工艺笔记.docx
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工艺笔记
工艺笔记
1、清洗：
每次总体积1400-1600ml
分解、氧化有机物（去蜡）SPM3号液：
H2O2：
H2SO4=1:
1（次序：
700mlH2O2->硅片->700mlH2SO4）
SC-1去除微小粒子SC-11号液：
NH4OH：
H2O2：
H2O=1:
2:
5（次序：
1000mlH2O->400mlH2O2->200mlNH4OH->硅片）
SC-2去除碱金属族离子SC-22号液：
HCl：
H2O2：
H2O=1:
2:
7（次序：
1050mlH2O->300mlH2O2->150mlHCl->硅片）
注意：
a：
3#-->去离子水->1#->去离子水->2#->去离子水，清洗时间：
30min->5min->10min->5min->10min->5min放入烘箱烘干待氧化
b：
除3#液外，其余均需待清洗液沸腾（沸腾要15min左右）后才能放入Si片；
C：
处理H2SO4要戴黄手套。
d：
3号液待冷却后需回收处理
关于清洗：
RCA工艺：
APM+HPM其中：
APM=NH4OH+H2O2+H2OHPM=HCL+H2O2+H2O
SPM=H2SO4+H2O2去有机杂质沾污
SC-1是H2O2和NH4OH的碱性溶液，通过H2O2的强氧化和NH4OH的溶解作用，使有机物沾污变成水溶性化合物，随去离子水的冲洗而被排除。
SC-2是H2O2和HCL的酸性溶液，它具有极强的氧化性和络合性，能与氧以前的金属作用生成盐随去离子水冲洗而被去除。
被氧化的金属离子与CL-作用生成的可溶性物质亦随去离子水冲洗而被去除。
2、氧化（氧气流量2.5）
氧化炉升温至1080°Cstep1氧化炉预热（time>120min）
干氧（15min）->湿氧（20min）->干氧（15min）step2硅片氧化（settingtime>装片时间7min+通氧气时间3min+硅片炉口预加热时间7min+氧化时间50min=67min）
关闭电源让硅片在炉子内自然冷却
关闭氧气和加热台
注意：
氧化前3min开启氧气排除管内气体，湿氧前检查瓶中是否有去离子水并于至少20min打开加热台
氧化炉工作设定见尾页
三、光刻（包括涂胶）
1增粘剂ＨＭＤＳ（烘箱：
3min热台：
90度10s）
2涂胶（聚酰亚胺正胶）：
（2'+30'32s：
低速2s->高速30s）3500-5000转/min（对应曝光时间：
24-20s）（随光刻胶使用时间的增加而增加转速）（用完后用丙酮清洗匀胶台）
3前烘：
15min，90°C（热台：
温度：
90度60-90s）
4曝光：
20s左右
次序：
汞灯预热30min->掩模板（正面棕色面朝下并左右前后对齐）->升降->吸版->升降->放硅片->吸片->升降->接触/分离->密着（气压>0.04pa合格，注意系统真空应大于此）->曝光；用完后升降->吸版->升降->卸下掩模板，关闭真空阀和氮气
注意：
（1）甩胶前，先打开真空阀抽真空
（2）曝光前，打开氮气阀和真空阀
5显影：
35s-40s用镊子夹住硅片上下抖动
6冲洗后匀胶台甩干
7后烘：
30min，130°C（热台：
130度60s），
之后打（正胶）底膜（具体见尾页）
8去SiO2，BOE溶液（40%HF（ml）：
NH4F（g）：
H2O（ml）=3（150ml）:
6（300g）:
9（450ml）
水浴温度30°C;以硅背面刚好不沾水为终点；
9去胶：
丙酮擦洗（约2min）->放入3号液煮15min->去离子水冲洗5min（->烘干）
10刻倒金字塔：
