感应耦合等离子体技术用于熔融石英表面凹凸光栅的刻蚀

感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术是一种新的干法刻蚀技术,具有刻蚀速率高和各向异性刻蚀等优点,并且能够独立控制等离子体密度和自偏置电压。然而,在利用这种技术进行刻蚀的过程中,经常会发生聚合物的沉积,从而阻碍了刻蚀过程的继续。我们报道了在熔融石英表面刻蚀光栅时不产生聚合物沉积的技术,给出了优化参数。所制作的熔融石英普通光栅和600线／mm的高密度光栅的表面很干净,没有聚合物沉积。光栅衍射效率的实际测量值和预期的理论值吻合得很好。最后还研究了ICP技术的刻蚀速度,刻蚀均匀性和过程可重复性等参数。     

深刻蚀高密度熔融石英光栅

深刻蚀高密度熔融石英光栅是一种新型高效的衍射光学元件,具有衍射效率高、成本低、抗损伤,能在高强度激光条件下工作等优点。给出了利用感应耦合等离子体(ICP)技术制作熔融石英深刻蚀光栅的详细过程,并在一定的优化条件下制作了一系列不同周期、开口比和深度的高质量深刻蚀石英光栅。实验得到的最大刻蚀深度为4μm,并且在600 l/mm的高密度条件下得到了刻蚀深度为1.9μm的高深宽比石英光栅。光栅侧壁陡直,表面平整,没有聚合物沉积。所制作的熔融石英光栅元件在高强激光环境、光谱仪、高效滤波器和波分复用系统等领域中有非常广泛的用途。     

InSb的电感耦合等离子体刻蚀技术研究

随着InSb红外焦平面探测器的发展,焦平面阵列规模越来越大,像元面积越来越小.湿法刻蚀因其各向同性的特点,导致像元钻蚀严重,越来越难满足大规格InSb焦平面器件的要求.研究了以Ar/CH4/H2作为刻蚀气体,利用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀大规格InSb晶片的初步研究结果,研究不同RF功率、腔体压力和Ar的含量对刻蚀速率、表面形貌的影响及InSb表面残留聚合物的去除方法.     

Cl2基气体感应耦合等离子体刻蚀GaN的工艺

采用Cl2/He对GaN基片进行感应耦合等离子体刻蚀,并比较了相同条件下使用Cl2/He,Cl2/Ar对GaN基片进行刻蚀的优劣.实验中通过改变ICP功率、直流自偏压、气体总流量和气体组分等方式,讨论了这些因素对刻蚀速率和刻蚀后表面粗糙度的影响.实验结果表明,用Cl2/He气体刻蚀GaN材料可以获得较高的刻蚀速率,最高可达420nm/min.同时刻蚀后GaN材料的表面形貌也较为平整,均方根粗糙度(RMS)可达1nm以下.SEM图像显示刻蚀后表面光洁,刻蚀端面陡直.最后比较了相同条件下使用Cl2/He,Cl2/Ar刻蚀GaN基片的刻蚀速率、表面形貌,以及制作n型电极后的比接触电阻.     

感应耦合等离子体干法刻蚀中光刻胶掩模的异常性

利用光刻胶作刻蚀掩模对半导体样品进行感应耦合等离子体干法刻蚀时发现光刻胶掩模在刻蚀后表面出现凸起和孔洞等异常现象,等离子体会透过部分孔洞对样品表面产生刻蚀损伤.利用探针式表面轮廓仪和激光共聚焦显微镜对这些异常现象进行了分析,认为是刻蚀时等离子体气氛中的紫外线对作为掩模的光刻胶进行了曝光作用而释放出一定量的氮气,从而在光刻胶内外形成了压强差而使光刻胶局部表面产生微凸起;当光刻胶的强度无法阻止内部氮气的膨胀时,则会发生类似爆炸的效果,在光刻胶表面形成孔洞状缺陷,导致掩模保护作用的失效.     

基于BCl3感应耦合等离子体的蓝宝石光滑表面刻蚀

利用Ar/BCl3、Cl2/BCl3和SF6/BCl3感应耦合等离子体(ICP),研究了蓝宝石(Al2O3)材料的干法刻蚀特性.实验表明,优化BCl3含量(80%),可以提高对Al2O3衬底的刻蚀速率;在BCl3刻蚀气体中加入20%的Ar气可以在高刻蚀速率下同时获得优于未刻蚀Al2O3衬底表面的光滑刻蚀表面和较好的刻蚀侧壁,原子力显微镜(AFM)分析得到最优刻蚀平整度为0.039 nm,俄歇电子能谱(AES)分析其归一化Al/O原子比为0.94.     

