等离子体刻蚀必不可少
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
[2] J.Tersoff Less Is More [J]: Nature, 2001, 412,;135,136
参考文献 [3]Burger R M, Glaze J A,Seidel T. Solid State Technology, 1995,38(2): 42-46
在低温（约4℃以下）高流量条件下，离子主 要是“打孔”，这个过程可以解释为离子与待加 工材料表面的物理作用，即高能离子与材料表面 原子发生撞击，并把这些原子“敲”出来。 在温度稍高（约5℃至室温）较低流量条件下 ，离子主要是“补孔”。
补孔的原理还不十分清楚，大致是这样的：有 些原子被离子“敲”松了之后，会沿着表面扩散， 并被类似毛细作用的力引到洞口附近，使洞口缩 小。 适当控制反应条件，就既可以打出稍大的孔， 也可以把大孔补成很小的孔。 利用离子束雕刻技术，可以制造纳米孔，从而 促进其它学科的研究，如分子生物学；也可以制 造纳米缝，其原理与制造纳米孔类似；还将有可 能用于制造纳米量级的半导体器件，从而大幅度 提高计算机的性能。
人们发现注入硅片的氢的附近出现空腔层。 F.Paszti等发现氦注入硅出现薄层剥落现象。 人们得到一个道理：当注入硅片内的氢离 子或氦离子达到一定量的时候，可在硅内形成 一个气泡层，气泡内的压强随着温度的升高而 增加，在一定温度下，气体压强对上层硅膜产 生的压力有可能使上层硅膜与基底在射程处分 开。 （见图 5）
微纳米技术中离子的神奇作用
孙洁 PB01018001 于盎宁 PB01018005
中科大外语系 合肥 230026
本文介绍了离子束雕刻技术，等离子体刻 蚀和智能剥离SOI技术中离子的神奇作用。
离子束雕刻 基本内容 等离子体刻蚀 智能剥离SOI
Title: The Wonderful Functions of Ions in Micro-Nano Techniques Authors: Yu Angning Sun Jie
等离子体刻蚀 从1947年第一支晶体管的发明，到今日以集 成电路为基础，以计算机为代表的信息电子产业 已成为世界上最大的产业。按照高技术发展规律 ，超大规模集成电路的特征尺寸将越来越小，而 集成度越来越高。它的发展速度历史上无与伦比 。这与采用光刻和等离子体刻蚀技术的发展密切 相关。 在等离子体刻蚀过程中 [3][4] ，等离子体 主要有以下三点作用。
基于此理，Ｍ.Bruel等提出了智能剥离技
术。
智能剥离技术的原理
如 图5 所示，主要有三个步骤：
1）离子注入。在特定条件下，以一定能量向 硅片A注入一定剂量的氢离子或氦离子，用以在硅 表层下产生一个气泡层。 2）键合。将硅片A与另一硅片B严格清洁，于 室温下键合。B表面的二氧化硅充当未来SOI结构 中的绝缘层，而整个B将成为SOI结构中的支撑片。
3）两步热处理。第一步热处理中，注入后的 A将从氢离子气泡层分开，上层硅膜与B键合在一 起，形成SOI结构，下层可循环作下一步B使用。 再将所得SOI片进行高温处理，以加强键合强度。
智能剥离具有以下优点：
1）注入剂量小。
2）退火温度低。
3）在工艺上更易实现。
4）由智能剥离技术制得的SOI材料质量更高。
如
一、产生反应性很高的活化自由基。 CF4 → CF3— + F— CCl4 → CCl3— + Cl—
二、提高刻蚀速率。例如在Ar等离子体 中放入Cl，由于等离子体与Cl的协同作用，硅 的刻蚀速率在量级上既远大于单独的刻蚀气， 又远大于单独的等离子体。 三、产生各向异性刻蚀，且按直线进行。
设待刻材料如图1所示。湿化学刻蚀，即湿法 刻蚀通常是各向同性的（图2）。其水平方向与竖 直方向上的刻蚀率是相同的。
Abstract: This paper reviews the wonderful functions of ions in the ion-beam sculpting, the plasma etching and the smartcut SOI techniques. Key words: ion-beam sculpting plasma etching smart cut SOI
