【相变储存器的具体工艺设计案例4400字】

XII相变储存器的具体工艺设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u13502相变储存器的具体工艺设计案例 -1-107041.1清洗 -1-222501.2溅射W和SiO2 -1-79581.3第一次光刻 -3-150651.4刻蚀 -4-88801.5去胶 -5-127921.6第二次光刻 -5-18281.7溅射GST和W顶部电极 -5-144091.8剥离 -6-1.1清洗先带上手套，打开去离子水制备系统。先清洗烧杯：在烧杯中倒入适量酒精，用手反复擦拭烧杯内壁，再用去离子水清洗，反复操作即可清洗完毕。取3个洗净的烧杯分别加入适量的丙酮、无水乙醇和去离子水。这里需要注意，可以使用多个烧杯同时清洗，避免不必要的等待时间。方案一使用生长有一层一微米厚的二氧化硅膜的硅片作为实验的基片。将硅片放入丙酮中，使用超声清洗器超声清洗5分钟，将硅片取出放入无水乙醇中，再使用超声清洗5分钟，最后将硅片取出放入去离子水中，超声清洗5分钟。清洗完的硅片取出，放在滤纸上，使用吹耳球将其吹干。吹干后的硅片可以放在显微镜下观察，若表面还是不干净，则重复上述步骤再进行清洗。清洗时需要注意，超声清洗器中的水会在清洗的过程中升温，升温后的水会导致无水乙醇和丙酮的挥发，所以在使用超声清洗器时需要注意打开盖子冷却。清洗时，也需要注意将硅片有氧化层即用来制备工艺的一面朝上，因为烧杯底部杂质较多，朝下的一面不易洗净。1.2溅射W和SiO2在科研中，一般使用多种方式进行材料的生长，包括但不限于溅射、脉冲激光沉积、等离子体增强化学沉积技术等。这些对不同材料的生长过程的不同选择也是科研的一部分内容。但是针对实验教学而言，设备数量有限，再考虑到成本，需要一些更适合实验教学的生长技术。这里使用的是磁控溅射，所用设备为M79100-2/UM磁控溅射镀膜机。这台磁控溅射镀膜机可以溅射非常多的靶材，包括很多金属靶、介质靶以及半导体靶材，适用范围非常广泛，十分适合教学使用。先打开循环水并对其检查，再打开开关接通电源，接着打开控制面板，确保仪器一切正常。不在工作状态时，磁控溅射机的腔内是处于真空状态的，所以需要向其中通入氮气让其与外界气压相同。打开氮气气瓶，并打开气阀，向腔室中充入氮气，等到腔室中的气压与外界相同时，再打开腔门，放入洁净的硅片和靶材。这里注意腔室内有个基板，需要将硅片粘在基板上在将基板放入腔室。硅片制备工艺的一面在腔室内是处于向下的，所以在粘硅片时需要使用镊子压一下硅片的四周，确保不会污染到硅片中心的同时，保证硅片在基片旋转时不会脱落掉下。然后关闭腔门，并且要抽真空。抽真空要先打开机械泵，再开启旁路阀，让其抽到几Pa数量级的时候再改用分子泵抽真空。使用分子泵前先关闭旁路阀，再打开机械泵和分子泵之间的阀门，再打开分子泵。等待分子泵加速达到24000转之后再打开插板阀，继续等待抽真空直至腔内气压达到10-4数量级及以下。当腔内达到指定的真空度时，点击控制面板，设置氩气的流量为15，打开氩气阀门并调节插板阀，使腔内气压达到1Pa。开启靶材的挡板和电源，设置合适的电源功率，点击启动按钮，并且将机台旋转按钮打开。这时可以透过观察窗看到腔室内起辉放电，看到起辉后，调整插板阀，使腔内气压保持在0.5Pa左右。等待溅射完成后，就要取出硅片了。取出前，先将靶台的电源功率归零，然后关闭电源，氩气流量也归零，再关闭氩气阀门，关闭基台的旋转。再关闭插板阀，关闭插板阀时需要注意将其扭紧。