CN117672816A - 一种薄膜及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄膜及其制备工艺，包括如下步骤：S1、准备基底；S2、准备激光材料：选用高纯石英粉末作为激光材料；S3、激光熔覆：在激光熔覆头上喷射高纯石英粉末，并适当控制激光功率，照射在硅片表面，即可在硅片表面熔覆一层1000埃米‑20000埃米的SiO2氧化膜层；S4、冷却：激光熔覆完成后，将硅片冷却至室温，使SiO2氧化膜固化；本发明通用性好，采用一种激光熔覆设备，只要搭配不同的工艺或熔覆材料，即可在晶片表面形成各类薄膜，而且该薄膜为瞬时高温并冷却形成，薄膜致密性相较CVD工艺更佳；激光头按照设定轨迹实现整个晶片表面的全扫描全熔覆，形成的薄膜膜厚均匀性从5‑10％改善为1‑3％，且制造工序简单、成本更低。
Description
技术领域
本发明涉及微电子薄膜技术领域，具体为一种薄膜及其制备工艺。
背景技术
微电子薄膜是指在微电子器件制造过程中用于构建电路、传感器和其他功能层的薄膜材料。这些薄膜通常具有高度精确的厚度、均匀性和特定的电学、磁学或光学性质。
目前半导体衬底主要的薄膜技术为CVD，在衬底作业中，长多晶POLY和氧化硅SiO2较为常见。长多晶一般采用LPCVD，需要650-800℃高温，SiO2一般采用APCVD，需要420-450℃高温。如图4和图5所示。
其中，长多晶POLY反应方程式，SiH4(650-800℃)→Si+H2；长氧化膜SiO2反应方程式，SiH4+O2(420-450℃)→SiO2+H2；
无论长多晶POLY或者长氧化硅SiO2都要用到硅烷SiH4热分解技术，硅烷SiH4属于易燃易爆气体，整个CVD工艺过程对气路和反应腔室的要求非常高。针对不同的薄膜种类，需要使用对应的高温设备，工艺管理复杂，因此我们需要提出一种薄膜及其制备工艺。
发明内容
本发明的目的在于提供一种薄膜及其制备工艺，通用性好，采用一种激光熔覆设备，只要搭配不同的工艺或熔覆材料，即可在晶片表面形成各类薄膜，而且该薄膜为瞬时高温并冷却形成，薄膜致密性相较CVD工艺更佳；激光头按照设定轨迹实现整个晶片表面的全扫描全熔覆，形成的薄膜膜厚均匀性从5-10％改善为1-3％，且制造工序简单、成本更低，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种薄膜制备工艺，包括如下步骤：
S1、准备基底；选择合适的硅片，并将硅片的表面进行清洗，去除污垢、油脂和氧化物，确保硅片的附着性和质量；
S2、准备激光材料：选用高纯石英粉末作为激光材料；
S3、激光熔覆：在激光熔覆头上喷射高纯石英粉末，并适当控制激光功率，照射在硅片表面，即可在硅片表面熔覆一层1000埃米-20000埃米的SiO2氧化膜层；
S4、冷却：激光熔覆完成后，将硅片冷却至室温，使SiO2氧化膜固化。
优选的，在准备基底材料时，还需对硅片进行如下操作：
表面处理，处理方式包括机械处理和化学处理，用于提高基底的附着性和表面质量；
预热：可以提高材料的热传导性，有助于更好地传递热量和控制熔覆过程；
定位固定：将硅片固定在夹具或支架上，确保其位置稳定，有助于保持熔覆过程中的准确性和一致性。
优选的，在激光熔覆时，通过横移驱动机构带动激光熔覆头水平横移，通过旋转驱动机构带动硅片高速转动，实现整个硅片表面的全扫描全熔覆。
优选的，激光熔覆过程中的激光功率控制在20W-2KW之间，激光熔覆头的照射面积控制在1mm*1mm至2mm*2mm的范围内。
