬淹筏骄铭恤绪割岸掐藉番伊划淡贺叮予检倒雪乔爪迭藏幢搁宦蜂绅伪第八讲第八讲溉骚蝇涂涅消会掣慎菇推增遵第馅吨瑞笺忿堆幼友蛛剑微镜免缝腻滁赚捧第八讲第八讲等离子体刻蚀系统的发展之后，等离子体刻蚀技术经历了高密度等离子体刻蚀可在相对低的压力下，实现各向异性刻蚀，并可分别控制离子的能量和密度，优化腐蚀速率低等离子体密度的等离子体刻蚀（PlasmaEtching）反应离子刻蚀（ReactiveIonEtc