并关闭分子泵，等待分子泵的速度降下来之后，再关闭分子泵阀门和分子泵电源，并关上机械泵。还需要关闭真空机和靶材挡板。当这些依次关闭后，开启氮气阀门，向腔室内充入氮气直至腔室内气压与外界一致，再打开腔室取出硅片。取出硅片后可以检查一下，没有问题之后就可以进行下一步的溅射。溅射前，可以将硅片收集起来，并将其分别粘在同一块基板上，可以一次进行多组的溅射，仪器的使用可以在第一次溅射时先行教学，待后续几次溅射时，可以让学生们在指导下动手操作或者模拟操作，加强记忆。将硅片放入腔室中，与之前的步骤类似，先抽真空。抽完真空后，点击控制面板，设置氩气的流量为15，打开氩气阀门并扭动插板阀，使气压达到2Pa，准备射频溅射SiO2。开启靶材的挡板和电源，设置适当的电源功率，点击启动按钮，将机台旋转按钮打开。看到起辉后，调整插板阀使腔内气压保持在0.5Pa左右，等待溅射完成，并且取出硅片。取出硅片后，要注意将腔室内部再次抽至真空，再关闭电源。1.3第一次光刻取出5个洁净的烧杯，分别装入适量的丙酮、无水乙醇、去离子水、显影液和去离子水。将溅射完成的硅片进行清洗，并用吸耳球将其轻轻吹干。要提前打开两个电热板，分别设置100℃和115℃，并打开光刻机和汞灯。匀胶前，先打开匀胶机的真空泵，将硅片有溅射材料的面朝上放置在匀胶机的中心位置，按下vacuum按钮，吸附住硅片，并调整匀胶机参数，转速设置为3600转每分钟，时间为60s。这个参数可以获得1μm厚的光刻胶，如果需要更厚的光刻胶，可以自行改变匀胶参数。滴胶前，先关闭盖板，点击启动按钮，观察硅片是否处于中心位置。若不在中心位置，再按下vacuum按钮，调整好硅片后再次试启动，直至硅片处于中心位置。再从冰箱中取出光刻胶，在硅片的表面上滴上适宜的光刻胶。再盖上盖板，启动并等待其旋胶完毕。旋涂完光刻胶后的硅片需要进行前烘，温度为100℃，时间为120s。需要注意的是前烘的时间需要比较准确，可以在其前烘115s的时候就开始移动硅片，这样做可以及时取下硅片，方便控制时间。前烘完成的硅片放置在光刻机上，按下硅片按钮，将硅片吸附，并调整光刻机的曝光时间，设置为3s。再取出掩膜版放置在吸台上，按下掩膜版按钮，确定吸附住后调整掩膜版和硅片，使掩膜版上的图形落在硅片中央的位置。然后向上移动机台，使硅片紧贴着掩膜版。然后将汞灯旋转到硅片上方，开启曝光。曝光结束后迅速将汞灯推向另一边，并且用手遮挡汞灯下方靠近硅片的一侧，防止过曝光。再向下移动硅片，将硅片和掩膜版分开，再点击掩膜版按钮，松开掩膜版取下，再关闭硅片开关，将硅片取下。这时再使用电热板进行后烘操作，温度为115℃，时间为120s。在后烘的过程中调整光刻机参数，改变曝光时间为15s，准备后续的裸曝光。等到后烘完毕后，将硅片放置在吸台上，将汞灯移到硅片上方，不使用掩膜版，开始曝光。前烘和第一次曝光后，AZ5214光刻胶呈现正胶特性。当再后烘一次和再裸曝光一次时，AZ5214光刻胶就会反转而形成负胶特性。裸曝光完成的硅片放置在可以浸没硅片的显影液中浸没40s。显影完成后需要放入去离子水中涮洗一会，去掉残留的显影液，以防显影过度。光刻显影完成后，可以在显微镜下观察显影效果，如果显影效果不好，需要使用丙酮、无水乙醇和去离子水洗去光刻胶再重新光刻。光刻中需要注意的是，要合理地安排时间，电热板的升温和降温过程比较慢，合理控制时间可以减少不必要的等待时间。此外，在曝光前，硅片和掩膜版需要接触，在上升硅片时，需要缓慢上升，可以通过掩膜版在硅片表面的投影和硅片和掩膜版接触时产生的压纹来判断是否已经接触。如果上升得过多，会将掩膜版挤出真空吸附状态，比较危险。