Author Affiliations
Abstract
1 Ioffe Institute, Saint Petersburg 194021, Russia
2 Tomsk State University, Tomsk 634050, Russia
A commercial epi-ready () β-Ga2O3 wafer was investigated upon diamond sawing into pieces measuring 2.5 × 3 mm2. The defect structure and crystallinity in the cut samples has been studied by X-ray diffraction and a selective wet etching technique. The density of defects was estimated from the average value of etch pits calculated, including near-edge regions, and was obtained close to 109 cm?2. Blocks with lattice orientation deviated by angles of 1?3 arcmin, as well as non-stoichiometric fractions with a relative strain about (1.0?1.5) × 10?4 in the [] direction, were found. Crystal perfection was shown to decrease significantly towards the cutting lines of the samples. To reduce the number of structural defects and increase the crystal perfection of the samples via increasing defect motion mobility, the thermal annealing was employed. Polygonization and formation of a mosaic structure coupled with dislocation wall appearance upon 3 h of annealing at 1100 °C was observed. The fractions characterized by non-stoichiometry phases and the block deviation disappeared. The annealing for 11 h improved the homogeneity and perfection in the crystals. The average density of the etch pits dropped down significantly to 8 × 106 cm?2.
gallium oxide epi-ready substrate etch pits crystal defect mosaic structure crystal perfection Journal of Semiconductors
2023, 44(12): 122801
在摩尔定律的影响下，半导体制造的线宽尺寸逐步到达极限。当前28 nm及以下工艺制程中，多晶硅栅极刻蚀普遍采用双层联动的硬掩模刻蚀加多晶硅刻蚀的方法，可以实现关键尺寸的有效控制，但同时也增加了颗粒缺陷的发生率。针对多晶硅硬掩模刻蚀（Polysilicon Hard Mask Etch, P1HM-ET）过程中出现的棒状颗粒缺陷，分析了缺陷的来源和形成机理。通过精准调控刻蚀结束后静电卡盘（Electrostatic-Chuck, ESC）对晶圆的释放时间和自身电荷的释放时间来加强刻蚀腔体内颗粒的清除和减小晶背静电吸附作用。结果显示，当晶圆释放时间增加2 s，ESC电荷释放时间增加6 s后，减少了约80%的棒状颗粒缺陷。通过调控相关联的工艺参数来减少缺陷，可以有效减少消耗性零件的使用，从而降低生产成本。
28 nm工艺 多晶硅硬掩模刻蚀 棒状颗粒 28 nm process polysilicon hard mask etch stick particle
上海交通大学 电子信息与电气工程学院先进电子材料与器件平台,上海 200240
