湿法刻蚀机腔室关键结构及主要工艺参数对刻蚀性能的影响因素研究

以某18英寸湿法刻蚀机腔室为研究对象,建立了流-热耦合的数值分析模型,研究了刻蚀过程中工艺气体在圆筒式腔室内流速、压强、温度的分布规律,结合HF酸在乙醇环境下刻蚀SiO2的工艺原理,提出了由耗散系数、物质转换系数、物质量通量、品格结构等表征的刻蚀速率及刻蚀不均匀性评价方法,得到了腔室关键结构及主要工艺的参数对刻蚀性能的影响规律.     

PECVD腔室热流场数值仿真研究

等离子辅助化学气相沉积(PECVD)腔室的气流分布、温度分布是影响薄膜沉积工艺均匀性以及沉积速率的重要原因之一.本文对PECVD腔室气流建立连续流体和传热模型,研究了腔室内流场和温度分布特性;讨论了四种不同稳流室结构的PECVD腔室,在加热盘恒温400℃、质量流量5000 sccm、抽气口压力133 Pa的工艺条件下12英寸晶圆片附近上方流速、压力、温度分布情况;选择了其中一种稳流室结构作了多种质量流量( 20 ～ 5000 sccm)入口条件下的流场分析.仿真研究发现:在抽气口位置偏置的情况下,四种不同稳流室结构的腔室内热流场并未出现明显偏置,这表明抽气口偏置对工艺均匀性没有明显影响.加热盘附近上方2 mm处温度场大面均匀、稳定,且随入口质量流量变化波动很小,表现出良好的稳定性;气压分布呈现中心高边缘低的抛物线特征,流速呈现中心低边缘高的线性特征,且晶圆片附近以及喷淋头( Showerhead)入口压力和流速均随着入口质量流量的增加而升高.研究结果对PECVD腔室结构设计及工艺控制具有重要意义.     

耐等离子刻蚀陶瓷的研究现状

等离子刻蚀技术是超大规模集成电路制备工艺中不可或缺加工技术.在半导体晶圆尺寸不断增大以及特征尺寸不断缩少的发展进程中,晶圆的污染问题越来越突出.而刻蚀机腔室材料作为晶圆的主要污染源之一,其耐等离子刻蚀性日益受到人们的关注.本文主要介绍耐等离子体刻蚀腔体材料的特性及目前国内外的研究与发展现状.     

人造金刚石高压腔结构及温度场分布的改善

传统的直接加热式合成腔组装结构,存在两个问题:一是原材料本身通电发热,原料发生反应时电阻就会变化,加热功率也随之变化,造成温度波动,不利于金刚石生长;二是高压腔内各部位温度高低与压力高低不一致.间接加热式金刚石合成腔,原料本身不通电发热,由外部发热体发热,热量由外向内传导,间接使原料加热.压力与温度梯度方向一致,互相匹配,解决了高压腔各部位压力和温度高低互不匹配的难题;而且,在原料发生反应时,电阻不变,温度不会波动.实现了压力和温度的均匀、稳定,从而生产出高品级产品.单次合成金刚石500克拉以上,高品级率达到60;.     

大尺寸电磁加热的氮化物MOCVD反应室温度场的仿真与优化

本文通过对电磁加热八英寸晶片的立式氮化物MOCVD反应室建立数学模型,利用有限元法,对传统的加热结构进行了优化.为提高晶片温度分布的均匀性,本文提出了矩形槽和圆环段形槽两种不同槽结构的基座,通过对这两种槽结构基座的优化分析发现,与传统用的基座相比,这两种槽结构的基座改变了传统基座中的传热方式和不同方向的传热速率,从而提高了晶片温度分布的均匀性,这有利于提高薄膜生长的质量.     

气体进出方式对MPCVD大面积金刚石膜均匀性的影响

使用自行研制的MPCVD装置,在功率为8 kW条件下、气体由四种方式进出反应腔体时,在直径65 mm的Si基片上制备了金刚石膜.分别利用数字千分尺和Raman光谱对金刚石膜的厚度和品质均匀性进行了表征.使用Comsol软件模拟了不同进出气方式下腔体内部气体流场的分布,并分析了气体进出方式与所制备金刚石膜均匀性之间的关系.研究表明,反应气体进出位置的改变对等离子体的状态没有明显的影响,但对膜的厚度和品质均匀性有影响较大.气体由中间腔体侧壁上的进气孔进入时,容易造成膜厚度和品质的不均匀性.气体由耦合天线的圆盘中心的进气孔进入时,膜厚度和品质的均匀性明显提高,而由锥形反射体底平面上的出气孔排出时均匀性最优.反应气体流场分布的不均匀性和等离子体区域流速的差异是导致金刚石膜厚度和品质不均匀性的主要原因.     