优选的，在激光熔覆过程中可通过调整熔覆参数控制熔融的深度和均匀性，熔覆参数包括：
激光功率：激光的功率决定了熔覆过程中材料的加热速率和熔化深度，高的功率可以实现更深的熔化，但同时会增加热影响区域；
扫描速度：扫描速度决定了激光束在材料表面上的停留时间，快的扫描速度可以减少热输入和热影响区域，但会导致浅的熔化；
焦点位置：激光束的焦点位置决定了熔覆层的形成位置和形状，焦点位置的调整可以改变熔覆层的深度和宽度；
激光束直径：激光束的直径决定了熔覆层的精细度和分辨率，小的激光束直径可以实现更高的精细度，但会增加熔覆时间和成本；大的激光束直径能提高熔覆速度，但会牺牲精细度；
激光脉冲频率：激光脉冲频率决定了激光束的脉冲数和频率，高的脉冲频率可以实现更高的熔覆速度，但会降低熔覆质量；低的脉冲频率可以提高熔覆质量，但会降低熔覆速度。
优选的，熔覆后的硅片冷却通过以下方式实现：
建立适当的冷却系统将冷却介质输送至硅片基底的表面，根据熔覆工艺要求、并通过调节冷却介质的流量和温度控制硅片的冷却速率；
其中，冷却介质采用水、空气或惰性气体中的任意一种；冷却系统选用喷淋、喷雾、浸泡、管道或是冷却器中的任意一种。
本发明还提供了一种薄膜，通过一种薄膜制备工艺制备而成。
包括熔覆在硅片上的薄膜主体，所述薄膜主体包括单晶硅层和熔覆在单晶硅层上的SiO2氧化膜层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通用性好，采用一种激光熔覆设备，只要搭配不同的工艺或熔覆材料，即可在晶片表面形成各类薄膜，而且该薄膜为瞬时高温并冷却形成，薄膜致密性相较CVD工艺更佳；激光头按照设定轨迹实现整个晶片表面的全扫描全熔覆，形成的薄膜膜厚均匀性从5-10％改善为1-3％，且制造工序简单、成本更低。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明激光熔覆SiO2氧化膜的示意图；
图3为本发明薄膜主体的结构示意图；
图4为本发明传统长多晶POLY的示意图；
图5为本发明传统长氧化膜SiO2的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种薄膜制备工艺，包括如下步骤：
S1、准备基底；选择合适的硅片，并将硅片的表面进行清洗，去除污垢、油脂和氧化物，确保硅片的附着性和质量；
S2、准备激光材料：选用高纯石英粉末作为激光材料；
S3、激光熔覆：在激光熔覆头上喷射高纯石英粉末，并适当控制激光功率，照射在硅片表面，即可在硅片表面熔覆一层1000埃米-20000埃米的SiO2氧化膜层；
在激光熔覆过程中，应实时监控基底的温度，并根据需要进行调整。这可以通过温度传感器和反馈控制系统来实现，以确保基底处于适宜的温度范围。
以下是几种常见的监控基底温度的方法：
温度传感器：使用合适的温度传感器，如热电偶、热敏电阻或红外线测温仪等，直接测量基底的温度。这些传感器可以将温度信号传输到监控系统中，以便实时显示和记录基底温度。
红外热像仪：红外热像仪可以通过红外辐射来检测和显示物体表面的温度分布。通过将红外热像仪对准基底表面，可以实时观察和监测基底温度的变化情况。
热电偶片：热电偶片是一种薄膜温度传感器，可以直接粘贴在基底表面。它可以提供准确的温度测量，并且对温度变化的响应速度较快。
热像仪：热像仪可以通过红外辐射来检测和显示物体的温度分布。在熔覆或其他加热过程中，可以使用热像仪来实时观察基底的温度变化，并进行调整。