四甲基氢氧化铵TMAH（25%）+3%（wt）%过硫酸铵（NH4）2S2O8，80°C，有气泡产生后计时，每隔几分钟用显微镜观察（2*2um约6min，3*3um片子约8min，5*5um约10min）（显微镜下看到清楚十字号停止）（100）面与（111）面腐蚀速率比可达30：
l以上．
注意：
从氧化炉取出Si片后需烘烤
次序：
趁热涂增粘剂->90°烘3min->趁热涂胶->前烘->曝光->显影->后烘->打底膜->去SiO2->丙酮去胶->3号液煮（去胶）->刻倒金字塔烘干后放入干燥箱（注意：
被污染的硅片（去离子水电阻率不高<2M），由于杂质的存在，孔壁之间有空
金色的为刻有倒金字塔的薄层硅
（刻蚀30分钟）
穴存在，在光电化学刻蚀过程中，发生横向刻蚀会脱落，不能形成微通道板）
4、刻蚀
（p型（100）硅，电阻率5-15Ω*cm，厚度：
430-470um）4英寸面积=78.5cm2，有效刻蚀面积=56.7cm2
*I=510mA（9mA/cm2）（参考值）,偏压V=12.5V（参考值）,灯压上限V=11.5V（参考值）；温度：
20°C（参考值）
*配比：
40%浓度HF：
H2O：
DMF（有机电解质和溶剂，氧化能力Si->SiO2，减少表面应力,有助于形成内壁光滑的孔结构）或乙醇（CTAC时）=1:
4:
5；（体积比）；（一般300ml：
1200ml：
1500ml）；（相当于2mol/L（注：
浓度大于1M则为高浓度，小于1M则为低浓度）或者体积比为10%的HF）
加入盐酸（文献上报道有用醋酸的，同时醋酸可以使气泡顺利逸出）（增加H离子含量，钝化孔壁，抑制横向腐蚀），使PH值在2-4范围内，所加量为总体积的1/50（即3000ml*1/50=60ml），
加入活性剂Triton-X100（C34H62O11分子量：
646密度：
1.05g/ml）（非离子型表面活性剂）,体积为总体积的1/100，即30ml，0.015mol/L约10-2M；目的是提高Si表面亲水性，使气泡顺利逸出；
CTAC（十六烷基三甲基氯化铵C16H33（CH3）3NCl分子量：
320）（阳离子表面活性剂），加入量为10-2~10-3M（文献上查得），即9.6g~0.96g，取折中值5g。
次序：
1200mlH2O->1500mlDMF->300mlHF（挥发性溶液一般最后加入）->60mlHCl->30ml曲拉通
注意事项：
操作流程：
a、取片并称重->装片->检测气密性->固定led阵列->接通LED阵列电源->放置铂电极网（阳极即接电源正极）->倒饱和食盐水（20℃时，36gNaCl:
100gH2O500g:
1389ml）->倒腐蚀液于另一侧->放铂电极网（阴极即接电源负极）->开磁力搅拌器；
b、开启装置：
在labvieW中设置好参数，开启灯压电源和偏压电源；
c、刻蚀完毕后，拆除led灯，并擦洗掉结晶食盐；取下电极，并回收溶液以及清洗装置；
d、片子用酒精（减少应力，避免微通道坍塌）清洗并在热台烘干
e、称重并保存在干燥箱
f、做好实验记录
氧化炉设置
预加热设置1.、display->循环->mode℃
Prog
CHannel->循环->step1->CH->step1
Sv1080℃->ENT
CH->step1
time120min->ENT
氧化设置：
2、循环->stp2
CH->stp2
Time70->ENT
CH->stp2
Sv1080℃->ENT
display->循环->---
---
---
CH+Enter同时按下，并按下加热按钮；
注意：
CH相当于进入下一子菜单的功能按钮
Display相当于回到主页面的功能按钮
热电偶有三个，所以有三个显示温度值
感应耦合等离子体刻蚀机ICP操作流程