基于建模与优化的MOCVD温度均匀控制

为了提高MOCVD反应室衬底温度均匀性,提出一种基于建模和优化的控制策略.采用神经网络建立反应室温度特性模型,得到输入功率与反应室衬底温度场之间的关系,在此基础上,以温度均匀性为性能指标,采用仿生优化算法对输入功率配比进行优化,实现MOCVD反应室衬底温度的均匀控制.仿真结果验证了所提出方法的有效性.     

保温层结构对感应加热制备太阳能级多晶硅影响的数值模拟研究

定向凝固技术是制备太阳能级多晶硅的主要制备技术.在该技术路线之中,优化多晶铸锭炉的热场结构和控制硅熔体的对流形态是获得高品质多晶硅的有效途径之一.本文设计了三种热场保温层,通过分析不同保温层下坩埚内硅熔体的热场、流场、固液界面、氧含量等的变化,确定了优化的保温层结构.研究发现,在传统固化碳毡保温层中引入石墨层可以使多晶炉内形成两个“热源”,提高多晶炉的热效率,使其能耗降低了38.5;;在洛伦兹力的作用下硅熔体中仅存在一个上下贯通的涡流,有利于硅中杂质原子的挥发.同时,添加石墨保温层后固液界面的形状由“W”状转变为凹状,其上的氧含量有所降低,并且V/Gn值在整个固液界面范围内均大于临界值,可以有效抑制氧沉淀.可见,在感应加热多晶硅生长系统中,采用固化碳毡+石墨保温层时,有利于降低多晶硅的生产成本并提高多晶硅的品质.     

二维声子晶体微腔能带结构的有限元分析与设计

本文基于ABAQUS建立了二维声子晶体体波能带结构的有限元计算方法.该方法首先利用周期性边界条件和Bloch定理,将周期结构的有限元离散特征方程化归到一个周期单胞内的复系数特征方程,然后将其分为实部和虚部两组方程,并在周期单胞边界上应用Bloch定理,求解得到的实数特征方程,获得频散曲线.与已有计算方法相比,该方法在适用性、计算速度、精确度和收敛性等方面具有明显的优越性.在此基础上使用发展的有限元方法分析研究了不同形状的声子晶体微腔的能带结构特性.结果表明这些晶体结构对于特定频率的声波可以将其限制在声子晶体微腔内,在一定环境下有着较好的吸声降噪功能.     

半导体碳化硅湿法腐蚀工艺研究

碳化硅(SiC)具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、击穿场强高、热导率高、化学稳定性好等优异特性,是制备高性能功率器件等半导体器件的理想材料。得益于工艺简单、操作便捷、设备要求低等优点,湿法腐蚀已作为晶体缺陷分析、表面改性的常规工艺手段,应用到了SiC晶体生长和加工中的质量检测以及SiC器件制造。根据腐蚀机制不同,湿法腐蚀可以分为电化学腐蚀和化学腐蚀。本文综述了不同湿法腐蚀工艺的腐蚀机理、腐蚀装置和应用领域,并展望了SiC湿法腐蚀工艺的发展前景。     

湿法腐蚀工艺研究碳化硅晶体缺陷表面形貌

采用湿法腐蚀工艺,对PVT法生长的碳化硅单晶缺陷进行了研究.利用熔融态KOH和K2CO8作为腐蚀剂,通过分别改变腐蚀剂配比、腐蚀时间、腐蚀温度的方法,获得了良好的湿法腐蚀工艺参数.用CCD光学显微镜和SEM观察腐蚀以后的晶体表面形貌.结果表明,最佳腐蚀工艺参数为K2CO3:KOH=5 g:200 g,440 ℃/30 min.腐蚀以后(0001)Si表面可以清晰地观察到微管、基面位错、螺位错和刃位错.实验还发现晶片表面抛光质量会影响腐蚀后SiC表面的形貌.     

GaAs微探尖的衬底选择刻蚀法剥离和转移

报道了一种用于制作扫描近场光学显微术(SNOM)传感头的GaAs微探尖的剥离和转移方法-GaAs衬底选择湿法刻蚀技术.利用扫描电子显微镜对转移后的微探尖进行了表征.结果表明,通过此方法能够成功地将GaAs微探尖转移到目标晶片上,并且在剥离和转移过程中微探尖没有受到损伤.这种技术对实现由带有PIN光探测器的垂直腔面发射激光器与GaAs微探尖的混合集成式SNOM传感头有着非常重要的应用价值.     