Cl2基气体感应耦合等离子体刻蚀GaN的工艺

采用Cl2/He对GaN基片进行感应耦合等离子体刻蚀,并比较了相同条件下使用Cl2/He,Cl2/Ar对GaN基片进行刻蚀的优劣.实验中通过改变ICP功率、直流自偏压、气体总流量和气体组分等方式,讨论了这些因素对刻蚀速率和刻蚀后表面粗糙度的影响.实验结果表明,用Cl2/He气体刻蚀GaN材料可以获得较高的刻蚀速率,最高可达420nm/min.同时刻蚀后GaN材料的表面形貌也较为平整,均方根粗糙度(RMS)可达1nm以下.SEM图像显示刻蚀后表面光洁,刻蚀端面陡直.最后比较了相同条件下使用Cl2/He,Cl2/Ar刻蚀GaN基片的刻蚀速率、表面形貌,以及制作n型电极后的比接触电阻.     

InSb阵列探测芯片的感应耦合等离子反应刻蚀研究

利用感应耦合等离子（ICP）反应刻蚀（RIE）进行了InSb阵列芯片台面刻蚀,并利用轮廓仪、SEM及XRD对台面形貌以及刻蚀损伤进行分析。采用优化的ICP刻蚀参数,实现的刻蚀速率为70~90 nm/min,刻蚀台阶垂直度~80°,刻蚀表面平整光滑、损伤低。与常规的湿法腐蚀相比,明显降低了侧向钻蚀。台面采用此反应刻蚀工艺,制备了具有理想I-V特性的320×256 InSb探测阵列芯片,在-500 mV到零偏压范围内,光敏元（面积23 μm×23 μm）的动态阻抗（Rd）大于100 MΩ。     

适用于阵列波导光栅制作的厚SiO_2陡直刻蚀技术

采用ICP- 98型高密度等离子体刻蚀机进行了厚Si O2 陡直刻蚀技术的研究,利用双层掩膜技术解决了“微掩膜现象”问题,刻蚀获得12 .4 μm的陡直Si O2 光波导剖面,并将这一刻蚀技术用于阵列波导光栅的制作中.     

适用于阵列波导光栅制作的厚SiO2陡直刻蚀技术

采用ICP-98型高密度等离子体刻蚀机进行了厚SiO2陡直刻蚀技术的研究,利用双层掩膜技术解决了"微掩膜现象"问题,刻蚀获得12.4μm的陡直SiO2光波导剖面,并将这一刻蚀技术用于阵列波导光栅的制作中.     

双层侧壁保护的Si深槽刻蚀技术

提出了一种先进的ICP Si深槽刻蚀工艺。在"Bosch"工艺的基础上加以改进,以SF6/O2作为刻蚀气体,C4F8作为侧壁钝化气体,通过在刻蚀过程中引入少量的O2,使得在刻蚀Si深槽过程中侧壁形成由氧离子辐照产生的SiO2薄膜和CFx聚合物淀积产生的双层保护层,强烈保护Si槽侧壁不被刻蚀,保证了良好的各向异性刻蚀。同时,通过优化刻蚀和钝化的时间周期,进一步提高了刻蚀后Si槽的陡直度和平滑的侧壁效果。采用这种工艺技术可制作出满足台面晶体管、高性能梳状沟槽基区晶体管需要的无损伤、平滑陡直的Si槽侧壁形貌。     

掺镁铌酸锂晶体的ICP刻蚀性能

掺镁铌酸锂晶体(Mg:LiNbO3)是一种相对难刻蚀的晶体,Mg:LiNbO3的干法刻蚀速率和刻蚀形貌控制是铌酸锂光电子器件加工中的关键技术之一。采用牛津仪器公司的Plasmalab System 100以SF6/Ar为刻蚀气体,具体研究Mg:LiNbO3的刻蚀速率随着感应耦合等离子体(ICP)功率、反应离子刻蚀(RIE)功率、气室压强和气体流量配比等刻蚀参数的变化,同时研究发现SF6/(Ar+SF6)气体流量配比还会影响刻蚀表面的粗糙度。实验结果表明:在ICP功率为1000W,RIE功率为150W,标准状态(0℃,1个标准大气压)下气体总流量为52mL/min,压强为0.532Pa,SF6/(Ar+SF6)气体体积分数为0.077的条件下,刻蚀速率可达到152nm/min,刻蚀表面粗糙度为1.37nm,可获得刻蚀深度为2.5μm,侧壁角度为74.8°的表面平整脊形Mg:LiNbO3结构。     

基于光栅侧面耦合的宽光带集光技术

利用光栅侧面耦合技术多为单波长或窄带光耦合,用于光纤激光器泵浦、光波导集成等领域,而用于可见光宽带耦合的研究很少。通过在波导上集成亚波长衍射光栅结构,可以引导太阳光在波导的侧面进行出光汇集,作为一种新型的太阳能集光器结构。利用时域有限差分算法软件(FDTD)对光栅结构进行仿真,以获得最大衍射效率的光栅结构参数,并对不同入射角度下的衍射耦合效率进行了分析。结果显示,在宽波段的光谱范围内,以上光栅结构均达到较好的衍射效率,其中闪耀光栅衍射效率最大,其衍射效率可达48.8%。这种利用亚波长衍射光栅结构的小型集光器有望应用在有关太阳能能量的收集应用中,例如照明、太阳能电池等。