冷却水开->氧气开->电源开->射频预热->前级泵开->前级阀开->充气阀开->开仓->放片子->关仓->前级阀关->预抽阀开->灯丝电源开->5pa以下时，气路4开->MFC4流量计调至中->MFC4流量调为8->启动射频和计时器->1min50s（参考值）后关闭射频->气路4关->MFC4调至右->预抽阀关->前级阀开->充气阀开->开仓（接上）
（用完后）关仓->前级阀关->预抽阀开->抽到3pa->预抽阀关->前级泵关->总电源关->氧气瓶关->冷却水关
冷却水：
冷却下电极
RTP（快速热退火）操作流程
RTP共两台机器：
左边控制室，右边反应室
开机预备：
冷却水开->电源开->控制室钥匙on->RUN开->FAN开->下一流程
1、反应室（右边机器）
（控制室显示温度低于100℃时）拧开螺丝->装（取）样品->（打开气体并调节流量（不超过3））->拧紧螺丝
2、控制室（左边机器）最右边8段为温度设定旋钮，根据工作所需温度设定需要几段预热，几段工作；一般至少一段预热，一段工作；且总共不超过8段；
（计划好用几段预热几段工作后）调节第一段旋钮至200℃（指针2点钟）->第二段（xx度，xx秒）。
。
。
->。
。
。
工作段（xx度，xx秒）
设定升温和工作时间
按复位键至in->按in至1，in输入时间20s->in至2，in，输入时间。
。
。
->。
。
。
In至工作段，输入工作时间xx秒in->复位键至b->启动键->等程序运行完毕->重复“一”
关机
冷却水关->气瓶和气体流量计关->控制室钥匙OFF->电源关
PECVD淀积微晶硅操作步骤
注意：
必须等指示灯亮后再执行下一操作
一、准备工作：
前级泵on->预抽阀on->压力表调至测量1->（5Pa）关预抽阀->前级阀on->高阀on->分子泵启动->（2*10-2Pa后）机械泵on->上下电极板加热开->打开氮气瓶->下一流程（当上极板400℃）
二、装取样品：
关闭高阀->打开充气阀->（3分钟后）拧螺丝->装取样品（托盘高温，小心操作）->关仓并拧紧->充气阀关->前级阀off->预抽阀on->（5Pa）关预抽阀->前级阀on->高阀on->（预热500W射频电源,功率设为200W（对应粗调40）->（1*10-3Pa后）下一流程
3、淀积：
升降台up->低阀on->压力表调至测量2->（压力表<1Pa）MFC2开->硅烷气瓶开->流量计2（阀控档调节流量至气压表为20pa）->（选择外控后）启动计时（10min）->（到达淀积时间5分钟前）->关硅烷气瓶->（时间到）关MFC2->流量计2调至清洗档->（流量计变为0）关闭流量计->关闭上下极板加热器（如需继续淀积则不关）->打开清洗阀2->流量计2调至清洗档->（10分钟）关闭清洗阀2->关闭流量计->通氩气3分钟->清洗泵2开->（5分钟后）关闭清洗泵->（压力表<1Pa）关闭低阀->升降台down->取样品（重复“二"）->（如需继续淀积重复“三”）->下一流程
4、停机
关闭上下极板加热器->升降台up->低阀on->MFC2开->流量计2调至清洗档->（流量计为0）关闭MFC2->打开关联在硅烷瓶口得氮气阀->打开MFC2->流量计2调至清洗档->10分钟后关闭->清洗泵2->5分钟后关闭所有进气阀和气瓶->关闭低阀->升降台down->关闭高阀->关闭分子泵->（分子泵显示0）->关闭前级阀->关闭前级泵->关闭机械泵->关闭总电源->关闭所有冷却水开关和冷却水泵
注意：
1、反应室应定期清洗（通SF6（绝缘气体）反应30分钟，升降台升上去系统阀才能打开）2、冷却水开关进水量尽量小，回水开到最大，用完后两阀均需关闭，以防水回流进仪器
PECVD淀积氮化硅操作步骤
注意：
必须等指示灯亮后再执行下一操作
一、准备工作：
冷却水开->前级泵on->预抽阀on->压力表调至测量1->（5Pa）关预抽阀->前级阀on->高阀on->分子泵启动->（2*10-2Pa后）机械泵on->上下电极板加热开->打开氮气瓶->下一流程（当上极板300℃，下极板温度可以不管）