基于负性光刻胶掩膜的湿法多晶硅制绒

提出了一种用于大规模多晶硅太阳能电池生产的制绒工艺,采用负性光刻胶作为湿法刻蚀的掩膜,制备蜂巢状低反射率绒面.通过研究氢氟酸/硝酸溶液中各向同性刻蚀时腐蚀坑的形成过程,发现随着刻蚀时间的增加,在掩膜图形的开孔下逐渐形成六方分布的球面形状的腐蚀坑,腐蚀坑的深径比(深度/开孔直径)出现先上升然后下降的趋势.同理论计算值对比发现,随着刻蚀时间增加,掩膜和硅片的附着紧密性及掩膜的阻挡效应降低,酸液可能渗入了掩膜和硅片的界面,横向刻蚀速度快速上升,降低了深径比,导致实际的反射率高于理论计算值.尽管如此,本文还是成功制备了孔径15微米的蜂巢状绒面,反射率达到了22.9;.     

复杂型腔陶瓷-钢热挤压组合凹模结构优化设计

采用有限元法对复杂型腔陶瓷-钢热挤压组合凹模进行了热力耦合分析,以不受拉应力为目标对其进行了结构优化.通过对温度场和应力场的分析,发现组合凹模内壁存在较大温度梯度,组合凹模所受最大拉应力集中于其工作腔内壁.对热挤压时陶瓷-钢组合凹模的入模角度和过盈量进行了优化,研究发现随着入模角度的增加组合凹模所受最大拉应力先降低后略有增加.当入模角度大于130°时,组合凹模所受最大拉应力达到最小值;随着过盈量的增加组合凹模所受最大拉应力先降低后略有增加,最佳过盈量为0.18mm.     

多晶硅炉氩气导流系统设计与数值模拟优化

在DSS法多晶硅生长中,为了降低氧碳含量,作者利用CGSim软件,分析了三种传统氩气导流系统的优缺点,以此为基础设计了一种中心和侧面双排气的新型导流系统,并对其进行了设计和数值模拟优化.模拟得出以下结论:多晶铸锭炉三种传统氩气导流系统中,石墨坩埚上部开大孔且有盖板时,有利于控制氧碳含量和固/液界面;新型多晶铸锭炉氩气导流系统中,中心氩气进口管伸入上盖板时,有利于降低多晶硅的氧碳含量;随着石墨坩埚上部开口高度h逐渐增大,中心出口氩气流速逐渐减小,侧面出口氩气流速增大,当h=20 mm时,有利于降低多晶硅的氧碳含量.研究结果为生长高质量的多晶硅提供了理论依据.     

焰熔法生长金红石单晶体生长室内温度分布的数值模拟

以氢气和氧气的燃烧为基础,研究了焰熔法生长金红石单晶体过程中生长室内的温度分布特征,分析了H2和O2流量对温度分布的影响.结果表明:中心轴向温度随喷嘴距离的增加而升高,在距喷嘴92 mm处达到最高温度3290.3 K后开始下降;晶体熔帽径向温度随直径的增加逐渐减小,熔帽边缘温度则急剧升高;随着H2流量增加,生长室内中心轴向和径向温度逐渐增大,H2流量增加2L/min,中心最高温度平均升高130℃,最高温度的位置向下移3.1mm,晶体熔帽表面温度平均升高70℃;增加内O2和外O2流量均导致生长室内中心轴向和径向温度降低,而使晶体熔帽上的压力升高,外O2对温度的影响较大,而内O2对晶体熔帽压力的影响较大.     

自支撑氮化硅膜结构制备工艺优化

自支撑氮化硅膜结构一般是基于微纳加工技术来制备的。为了提高膜结构的品质,本文分别对自支撑氮化硅膜结构制备中的干法刻蚀参数和各向异性湿法腐蚀参数进行了研究和优化,其中干法刻蚀参数主要包括反应气体配比和刻蚀时间,各向异性湿法腐蚀参数主要包括腐蚀剂浓度和腐蚀温度。在不同的参数组合下进行实验,使用光学显微镜观察并比较不同样品的表面形貌,得到了较理想的参数组合。在干法刻蚀的反应气体中加入少量O₂可改善刻蚀效果,反应气体配比V(SF₆)∶V(CHF₃)∶V(O₂)=6∶37∶3,刻蚀时间2 min。湿法腐蚀中腐蚀剂在质量分数25%处达到最大的硅腐蚀速率,同时氮化硅表面形貌也较理想。