另外，在光刻的过程中，眼睛不要注视汞灯，紫外光能量较大，可能会损坏视力。1.4刻蚀常见的科研实验中，制备相变存储器时会使用ICP刻蚀技术，但是ICP刻蚀技术要求的技术较高，设备也较为昂贵，不适合在实验教学中使用。这里使用的是RIE刻蚀，使用的仪器是M46150-1/UM反应离子刻蚀机。这种反应离子刻蚀机结构简单价格低廉，适合本科生教学使用。但是在刻蚀的过程中，增加的等离子体密度会导致离子轰击的能量也会同时增加，这可能导致刻蚀的过程中有可能会破坏底部材料，需要在使用的过程中合理的控制参数，避免此问题。打开循环水，并检查设备的工作状态。再打开电源和气瓶，启动电脑打开控制软件。打开CF4和N2气阀，分别设置压强为0.3和0.5。在软件上点普N2按键，向腔室内充入氮气，等到与外界气压一致，打开腔门。放入硅片，注意有光刻胶的一面向上，关闭腔门。用鼠标点击机械泵打开，并点击慢抽阀开始慢抽。当腔内气压下降到50Pa以下时，就可以关闭慢抽阀并且打开主抽阀。当气压下降到10Pa时，打开RF电源，设置电源功率参数为100W，需要注意的是要点击参数设置按钮确认参数修改。将工艺气体流量设置为8，并打开工艺气体阀门。待其稳定下来后，点击开始按钮，开始刻蚀。这时可以看到腔室内起辉，等待刻蚀结束后点击停止按钮，将功率设为0。将工艺气体流量设为0，再关闭阀门和RF电源。等待十分钟让机器冷却，再关闭主抽阀，并通入氮气，等待气压与外界一致，取出硅片。取出硅片后，需要注意将腔室内抽到20Pa左右的真空，再关闭机器和水电气。刻蚀也可以和溅射类似，将硅片收集起来，并一同放入多组，可以节省教学时间。1.5去胶刻蚀完后的硅片上的光刻胶就是多余的了，需要把这些去除。去除这些光刻胶还是和清洗时类似，分别使用丙酮、无水乙醇和去离子水浸泡。这里需要注意，最好不要使用超声清洗器，因为超声清洗时可能会导致溅射上去的两层薄膜脱落。可以将硅片使用丙酮清洗，将硅片浸泡即可去除光刻胶。清洗完后的硅片放在滤纸上，并使用吸耳球吹干。1.6第二次光刻第二次光刻与第一次光刻时操作完全一致，只有在对准时需要注意。当硅片匀完胶并且前烘完毕后，将其放在光刻机上。放置的时候需要注意将图案的位置放置在第二块掩膜图形附近。放置好硅片后，拨动硅片开关，使其吸附。再放上掩膜版，让第二块掩膜图形的边框图案对准硅片上的底部电极区域。粗略对准后，向上移动硅片，使其贴近掩膜版但是不与掩膜版接触。这是为了可以更加方便对准，如果距离掩膜版较远，使用对准显微镜观察时就看不清硅片上的图案，如果距离掩膜版较近，则在移动掩膜版对准时较为困难，并且光刻胶会粘在掩膜版上，造成污染。对准时，先使用对准显微镜找到一个对准标记，在外边框粗略对准的情况下，可以看到硅片上和掩膜版上的两个对准标记。在对准时，优先转动硅片，再移动掩膜版。将一个标记对准好之后，再移动工作台，寻找另外的标记。这样，通过两处标记来回对准，就可以使得硅片上的图案和掩膜版上的图案精准套构。然后再按照第一次光刻过程进行光刻即可。光刻之后的硅片可以用显微镜观察，如果效果较好就可以进行后续的溅射。1.7溅射GST和W顶部电极与第一步溅射类似，前续操作后，点击控制面板，设置氩气的流量为15，打开氩气阀门并转动插板阀，使气压达到1Pa，准备直流溅射GST材料。开启靶材的挡板和电源，设置电源功率，点击启动按钮，将机台旋转打开。看到起辉后，调整插板阀使腔内气压保持在0.5Pa左右，等待溅射完成。溅射完成后，不取出硅片，再按照第一步的溅射过程进行W顶部电极的溅射。待两次溅射都完成之后，就可以取出硅片，并将机器抽真空，再关闭水电气。1.8剥离此