二、装取样品：
关闭高阀->打开充气阀->（3分钟后）拧螺丝->装取样品（托盘高温，小心操作）->关仓并拧紧->充气阀关->前级阀off->预抽阀on->压力表调至测量1->（5Pa）关预抽阀->前级阀on->高阀on->（预热500W射频电源功率设为200W（对应粗调40）->（1*10-3Pa后）下一流程
3、淀积：
升降台up->低阀on->压力表调至测量2->（压力表<1Pa）氨气，硅烷气瓶开->MFC1，MFC2开->流量计1，2（阀控档调节流量至1:
3且气压表为20pa）->（选择外控后时间设为10min）启动计时->（到达淀积时间5分钟前）->关氨气，硅烷气瓶->（时间到）关MFC1，2->流量,1，2调至清洗档->（流量计变为0）关闭流量计->关闭上下极板加热器，关闭射频电源（如需继续淀积则不关）->打开清洗阀1，2->流量,1，2调至清洗档->（10分钟）关闭清洗,1，2->关闭流量计->通氩气3分钟后关闭->（压力表<1Pa）关闭低阀->升降台down->取样品（重复“二"）->（如需继续淀积重复“三”）->下一流程
4、停机
关闭上下极板加热器->升降台up->低阀on->MFC1，2开->流量1，2调至清洗档->（流量计为0）关闭MFC1，2->打开关联在硅烷，氨气瓶口的氮气阀->打开MFC1，2->流量,1，2调至清洗档->10分钟后关闭关联在硅烷，氨气瓶口的氮气阀->关闭低阀->升降台down->关闭高阀->关闭分子泵->（分子泵显示0）->清洗泵1，2->5分钟后关闭所有进气阀和气瓶->关闭前级阀->关闭前级泵->关闭机械泵->关闭总电源->关闭所有冷却水开关和冷却水泵
注意：
1、反应室每次用完后清洗（通SF6（绝缘气体）反应30分钟，升降台升上去系统阀才能打开）
2、冷却水开关进水量尽量小，回水开到最大，用完后两阀均需关闭，以防水回流进仪器
刻蚀探讨
刻蚀机理：
DepletionLayerControlandHelmholtz-LayerControl（文献倾向于前者ontheelectricalimpedanceduetotheanodicdissolutionofsiliconinHFsolutions）另外，Zhang认为p+,p-是Helmholtz-LayerControl，而p型在低的偏压下是DepletionLayerControl；但是Kang等人认为是DepletionLayerControlandHelmholtz-LayerControl共同起作用R.L.SmithandS.D.Collins的结论是：
双电层控制反应速率，而空间电荷区控制多孔硅特殊形态
量子效应（Quantumconfinementeffects）对微孔硅起作用，而对于中孔和宏孔，效果可以忽略
刻蚀晶向：
（100）>（111）p型Si<111>/<100>速率比大于n型（effectofcrystallographicdirectionsonporoussiliconformationonpatternedsubstrates）同时，这篇文章还指出掩模图案如果放置不正，则会影响孔的轮廓（纵向图形）
表面活性剂的影响：
阴离子活性剂增加电势垒（能带弯曲），阳离子活性剂则降低电势垒一般作用：
增加润湿性、乳化性、起泡性活性剂分为3类：
1.非离子态2.阴离子态3.阳离子态
刻蚀温度：
温度低，反应慢，剥离早，晶格好
刻蚀电流选择：
8-9-10mA/cm2，p型硅Jps（硅片从耗尽到反型的一个标志）抛光电流在50mA/cm2以上，4英寸（454-510-567mA/cm2）注意：
