采用干法刻蝕和濕法腐蝕工藝刻蝕單晶〈002〉晶向AlN薄膜。干法刻蝕中采用電感耦合等離子體（ICP）設(shè)備在不同功率和腔壓等工藝參數(shù)以及不同氣體體積流量下刻蝕單晶〈002〉晶向AlN薄膜,通過比較幾種刻蝕結(jié)果得出在ICP射頻（RF）功率為100 W、ICP線圈功率為500 W、偏置電壓為-400～-100 V、腔內(nèi)壓強為4 mTorr（1 Torr=133 Pa）以及BCl3、Cl2和Ar的體積流量分別為50、70和30 cm3/min的工藝參數(shù)下刻蝕單晶〈002〉晶向AlN薄膜,得到刻蝕速率均勻及側(cè)壁垂直度較好的刻蝕形貌,采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡（FESEM）測試刻蝕后AlN薄膜的平均表面粗糙度（≤20 nm）良好。濕法腐蝕中采用質(zhì)量分數(shù)為10%的KOH溶液在不同溫度下腐蝕AlN薄膜,得出刻蝕速率隨著溫度的升高而增加,腐蝕速率均勻性一般,平均表面粗糙度（<150 nm）也較差。通過比較兩種工藝得出干法刻蝕更適合AlN薄膜的圖案化。 

【文章來源】：微納電子技術(shù). 2020,57(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

AlN薄膜和金屬Mo的X射線衍射角

圖2(a）為AlN薄膜刻蝕速率與ICP線圈功率以及腔壓的關(guān)系（圖中1 Torr=133 Pa）。研究過程中，固定刻蝕氣體配比（Cl2、BCl3和Ar的體積流量分別為14、10和6 cm3/min）、溫度（10℃）以及偏置電壓（-250 V）�？涛g過程中ICP線圈的功率變化會影響等離子體密度，增加功率可提高反應(yīng)物氣體的輸入和刻蝕生成物的脫附速率，并有助于移除刻蝕過程中不易揮發(fā)的殘留物[5-8]。因此，增加ICP線圈功率可以增加AlN薄膜表面化學反應(yīng)速率，從而達到增加刻蝕速率的目的。同時，ICP線圈功率設(shè)置相同的情況下增大腔壓可增加刻蝕速率。但是，當ICP線圈的功率過高時，刻蝕速率會下降，原因在于反應(yīng)氣體的輸入和刻蝕生成物的脫附移除的平衡狀態(tài)被打破，等離子體濃度過高，揮發(fā)性刻蝕生成物不能及時有效地移除，從而導致刻蝕速率的降低。圖2(b）為AlN薄膜刻蝕速率與偏置電壓以及腔壓的關(guān)系�？涛g過程中，固定刻蝕氣體的配比（Cl2、BCl3和Ar的體積流量分別為14、10和6 cm3/min）、溫度（10℃）以及ICP線圈功率（600 W）。研究發(fā)現(xiàn)在腔壓設(shè)置為4 mTorr的參數(shù)條件下，隨著偏置電壓的增大，AlN薄膜的刻蝕速率從20 nm/min增加到230 nm/min。同時，對比組在其他參數(shù)保持一致而腔壓設(shè)置為5 mTorr的條件下，發(fā)現(xiàn)薄膜刻蝕速率會隨著腔壓的提高而增大。原因在于兩點：一是偏壓控制著等離子體的能量，等離子體的能量隨著偏壓的增大而增大，從而增加刻蝕速率；二是腔壓控制著等離子體的密度，等離子體密度會伴隨腔壓的升高而增大，因而導致AlN薄膜表面的化學反應(yīng)速率變快，實現(xiàn)刻蝕速率的增加[6-8]。然而，過大的偏壓和腔壓會導致化學反應(yīng)和刻蝕生成物移除的平衡狀態(tài)被打破，從而導致刻蝕速率趨于平穩(wěn)而不受偏壓的影響。

圖4顯示了〈002〉晶向AlN薄膜在Cl2、BCl3和Ar的體積流量分別為70、50和30 cm3/min時刻蝕后的側(cè)壁SEM圖。從圖中可見，在固化穩(wěn)定的干法刻蝕條件下，AlN薄膜具有陡直度良好的側(cè)壁形貌。圖5顯示了單晶〈002〉晶向AlN薄膜在質(zhì)量分數(shù)為10%的KOH溶液中腐蝕所得表面及側(cè)壁形貌，濕法腐蝕AlN薄膜所得表面形貌和側(cè)壁形貌平均表面粗糙度較差，腐蝕過程中各向異性較差，干法刻蝕和濕法腐蝕皆采用氧化硅作為掩膜層。可見，在對單晶AlN薄膜表面和側(cè)壁刻蝕形貌的平均表面粗糙度要求較高的前提下，宜選用干法刻蝕工藝刻蝕AlN薄膜。圖5 AlN薄膜在質(zhì)量分數(shù)10%的KOH溶液中腐蝕后的SEM圖


本文編號：3519954