《炬丰科技-半导体工艺》GaN在碱性 S2O82-溶液中的光刻机理

本文详细探讨了n型氮化镓在碱性过氧二硫酸盐S2O82-溶液中的光刻机理,研究了电化学过程如何影响蚀刻速率和表面形态。实验表明,通过控制光强、离子浓度和表面比例,可以实现氮化镓表面的精细图案化和抛光。

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书籍:《炬丰科技-半导体工艺》

文章:GaN在碱性 S2O82-溶液中的光刻机理

编号:JFKJ-21-819

作者:炬丰科技

摘要

本文利用n型氮化镓在碱性过氧二硫酸盐S2O2−8溶液中的电化学研究,解释了开路条件下半导体的光刻机理。观察到的铂直接接触半导体或电接触的光蚀刻速率的增强主要是光光效应。阐明了决定蚀刻动力学和表面形态的因素。

介绍

单晶氮化镓和三元第三族氮化物引起了科学界的极大兴趣,它们优越的化学和物理性能在高性能光电和电子器件中得到了应用。蚀刻是器件制造中必不可少的步骤。可以使用干蚀刻技术;这些包括反应离子刻蚀RIE、电子回旋RIE、电感耦合等离子体RIE、磁控管RIE和化学辅助离子束刻蚀。然而,这些技术涉及复杂和昂贵的设备。此外,干法蚀刻可能导致损坏的表面和体电子状态,这对光电子器件的性能有害。湿化学蚀刻提供了一种简单而有吸引力的替代方法, 避免了表面损坏的问题。

本文用S2O2-8碱性溶液中n型氮化镓的电化学研究结果作为考虑半导体光刻的基础。使用了三种方法:I)光阳极蚀刻,其中半导体的电位由电压源稳压器固定,ii)光电流蚀刻,其中半导体在没有电压源的情况下短路到反电极,以及iii)无反电极的无电光刻。在另一篇论文中,我们描述了显示缺陷和图案蚀刻或抛光的最佳S2O 2-8/KOH比率的结果。还考虑了S2O2-8/KOH溶液中缺陷选择性蚀刻的可靠性。

实验

电化学测量在三电极电池中进行,以铂反电极和饱和甘汞电极作为参考。给出了常设专家委员会的潜力。用PSLite控制的恒电

<think>嗯,用户问的是半导体光刻工艺中tri-layer结构里的APF指什么薄膜。这个问题需要结合光刻工艺的先进制程技术来解释。 用户可能正在研究半导体制造中的多层光刻胶技术,特别是针对高分辨率图案化的需求。tri-layer结构是现代光刻中克服高深宽比难题的关键技术,而APF作为其中的核心层,其材料特性直接影响成像质量。 从技术文档来看,APF通常指含硅的抗反射涂层。在tri-layer体系中: - 顶层是光敏性化学放大光刻胶(CAR),负责形成初始图案 - 中间层APF的关键特性包括: 1. 高硅含量(10-40%),提供后续刻蚀的选择比 2. 精确调控的折射率(n≈1.7)和消光系数(k≈0.06) 3. 热稳定性(耐受>150℃烘烤) - 底层是碳基平坦化层,用于填平晶圆表面拓扑结构 特别要注意APF的双重功能:既是抗反射层减少驻波效应,又是硬掩模层。在193nm浸没式光刻中,APF的厚度通常控制在30-100nm范围,具体取决于下层结构的深宽比。当用户进行高数值孔径(NA)曝光时,APF的优化更为关键。 用户可能后续会关心材料选择问题,比如有机硅聚合物和无机硅化合物的区别。有机硅APF(如聚硅氧烷)具有更好的旋涂均匀性,而无机APF(如SiON)则提供更高的刻蚀选择比。当前5nm以下制程更倾向采用混合型硅碳氮化物。</think>在半导体光刻工艺的**tri-layer(三层)结构**中,**APF** 指的是 **Advanced Patterning Film(先进图形化薄膜)**,它是一种**含硅的硬掩模材料**。以下是详细解析: --- ### **Tri-Layer结构组成及APF的作用** 1. **顶层(光刻胶层)** - 光敏性材料,通过曝光显影形成目标图案。 - 分辨率高但机械强度低,无法直接用于刻蚀底层。 2. **中间层(APF层)** - **核心功能**:作为**硬掩模(Hard Mask)**,将顶层光刻胶的图形高保真地转移到下层。 - **材料特性**: - 含硅(如SiOx、SiON或有机硅聚合物),提供高刻蚀选择比。 - 抗反射性(减少曝光时的驻波效应)。 - 高热稳定性和机械强度。 - **优势**: - 在后续刻蚀中,APF对底层有机材料具有**极高的刻蚀选择比**(通常>10:1),确保图形转移精度[^1]。 3. **底层(平坦化层)** - 有机聚合物(如旋涂碳层,SOC),用于填平晶圆表面凹凸,提供平坦的曝光基底。 --- ### **APF的工作流程** 1. 光刻胶层曝光显影形成图案 → 2. 以光刻胶为掩模,**刻蚀APF层** → 3. 以APF层为硬掩模,**刻蚀底层SOC** → 4. 最终以SOC为掩模刻蚀半导体基底(如硅、金属等)。 ```mermaid graph TD A[光刻胶曝光显影] --> B[刻蚀APF层] B --> C[刻蚀底层SOC] C --> D[刻蚀目标材料] ``` --- ### **为什么需要APF?** - **高分辨率需求**:极紫外(EUV)或ArF浸没式光刻中,光刻胶层需极薄以保证分辨率,但薄胶无法承受深层刻蚀。 - **图形保真度**:APF的含硅特性使其在氧等离子体刻蚀中充当“屏障”,精准转移纳米级图形至底层[^2]。 --- ### **APF与其他术语的关联** - **Si-BARC**:部分文献中APF也被称为**含硅抗反射涂层(Si-containing Bottom Anti-Reflective Coating)**,兼具抗反射和硬掩模功能。 - **Si-HM**:即**硅基硬掩模(Silicon-based Hard Mask)**,与APF为同类型材料。 ---
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