10mA/cm2在文献中被称为低电流，这时电流的主要来源为扩散电流（浓度对应扩散电流，电场对应漂移电流），大电流对应光滑的界面以及更快的刻蚀速率，电流的调节由光照控制（adjustedbyillumination）V.lehmman在ElectrochemistryofSilicon一书中P202指出p型宏孔硅形成过程中的孔尖电流密度要远小于Jps，因为达到Jps所需的刻蚀电压以前，scr区域已经不在了（Lehmannetal,ThePhysicsofMacroporeFormationinLow-Dopedp-TypeSilicon,JournalofTheElectrochemicalSociety,146（8）2968-2975（1999））
刻蚀电压：
刻蚀电压越大，scr区域越小，孔壁越薄，刻蚀深度有所增加
刻蚀浓度：
浓度越高，孔壁越薄，刻蚀深度有所增加
溶液粘度：
粘度高，表面光滑性好（温度低，溶液比重大，粘度高）
磁场：
ControlofstructureandopticalanisotropyinporousSibymagnetic-fieldassistedanodization文章指出磁场垂直于Si表面对多孔硅的均匀性有改善
搅拌：
搅拌可以加快界面处生成物的移除，同时使得溶液浓度均匀
刻蚀深度估计：
Δm=0.9g->Δh=100um
刻蚀深度：
随着孔的深度增加，F离子扩散到孔的尖端越来越难，浓度成线性下降，因此低电流可以刻蚀的更深，为了达到刻蚀速度和深度，可以采取将刻蚀电流线性降低的方法，另外加大偏压对于刻蚀深度有促进作用，但也容易是孔坍塌
可见光：
380～780nm
光源选择（参照书籍：
VolkerLehmannElectrochemistryofSilicon）
卤钨灯（halogenlamp15V150W）可用波长范围可以在340～1100nm，而Si的本征吸收长波限为1100nm（近红外光分为近红外短波<780-1100>和近红外长波<1100-2526>）,另外，Si为间接带隙半导体，吸收的波长要小于1100nm。
距离为20cm时，光压在8.2V左右最好，此时电流在7.5mA/cm2左右,刻蚀电流在600mA/cm2左右（面积以总面积76.5平方厘米算）
LED阵列功率49个1W（实际额定功率49个0.5W）波长850nm，刻蚀电流9mA/cm2（面积按有效解除面积56.7平方厘米算）（总电流510mA），
温度降低，多孔结构形貌更好（可能原因：
温度下降，散射率降低，刻蚀电流更稳定），刻蚀深度降低（温度降低，迁移率降低，F离子到达孔底的速率降低），自分离更平整
光照不均匀性随着距离的变大而减少
饱和食盐水电阻率约为5Ω*cm
P型中阻硅片2-5Ω*cm。
DMF有毒（对肝脏，肾脏损害严重，戴口罩防护眼镜橡胶手套穿净化服）在强酸和强碱中不稳定，所以HCl不能加太多
刻蚀改良方法（猜想）：
从增大F离子浓度出发1增大偏压（增大F的搬运速率已证明可行）2加氟盐（如氟化钾,美国专利说用氟化铵）从空穴浓度出发（随着硅片的溶解，硅片提供空穴的能力减少，文献中指出HF浓度随着深度线性减少并由下列公式给出：
electrochemistryofsiliconpage201
其中l为孔长度，D为扩散系数，FHF为流量）逐渐减少刻蚀电流（对刻蚀深度有效，但不是空穴提供不足，而是F离子不足F-的搬运叫质量输运，空穴移动叫电荷移动）2提高光压上限（没看到实质效果，再次说明了质量输运是限制反应能否进行的主因）3反应槽跟灯的距离适当调近从提高光照均匀度角度考虑通过调整导线长短来调节导线分压使每盏灯灯压尽可能相等,使用led点阵光源（长春理工使用波长为850nm红外（我们已经采用，效果可以），V,Lehmann在electrochemistryofsilicon中page72详细阐述了光源的选择，Photoelectrochemicaletchingofsemiconductors文中指出用氦氖激光器波长633nm