离子束雕刻(ion-beam sculpting) [1][2]
离子束雕刻技术是一种利用能量为KeV量级的
离子束在常温下对材料表面（约5nm深）进行微细 加工的技术。与传统的技术相比，离子束雕刻技
术可加工的材料更广泛，可达到的尺度更微小。
在离子束雕刻技术中，离子的作用是既可以 “打孔”，也可以“补孔”， 具体起源自文库种作用要 视环境条件而定。
图
4
智能剥离SOI技术 [5] SOI（Silicon-on-Insulator，即在体硅上生 长单晶硅膜）技术可以解决体硅集成电路由于粒 子辐照和高温等因素而失效的问题。 智能剥离技术是众多SOI技术之一。它的智能 表现在其剥离方式的巧妙：它向硅片内注入氢离 子或氦离子，控制工艺条件，在所需深度产生汽 泡层，加热使之膨胀，致使上层硅膜与基体分离 。它的智能还表现在可以先根据所需上层硅膜的 厚度用计算机程序设计好注入离子的能量，通过 调整离子的注入能量，可方便地得到相应的不同 厚度的上层硅膜。
图
1
图
2
在掩膜下面的薄膜中产生的切槽宽度a等于 薄膜厚度b，直到刻蚀达到薄膜与衬底的交界处。 若继续刻蚀，对侧面的腐蚀也将继续，薄膜边剖 面将几乎成竖直的（图3）。
图
3
若用湿化学法刻蚀1μm厚的薄膜，顶部的 刻蚀宽度至少为3μm。 等离子体刻蚀只有与离子轰击方向垂直的 平面薄膜被刻蚀，而与离子运动方向平行的边 壁上的物质免遭腐蚀。可见等离子体刻蚀是按 直线进行的各向异性刻刻蚀（图4）。为了精密 控制电路元件的尺寸，等离子体刻蚀必不可少。
由此可见，智能剥离技术无疑将成为SOI制备技 术中有竞争力的新工艺，有力地促进SOI技术的 进一步发展。
参考文献
[1] Jiali Li, Derek stein, Ciaran McMullan, et al. Ion-beam Sculpting at Nanometer Length Scales [J]: Nature, 2001,412; 166, 169
参考文献 [3]Burger R M, Glaze J A,Seidel T. Solid State Technology, 1995,38(2): 42-46
在低温（约4℃以下）高流量条件下，离子主 要是“打孔”，这个过程可以解释为离子与待加 工材料表面的物理作用，即高能离子与材料表面 原子发生撞击，并把这些原子“敲”出来。 在温度稍高（约5℃至室温）较低流量条件下 ，离子主要是“补孔”。
补孔的原理还不十分清楚，大致是这样的：有 些原子被离子“敲”松了之后，会沿着表面扩散， 并被类似毛细作用的力引到洞口附近，使洞口缩 小。 适当控制反应条件，就既可以打出稍大的孔， 也可以把大孔补成很小的孔。 利用离子束雕刻技术，可以制造纳米孔，从而 促进其它学科的研究，如分子生物学；也可以制 造纳米缝，其原理与制造纳米孔类似；还将有可 能用于制造纳米量级的半导体器件，从而大幅度 提高计算机的性能。
人们发现注入硅片的氢的附近出现空腔层。 F.Paszti等发现氦注入硅出现薄层剥落现象。 人们得到一个道理：当注入硅片内的氢离 子或氦离子达到一定量的时候，可在硅内形成 一个气泡层，气泡内的压强随着温度的升高而 增加，在一定温度下，气体压强对上层硅膜产 生的压力有可能使上层硅膜与基底在射程处分 开。 （见图 5）
微纳米技术中离子的神奇作用
孙洁 PB01018001 于盎宁 PB01018005
中科大外语系 合肥 230026
本文介绍了离子束雕刻技术，等离子体刻 蚀和智能剥离SOI技术中离子的神奇作用。
离子束雕刻 基本内容 等离子体刻蚀 智能剥离SOI
Title: The Wonderful Functions of Ions in Micro-Nano Techniques Authors: Yu Angning Sun Jie
