[材料科学]第七章-其它化学合成方法3.ppt

2、光刻与刻蚀 光刻与刻蚀是一种图形复印和刻蚀相结合的精密表面加工技术 就是要按照器件设计的要求，在半导体薄膜上面，形成与掩模版完全对应的几何图形，以实现选择性刻蚀以获得相应结构的目的 光刻工艺大致包括涂胶（匀胶或甩胶），前烘，曝光，显影，坚膜等工序。 光刻与刻蚀 硅晶片的光刻与刻蚀工艺流程示意图 1、光刻的具体工艺 甩胶工序是在晶片表面形成适当厚度的均匀的光刻胶 前烘则使光刻胶中的水分蒸干 曝光则是让紫外光透过模板使光刻胶的化学性质发生改变，使相应部分能够被显影液溶解 显影则是要将曝光过后的胶用显影液处理过，让该去掉的地方被溶解掉。 坚膜工艺是要使光刻胶在较高的温度下变得坚固紧密，在后面的腐蚀工艺中能够相当地牢靠 2、刻蚀 刻蚀包括化学腐蚀和干法刻蚀 化学腐蚀 化学腐蚀液通过化学反应腐蚀掉需要去掉的部分 不需要被腐蚀的地方有光刻胶或介质掩模保护 简单易行，缺点是腐蚀控制不精确，有侧蚀问题 干法刻蚀 反应气体在等离子体条件下形成活化原子，在电场作用下定向运动与半导体材料进行化学反应，反应生成物为气体被排出，达到定向刻蚀的目的 通常有RIE（反应离子刻蚀），RIBE（反应离子束刻蚀），ICP（感应耦合型等离子体）等方法 干法刻蚀一般需要用光刻胶或SiO2等介质膜作为掩模 干法刻蚀的突出优点是没有侧蚀问题，而且腐蚀深度可以精确控制 3、溅射成膜和离子镀 薄膜是在基片上形成厚度从单原子层到约5?m的物质层。 　溅射：氩气电离后作为溅射气体的离子源，通过阴极上方的强电场被加速，在轰击靶阴极时，靶原子溅射到空间的现象。利用溅射形成薄膜的方法称为射法。 溅射机制：分热蒸发机制和动量转移机制 热蒸发机制：荷能离子的轰击导致靶表面局部产生高温，从而使靶物质的原子蒸发。机制存在缺陷：不能解许多的实验现象：如溅射粒子的角度分布与余弦规则的偏离，溅射率与入射离子的质量有关，溅射率随入射角而变化。 动量转移机制： 入射离子通过碰撞过程与靶原子间产生动量的传递。 溅射方法：直流溅射、射频溅射、磁控溅射和反应溅射 直流溅射 　用平板型装置，在真空内以欲镀材料为阴极，基板放在阳极上。预抽至高真空后，充入10Pa的工作气体，施加直流电压，产生异常辉光放电。放电气体离子受阴极暗区电位降加速轰击靶表面，溅射粒子沉积在基片表面形成薄膜。 直流溅射法的缺点： 溅射过程产生的二次电子经电场加速碰撞薄膜的表面从而损伤膜面。也造成基体表面升温，需对基体冷却。仅限于使用金属靶或电阻率在10　　　以下的非金属靶。制成的薄膜中含有较多的气体分子，薄膜的生长速度太慢。 溅射制膜的应用：可用于单质膜、合金化合物膜；多晶膜、单晶膜或非晶膜。 　离子镀 离子镀以蒸发源为阳极，在压力的氩气中向基板施加很高的负电压，发生辉光放电。电离后的蒸发原子被静电加速射到基板上，形成优异的薄膜。从利用低温等离子体的离子、激发粒子成膜的特点来看，这方法优于普通的真空气相沉积法。 4、等离子体化学气相沉积（PCVD） 　在低温等离子体中，使原料气体感应而发生等离子体化学反应，在基板上析出固相反应生成物薄膜。 （1）PCVD技术的基本特性 化学气相沉积CVD反应式： 根据激活反应体系采用的能量不同，分成热CVD、PCVD、光CVD和激光CVD等。 A(g)+B(g)=C(s)+D(g) PVCD技术 通过反应气体放电来制备薄膜的，从根本上改变了反应体系的能量供给方式，有效地利用非平衡等离子体的反应特性。 气压为10-1－102Pa，电子温度比气体温度高1－2个数量级，这种非平衡状态适合于薄膜技术。气体温度低（几百K），薄膜沉积过程所需的分解、电离等反应似乎不会发生，但电子温度高达104K，有足够的能量通过碰撞过程使气体分子激发，分解、电离，结果产生大量反应活性物种而整个体系仍保持较低的温度。 PCVD可实现工艺过程的低温化。 PCVD薄膜形成过程见图 PCVD技术的应用 适用于所有材料领域，主要是电子、光学、能源、机械材料所需的无机或高分子材料的薄膜制备和表面改性，有独特的潜力，已广泛应用。 非晶态膜的制备，非晶态硅、非晶态锗、非晶态碳膜　 半导体薄膜：GaN、 AlN、 GaAs 、SnO2、 TiO2 机加工领域：表面硬化或美观用的涂层，提高零部件的使用寿命。 金属表面改性 在金属材料加工完成后，对其表面进行等离子体碳化、氮化，以提高材料表面硬度、耐磨及耐蚀性。 电感偶合式等离子体氮化 高聚物的表面改性 ??? 等离子体法可改善高聚物的亲水-疏水性、黏结性、耐热耐蚀性和抗辐射等表面特性，赋予其特殊的光—电性和生物适应性等。改性层极薄，一般为单分子膜，不会影响材料的固有性能；为低温(300℃以下)气相法干处理，适用面广、操作方便、无污染。如用氧等离子体处理，高聚物表面可生成含氧基团，改善其润湿