）
（初步结论：
F对应刻蚀深度，光照均匀性对应微通道的均匀性且能够使得刻蚀深度有所增加，大电压和低电流对刻蚀深度起促进作用，另外大电压对应更均匀的表面形态）
剥离时间探讨：
30分钟-50分钟（电流图像紊乱为剥离开始标志）
自分离（横向刻蚀）原因：
一种可能光照不均匀（有一片子刻蚀数分钟后表面有同心圆圈的痕迹）可能光照不均导致孔反应有快慢，进而促进横向刻蚀，影响刻蚀深度，另一种可能反应中F越来越不足（这种可能已证明占主要，是光压跳变的主因）
自分离方法：
加大电流和减少偏压两种已被实验验证，降低温度有待验证（实验条件下，降温效果不明显）
另外，分离方法有：
1打磨2等离子刻蚀3化学背面减薄4我们自己的电化学控制分离
多孔硅的干燥：
老外对刻蚀好的多孔硅的处理：
1.直接用氩气吹干（不用水冲洗以及加热烘干）2.放在HF与乙醇的混合液中浸泡几分钟（去除活性剂）。
以上步骤有效地避免了多孔硅的氧化
V.Lehmann在文献中提到，先用酒精漂洗（作为过渡），然后放入戊烷中浸泡，取出干燥，这样可以减少毛细作用力，可以减少多孔硅的塌陷（原因：
水的表面张力系数RL（72mJm-2）大于戊烷（14mJm-2）
关于Si：
扩散长度：
where
εSiisthedielectricconstantofsilicon,
kBistheBoltzmann'sconstant,
Tistheabsolutetemperatureinkelvins,
Qistheelementarycharge,and
Ndisthedensityofdonorsinasubstrate
关于Si微通道的氧化：
1文献中提到115℃下通氧气1-12小时可以达到想要的厚度而没有明显弯曲，2实验室所用方法：
先切割成小圆片，然后将小圆片搁在两个半圆片上（半圆片中间留间隔，让小圆片上下气流畅通），在1000℃下湿氧氧化3小时也能有效避免弯曲。
关于PS的间距：
p型<2DSCR（p型的壁厚还跟掺杂浓度有关，掺杂浓度约高，壁越薄；阳离子表面活性剂（如CTAC十六烷基三甲基氯化铵,而非离子表面活性剂曲拉通和SDS（十二烷基磺酸钠）效果并不明显）
可以适当使壁厚增加（文献中报导有2um），n型>>2DSCR一般衬底掺杂浓度越低，壁厚越宽
SCR的宽度不仅与衬底掺杂有关还跟外加偏压有关
N型多孔硅壁厚w：
其中i指两个孔之间的距离
关于生长速率：
p型宏孔与所加电流成正比且一般远小于JPS，而n型由下列公式给出：
其中Nsi指硅原子密度，nv指溶解化学价（2-4）抛光为4，成孔为2；宏孔形成时一般在2.2-3之间
JPS关键电流：
其中JPS（A/cm-2）cHF（wt%HF）CPS=3300Acm-2，激发能Ea=0.345eV而
=1.5。
JPS=Bc3/2exp（-Ea/K0T）,其中B=3.3*109mA/cm2，激活能Ea=0.345eV，K0=1.38*10-23J/K，c（HF质量分数%），T（反应温度，单位K）
长宽比α=L/D电子倍增管里面用到α
气体分子平均自由程
对于气体分子：
相邻两次碰撞之间的平均距离，即称为分子的平均自由程。
若分子的直径为d，气体压强为P，则平均自由程为λ=kT/（2πPd2）1/2；对于室温下的空气分子，λ[cm]=5×10-3/P[Torr]，当P=10-1Torr（即13.3pa）时，λ将达到500um。
词汇：
initialpits
SCEsaturatedcalomelelectrode饱和甘汞电极
M->mol摩尔
表描述阐述意思的同义词：
1depict2show3display4exhibit
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