电子束光刻:根据应用,将电子束光刻胶 (950K PMMA A4,MicroChem) 旋涂至 270 nm-330 nm 的厚度。接下来,在顶部热蒸发 20 nm Au 的导电层,以避免光刻过程中电荷积聚。为了进一步减轻充电效应,我们使用了相对较低的束电流 (0.3 nA)、多通道曝光 (GenISys BEAMER) 和减少电子束在一个区域持续停留时间的写入顺序。光刻胶的总曝光剂量为 1200 uC/cm2,电压为 100 kV (Raith EBPG5000 plus)。曝光后,我们用 TFA 金蚀刻剂 (Transene) 去除导电层,并在 7 C 的冷板上将光刻胶置于 1:3 MIBK:IPA 溶液中显影 90 秒,然后用 IPA 封堵 60 秒,再用 DI 水冲洗。原子层沉积:在进行 ALD 之前,我们在 ICP RIE 工具 (PlasmaTherm Apex) 中使用 10 sccm O2 和 50 W ICP 功率进行三秒等离子曝光,以去除残留聚合物。使用此配方,PMMA 蚀刻速率约为 2.5 nm/s。对于 TiO 2 沉积,我们使用商用热 ALD 室 (Veeco/Cambridge Savannah ALD)。使用四(二甲酰胺)钛 (TDMAT) 和水在 90 C 下沉积非晶态 TiO 2,交替脉冲分别为 0.08 秒和 0.10 秒。沉积期间连续流动 100 sccm N 2,前体脉冲之间的等待时间为 8 秒。沉积速率通常为 0.6 A/循环。 ICP 蚀刻程序:我们通过氯基 ICP RIE 蚀刻(PlasmaTherm Apex)去除过填充的 TiO 2,基板偏压为 150 W,ICP 功率为 400 W,Cl 2 为 12 sccm,BCl 为 8 sccm。蚀刻速率通常为 1.5-1.7 nm/s。SEM 成像:在 5 nm Cr 导电层热沉积后,使用 Carl Zeiss Merlin FE-SEM 对纳米光子结构进行成像。FDTD 模拟:使用 Lumerical 有限差分时域软件模拟环形谐振器、光子晶体腔和光栅耦合器。透射光谱:我们使用自制的共焦显微镜装置,该装置具有独立的收集和激发通道,以进行透射光谱。脉冲超连续源 (430-2400 nm,SC-OEM YSL Photonics) 和光谱仪 (1200 g/mm,Princeton Instruments) 用于宽带测量。为了对单个腔体谐振进行高分辨率扫描,我们使用 50 kHz 线宽、可调 CW 激光器 (MSquared) 进行激发,并使用雪崩光电二极管 (Excelitas) 进行检测。金刚石膜:通过离子轰击 34 生成 500 nm 厚的金刚石膜,并在阿贡国家实验室通过化学气相沉积进行覆盖。在对离子损伤层进行电化学蚀刻后,去除悬浮膜并用 PDMS 印章翻转。然后使用 ~500 nm 的 HSQ 抗蚀剂将它们粘附到 Si 载体上,并在氩气中以 420 C 的温度退火 8 小时。最后,使用 ICP 蚀刻法将膜蚀刻至所需厚度,蚀刻气体为 25 sccm Ar、40 sccm Cl2、400 W ICP 功率和 250 W 偏压功率。蚀刻速率通常为 1.2-1.4nm/s。
关键词:离子注入、SiC、封盖、碳、退火。摘要本研究报告了一项广泛的研究,研究了离子注入 SiC 材料高温退火过程中使用的封盖材料对表面粗糙度和质量、掺杂剂分布和扩散以及晶体缺陷的影响。本研究调查了化学气相沉积 (CVD)、物理气相沉积 (PVD) 和热解光刻胶 (PR) 碳封盖材料。CVD 碳层(也称为高级图案化膜 (APF®))是使用 Applied Producer® 沉积的。引言 在加工碳化硅 (SiC) 晶片以制造功率 MOSFET 和二极管 [1] 等微电子器件的过程中,离子注入后在衬底晶片顶部沉积一层保护层,以防止 Si 升华和台阶聚束形成以及其他表面缺陷的出现 [2, 3, 4],从而保持表面质量,这些缺陷发生在激活 SiC 中掺杂剂所需的高温退火步骤中 [5]。这项工作研究了在这种高温退火过程中使用的保护性覆盖材料对表面和块体材料质量的影响。实验细节 在高温 (500 ˚C) 下用铝离子注入样品,铝离子以 180 keV 和 2.5E15 离子/cm2 的剂量加速,以便在约 0.2 微米深度处实现约 2E20 离子/cm3 的峰值浓度。然后用不同的碳基材料覆盖样品,然后在 1800˚C 下退火 30 分钟。然后用 O2 灰分去除保护盖,随后进行清洁和擦洗,然后进行原子力显微镜 (AFM)、在 SICA 工具上实现的表面和体光致发光 (PL) 以及二次离子质谱 (SIMS)。结果我们报告了模拟和 SIMS 显示的铝注入后轮廓之间的出色一致性
薄膜沉积、微米级图案化以及制造低应力薄膜的能力相结合,构成了表面微机械结构,其特征具有柔顺性,并且彼此或与基板紧密贴合。如果一个柔顺特征与相邻特征或基板接触,则表面之间可能会发生永久粘附。这可能发生在两个不同的时间。首先,当结构在牺牲释放蚀刻后干燥时,相邻表面毛细管状空间中截留的液体弯月面减少产生的表面张力可以将特征拉向彼此或基板 1, 2。强粘附力(在微力学中称为粘滞力)可能导致设备永久粘附,从而导致设备干燥后产量低得令人无法接受。表面也可能相互接触并在稍后的时间(例如在设备运行期间)保持粘连,从而导致可靠性故障。这两种故障中的后者可能成本更高。已经提出了各种机制来解释粘连的原因 1-6 。据报道,从冲洗液中沉淀出来的固体杂质会粘附两个表面,这是原因 1, 2 。结果表明,疏水设备之间的粘连的主要方式是通过范德华力,而范德华力和氢键都是造成亲水表面粘连的原因 3 。其他研究表明,多晶硅表面的吸附水是造成粘连的原因 4, 5 。静电吸引力也被认为是造成粘滞的原因 6 。有关粘滞力的综述,请参阅参考文献 2 和 3。已经做了大量工作来解决表面微机械结构中的粘滞故障 7-25 。除了保持无杂质的释放和冲洗工艺外,还应用了许多技术来提高产量和长期可靠性。冷冻升华是一种常用的提高产量的技术 7-11 。使用这种方法,将设备浸入溶剂(或溶剂混合物)中,然后冷冻。通过升华固化的溶剂(或溶剂混合物),可以避免液-气界面。Guckel 等人首次使用 MeOH 和 H 2 O 混合物进行冷冻升华来干燥微机械部件。7 。环己烷 8、9、叔丁醇 10 和对二氯苯 11 等溶剂也已升华以干燥设备。其他提高产量的技术包括使用光刻胶 12 或二乙烯基苯 13
