第6常见光波导材料与结构.ppt

光刻：正胶与负胶 负胶 正胶 光刻胶上的图形与掩膜图形互补 光刻胶上的图形与掩膜图形一样 步进投影式光刻机原理图 10:1 5:1 1:1 步进扫描光刻机 两个爱里斑之间的分辨率(瑞利判据): 数值孔径：收集衍射光的能力。n为折射率 分辨率 提高分辨率： NA?，??， 光刻步骤简述 前烘 对准及曝光 坚膜 曝光后烘 248 nm 157 nm 13.5 nm 193 nm EUV光刻 非光学方法光刻技术 纳米压印（Nanoimprint） 基于材料和工艺革新的“侧墙转移”技术（Sidewall/Spacer transfer lithography） X射线光刻技术（XRL） 离子束光刻技术（IBL） 无掩模光刻——电子束（Shaped Beam / Multi-Column / Multi-Beams） 无光源 4. 刻蚀技术 刻蚀的性能参数 刻蚀速率R(etch rate) 单位时间刻蚀的薄膜厚度。对产率有较大影响 刻蚀均匀性(etch uniformity) 一个硅片或多个硅片或多批硅片上刻蚀速率的变化 选择性S(Selectivity) 不同材料之间的刻蚀速率比 各项异性度A(Anisotropy) 刻蚀的方向性A=0, 各项同性；A=1, 各项异性 掩膜层下刻蚀(Undercut) 横向单边的过腐蚀量 图形转移——刻蚀 两大关键问题： 选择性 方向性：各向同性/各向异性 待刻材料的刻蚀速率 掩膜或下层材料的刻蚀速率 横向刻蚀速率 纵向刻蚀速率 图形转移过程演示 图形转移＝光刻＋刻蚀 刻蚀要求: 1. 得到想要的形状（斜面还是垂直图形） 2. 过腐蚀最小（一般要求过腐蚀10％，以保证整片刻蚀完全） 3. 选择性好 4. 均匀性和重复性好 5. 表面损伤小 6. 清洁、经济、安全 两类刻蚀方法： 湿法刻蚀——化学溶液中进行反应腐蚀，选择性好 干法刻蚀——气相化学腐蚀（选择性好）或物理腐蚀（方向性好），或二者兼而有之 刻蚀过程包括三个步骤： 反应物质量输运（Mass transport）到要被刻蚀的表面 在反应物和要被刻蚀的膜表面之间的反应 反应产物从表面向外扩散的过程 湿法刻蚀 反应产物必须溶于水或是气相 BOE：buffered oxide etching 或BHF: buffered HF 加入NH4F缓冲液：弥补F和降低对胶的刻蚀 实际用 各 向 同 性 例1：SiO2采用HF腐蚀 例2：Si采用HNO3和HF腐蚀（HNA） 例3：Si3N4采用热磷酸腐蚀 例4：Si采用KOH腐蚀 各向异性 Si + 2OH- + 4H2O ?Si(OH)2++ + 2H2 + 4OH- 硅湿法腐蚀由于晶向而产生的各向同性腐蚀 干法刻蚀 化学刻蚀（各项同性，选择性好） ——等离子体激活的化学反应(等离子体刻蚀) 物理刻蚀（各向异性，选择性差） ——高能离子的轰击 (溅射刻蚀) 离子增强刻蚀（各向异性，选择性较好） ——反应离子刻蚀 化学刻蚀 物理刻蚀 典型的RF等离子刻蚀系统和PECVD或溅射系统类似 总结 什么是图形转移技术？ 刻蚀的两个关键问题？ 选择性 方向性 光刻＋刻蚀 干法刻蚀 纯物理刻蚀 纯化学刻蚀 反应离子刻蚀RIE 增加方向性、选择性的方法CF4/O2 湿法腐蚀： Si——HNA各向同性 ——KOH各向异性 SiO2——HF 掺杂（doping）：将一定数量和一定种类的杂质掺入硅中，并获得精确的杂质分布形状（doping profile）。 MOSFET：阱、栅、源/漏、沟道等 BJT：基极、发射极、集电极等 掺杂应用： B E C p p n+ n- p+ p+ n+ n+ BJT p well NMOS 5.掺杂技术 扩散的微观机制 (a) 间隙式扩散（interstitial） (b) 替位式扩散（substitutional） 间隙扩散杂质：O，Au，Fe，Cu，Ni，Zn，Mg 替位扩散杂质：As， Al，Ga，Sb，Ge。 替位原子的运动一般是以近邻处有空位为前题 B，P，一般作为替位式扩散杂质，实际情况更复杂，包含了硅自间隙原子的作用，称填隙式或推填式扩散 6. 离子交换 V AgNO3 LiNbO3 Ag Li 这类波导有什么用？ 离子注入 离化后的原子在强电场的加速作用下，注射进入靶材料的表层，以改变这种材料表层的物理或化学性质 ? 离子注入的基本过程 将某种元素的原子或携带该元素的分子经离化变成带电的离子 在强电场中加速，获得较高的动能后，射入材料表层（靶） 以改变这种材料表层的物理或化学性质 离子注入过程是一个非平衡过程，高能离子进入靶后不断与原子核及