开发了一种和MEMS工艺兼容的基于硅微加工技术的简易硅微透镜阵列制造技术。利用光刻胶热熔法和等离子体刻蚀法相结合的方法,实现了在硅晶圆上制作不同尺寸的硅微透镜阵列的工艺过程。实验中,对透镜制作过程中的热熔工艺、刻蚀工艺进行了深入的研究。最终确定了最优的工艺参数,制备了孔径在20~90 μm、表面质量高的硅微透镜阵列。
硅微透镜阵列 光刻胶热熔法 电感耦合等离子体刻蚀 刻蚀缺陷 silicon microlens array photoresist hot melt method ICP-RIE etch defect
1 重庆大学 物理学院，重庆 400044
2 重庆京东方光电科技有限公司，重庆 400700
3 北京京东方显示技术有限公司，北京 100176
在薄膜晶体管（Thin film transistor，TFT）的栅极（Gate）刻蚀制程中，显示区（AA区）和引线区（Fanout区）因布线密度差异而存在刻蚀负载效应，两区域刻蚀程度差异大，刻蚀时间难以确定。抑制栅极刻蚀制程中的刻蚀负载效应，对品质确保具有积极意义。本文分析了湿法刻蚀微观过程，提出增加刻蚀液喷淋流量抑制刻蚀负载效应的方案。将增加喷淋流量的方案转化为调节3个刻蚀腔室（Etch1~Etch3）的刻蚀时间比例。在总刻蚀时间不变的前提下，进行3腔室不同时间比例的刻蚀验证，并对刻蚀结果进行聚类分析。最后，优选出抑制刻蚀负载效应的时间比例，并结合神经网络分析，对结果进行解析。实验结果表明，降低Etch3时间比例，增加Etch2时间比例，刻蚀负载效应可以被抑制。Etch1~Etch3的时间比例由33.33%∶33.33%∶33.33%调整为10%∶80%∶10%，AA区和fanout区刻蚀程度差异由0.575 μm下降为0.317 μm。通过调节3个刻蚀区间的时间比例，可以抑制刻蚀负载效应，缓解不同区域刻蚀程度差异，满足TFT量产需求。
栅极 湿法刻蚀 负载效应 聚类分析 神经网络 gate electrodes wet etch loading effect cluster analysis neural networks
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春30033
2 中国科学院大学，北京100049
内部联通蜂窝状结构在组织工程、细胞培养、流体扩散、材料热扩散和表面科学等领域都具有十分重要的应用。采用两步刻蚀的方法，即各向异性与各向同性刻蚀相结合的方法，通过控制刻蚀参数（气体流量、释放周期、刻蚀功率、内部压强、硅材料刻蚀温度）在接近10 mm2面积上得到数量在2.2×105~9.5×105内，不同间距的硅材料内部联通蜂窝结构。电感耦合等离子体（ICP）使用的Bosch刻蚀法用于各向异性硅蚀刻，通过在氟碳等离子体下表面沉积聚合物，可以降低侧壁刻蚀效率，使结构具有垂直侧壁的高展弦比。在不施加保护气等离子体的条件下，ICP可以作为气体各向同性刻蚀设备，基于ICP的各向同性刻蚀能力相对于各向异性刻蚀具有硅刻蚀率高、可控性好、刻蚀选择性高等优点。该方法可以实现对硅基材料上的内联通蜂窝结构制备，能够精确地控制蜂窝结构的间距，均一性良好，并且可以快速大面积制备，具有步骤简单、制备周期短等优点。
各向同性刻蚀 蜂窝结构 内部联通 刻蚀速率 isotropic etching honeycomb structure interconnect etch rate 光学 精密工程
2023, 31(15): 2227
1 上海工程技术大学化学化工学院，上海 201620
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所，安徽省光子器件与材料重点实验室，合肥 230031
3 先进激光技术安徽省实验室，合肥 230037
4 中国科学技术大学，合肥 230026
YAG晶体在光电子领域有着重要的应用，晶体生长的缺陷控制是需要解决的瓶颈问题。本工作研究了缩颈和无缩颈提拉法生长的YAG晶体的位错形貌及密度分布，通过对YAG晶体进行抛光、浓磷酸位错腐蚀和金相显微镜分析研究，发现YAG晶体的头部位错密度最大，等径处的位错密度最小，延伸至收尾处位错密度略升高，缩颈结束收细直径的地方位错密度显著降低；分析了不同晶向的YAG位错腐蚀坑形貌，由表面模型计算了YAG各晶面的表面能，结果表明：YAG晶体位错蚀坑相对稳定的外露面为(110)和(112)面。通过极射投影图进一步说明了(110)和(112)面的稳定性及其与晶面的位置关系是决定位错腐蚀坑形貌的重要原因。