等离子体刻蚀 从1947年第一支晶体管的发明，到今日以集 成电路为基础，以计算机为代表的信息电子产业 已成为世界上最大的产业。按照高技术发展规律 ，超大规模集成电路的特征尺寸将越来越小，而 集成度越来越高。它的发展速度历史上无与伦比 。这与采用光刻和等离子体刻蚀技术的发展密切 相关。 在等离子体刻蚀过程中 [3][4] ，等离子体 主要有以下三点作用。
基于此理，Ｍ.Bruel等提出了智能剥离技
术。
智能剥离技术的原理
如 图5 所示，主要有三个步骤：
1）离子注入。在特定条件下，以一定能量向 硅片A注入一定剂量的氢离子或氦离子，用以在硅 表层下产生一个气泡层。 2）键合。将硅片A与另一硅片B严格清洁，于 室温下键合。B表面的二氧化硅充当未来SOI结构 中的绝缘层，而整个B将成为SOI结构中的支撑片。
3）两步热处理。第一步热处理中，注入后的 A将从氢离子气泡层分开，上层硅膜与B键合在一 起，形成SOI结构，下层可循环作下一步B使用。 再将所得SOI片进行高温处理，以加强键合强度。
智能剥离具有以下优点：
1）注入剂量小。
2）退火温度低。
3）在工艺上更易实现。
4）由智能剥离技术制得的SOI材料质量更高。
如
一、产生反应性很高的活化自由基。 CF4 → CF3— + F— CCl4 → CCl3— + Cl—
二、提高刻蚀速率。例如在Ar等离子体 中放入Cl，由于等离子体与Cl的协同作用，硅 的刻蚀速率在量级上既远大于单独的刻蚀气， 又远大于单独的等离子体。 三、产生各向异性刻蚀，且按直线进行。
设待刻材料如图1所示。湿化学刻蚀，即湿法 刻蚀通常是各向同性的（图2）。其水平方向与竖 直方向上的刻蚀率是相同的。
Abstract: This paper reviews the wonderful functions of ions in the ion-beam sculpting, the plasma etching and the smartcut SOI techniques. Key words: ion-beam sculpting plasma etching smart cut SOI
离子束雕刻(ion-beam sculpting) [1][2]
离子束雕刻技术是一种利用能量为KeV量级的
离子束在常温下对材料表面（约5nm深）进行微细 加工的技术。与传统的技术相比，离子束雕刻技
术可加工的材料更广泛，可达到的尺度更微小。
在离子束雕刻技术中，离子的作用是既可以 “打孔”，也可以“补孔”， 具体起源自文库种作用要 视环境条件而定。
图
4
智能剥离SOI技术 [5] SOI（Silicon-on-Insulator，即在体硅上生 长单晶硅膜）技术可以解决体硅集成电路由于粒 子辐照和高温等因素而失效的问题。 智能剥离技术是众多SOI技术之一。它的智能 表现在其剥离方式的巧妙：它向硅片内注入氢离 子或氦离子，控制工艺条件，在所需深度产生汽 泡层，加热使之膨胀，致使上层硅膜与基体分离 。它的智能还表现在可以先根据所需上层硅膜的 厚度用计算机程序设计好注入离子的能量，通过 调整离子的注入能量，可方便地得到相应的不同 厚度的上层硅膜。
图
1
图
2
在掩膜下面的薄膜中产生的切槽宽度a等于 薄膜厚度b，直到刻蚀达到薄膜与衬底的交界处。 若继续刻蚀，对侧面的腐蚀也将继续，薄膜边剖 面将几乎成竖直的（图3）。
图
3
若用湿化学法刻蚀1μm厚的薄膜，顶部的 刻蚀宽度至少为3μm。 等离子体刻蚀只有与离子轰击方向垂直的 平面薄膜被刻蚀，而与离子运动方向平行的边 壁上的物质免遭腐蚀。可见等离子体刻蚀是按 直线进行的各向异性刻刻蚀（图4）。为了精密 控制电路元件的尺寸，等离子体刻蚀必不可少。
由此可见，智能剥离技术无疑将成为SOI制备技 术中有竞争力的新工艺，有力地促进SOI技术的 进一步发展。
参考文献
[1] Jiali Li, Derek stein, Ciaran McMullan, et al. Ion-beam Sculpting at Nanometer Length Scales [J]: Nature, 2001,412; 166, 169