钇铝石榴石 位错蚀坑 各向异性 表面能 极射投影 yttrium aluminium garnet dislocation etch pit anisortropy surface energy stereographic projection
1 南昌大学物理与材料学院，南昌 330031
2 中国科学院赣江创新研究院，江西 赣州 341001
3 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 201899
4 上海电力大学，上海 200090
CaF2晶体在光刻机中应用成为国内外研究的热点，而晶体中存在各种缺陷严重制约其实际性能。本文跟踪观察了CaF2晶体(111)晶面形成的腐蚀坑的形貌特征和空间延伸特性，并分析了各种腐蚀坑所对应的缺陷特性，是实现对晶体缺陷精确表征与控制的前提。研究表明：CaF2晶体(111)晶面的腐蚀坑具有三角锥形坑、锥形-平底坑、平底坑3 种类型。三角锥形坑与锥形-平底坑具有定向移动特性，这表明这类腐蚀坑所对应的缺陷与材料的位错相关，其中：三角锥形坑的坑尖又有3种不同的精细结构，因此所对应的位错至少有3种晶体学走向；而平底坑没有观测到具有空间延伸特性，是缺陷被完全腐蚀后留下的尸体残余，其所对应的缺陷可能是杂质、空位、小的位错环等。通过实时追踪腐蚀坑的演化过程，获得腐蚀坑形成过程的物理参数，建立蚀坑的运动学模型，这也为进一步研究晶体材料的腐蚀理论提供基础。
氟化钙晶体 (111)晶面 缺陷 位错 腐蚀坑 calcium fluoride crystal (111) surface defects dislocation etch pit
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 发光学及应用国家重点实验室, 长春 130033
2 中国科学院大学, 材料科学与光电工程中心, 北京 100049
本文在具有0.2°至1.0°斜切角的c面蓝宝石衬底上通过金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)生长了台阶聚束表面形貌AlN外延层, 并系统研究了高温退火过程中其表面形貌演化规律, 且基于第一性原理计算揭示了表面形貌演化背后的物理机制。研究发现, 随退火温度逐步升高, AlN外延层台阶边缘首先出现具有六方结构特征的热刻蚀凹坑, 随后在台面上形成边缘规则的多边形凹坑, 其主要原因是AlN表面台阶边缘处Al-N原子对脱附能量(10.72 eV)小于台面处Al-N原子对脱附能量(12.12 eV)。此外, 由于台阶宽度随斜切角增大而变窄, 台面处凹坑在扩张过程中易与台阶边缘处凹坑发生合并形成V形边缘, 斜切角越大台面上凹坑数量越少。本文阐明了不同斜切角蓝宝石衬底上生长的AlN在高温热退火过程中台阶聚束形貌演变机制, 为面内组分调制的AlGaN基高效深紫外LED提供基础。
氮化铝 表面形貌 高温热退火 台阶聚束 斜切衬底 热刻蚀 AlN surface morphology high-temperature anneal step bunching miscut substrate thermal etch
在（211）B碲锌镉衬底上，采用分子束外延生长制备了PPP型中长双色碲镉汞材料，通过台面孔刻蚀、侧壁钝化等工艺，实现中长双色640×512 红外焦平面探测器组件研制。中长双色碲镉汞材料测试结果表明，表面宏观缺陷（2~10 μm）密度统计分布约773 cm-2，同时对材料进行了XRD双晶衍射半峰宽（FWHM）测试和位错腐蚀坑（EPD）统计，XRD测试FWHM约31.9 arcsec，EPD统计值约为5×105cm-2；双色器件芯片台面刻蚀深度达到8 μm以上，深宽比达到1∶1以上，侧壁覆盖率达到72.5%。中长双色红外焦平面组件测试结果表明，中波波长响应范围为3.6~5.0 μm，长波波长响应范围为7.4~9.7 μm，中波向长波的串音为0.9 %，长波向中波的串音为3.1 %，中波平均峰值探测率达到3.31×1011 cm·Hz1/2/W，NETD为17.7 mK；长波平均峰值探测率达到6.52×1010 cm·Hz1/2/W，NETD为32.8 mK；中波有效像元率达到99.46%，长波有效像元率达到98.19 %，初步实现中长双色红外焦平面组件研制。
中长双色 碲镉汞 分子束外延 等离子体刻蚀 串音 MW/LW dual-band HgCdTe molecular beam epitaxy（MBE） plasma etch cross-talk