在激光熔覆过程中，激光束与材料表面相互作用，能量被吸收并转化为热能。材料表面的温度升高，达到熔点以上，从而形成熔池。激光束的扫描运动导致熔池在材料表面移动，形成一层熔覆层。熔池冷却后固化，形成具有特定形状和结构的熔覆层。
激光的功率和照射时间需要根据具体的材料和要求进行调整，以控制薄膜的厚度和性质。
S4、冷却：激光熔覆完成后，将硅片冷却至室温，使SiO2氧化膜固化。
在冷却完成后，可根据需要，对制备的氧化硅薄膜进行后续处理，如退火、刻蚀、涂覆等，以进一步改善其性能和适应特定应用。
激光熔覆是一种利用激光束将材料加热熔化并喷射到基底上形成薄膜的方法。在激光熔覆过程中，激光束的能量被吸收并转化为热能，使材料表面迅速升温至熔点以上，形成熔融池。通过控制激光的功率、扫描速度和材料喷射速度等参数，可以控制薄膜的厚度和成分。
在准备基底材料时，还需对硅片进行如下操作：
表面处理，处理方式包括机械处理和化学处理，用于提高基底的附着性和表面质量；机械处理包括打磨、抛光等，确保基底表面的平整度和光洁度；化学处理包括酸洗、碱洗等；
预热：可以提高材料的热传导性，有助于更好地传递热量和控制熔覆过程；
定位固定：将硅片固定在夹具或支架上，确保其位置稳定，有助于保持熔覆过程中的准确性和一致性。
在激光熔覆时，通过横移驱动机构带动激光熔覆头水平横移，激光熔覆头的水平横移为匀速移动，通过旋转驱动机构带动硅片高速转动，实现整个硅片表面的全扫描全熔覆。
激光熔覆过程中的激光功率控制在20W-2KW之间，激光熔覆头的照射面积控制在1mm*1mm至2mm*2mm的范围内。
在激光熔覆过程中可通过调整熔覆参数控制熔融的深度和均匀性，从而获得所需的薄膜厚度和质量，熔覆参数包括：
激光功率：激光的功率决定了熔覆过程中材料的加热速率和熔化深度，高的功率可以实现更深的熔化，但同时会增加热影响区域；
扫描速度：扫描速度决定了激光束在材料表面上的停留时间，快的扫描速度可以减少热输入和热影响区域，但会导致浅的熔化；
焦点位置：激光束的焦点位置决定了熔覆层的形成位置和形状，焦点位置的调整可以改变熔覆层的深度和宽度；
激光束直径：激光束的直径决定了熔覆层的精细度和分辨率，小的激光束直径可以实现更高的精细度，但会增加熔覆时间和成本；大的激光束直径能提高熔覆速度，但会牺牲精细度；
激光脉冲频率：激光脉冲频率决定了激光束的脉冲数和频率，高的脉冲频率可以实现更高的熔覆速度，但会降低熔覆质量；低的脉冲频率可以提高熔覆质量，但会降低熔覆速度。
熔覆后的硅片冷却通过以下方式实现：
建立适当的冷却系统将冷却介质输送至硅片基底的表面，根据熔覆工艺要求、并通过调节冷却介质的流量和温度控制硅片的冷却速率；
其中，冷却介质采用水、空气或惰性气体中的任意一种；冷却系统选用喷淋、喷雾、浸泡、管道或是冷却器中的任意一种。
冷却时需确保基底能够均匀冷却，避免局部过热或过冷。
本发明还提供了一种薄膜，通过一种薄膜制备工艺制备而成。
包括熔覆在硅片上的薄膜主体，所述薄膜主体包括单晶硅层和熔覆在单晶硅层上的SiO2氧化膜层。
传统APCVD形成的氧化膜SiO2，在5％稀HF中，SiO2腐蚀速率5-10A埃米/秒；相较传统CVD薄膜，本方案形成的薄膜膜厚均匀性从5-10％改善为1-3％。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种薄膜制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、准备基底；选择合适的硅片，并将硅片的表面进行清洗，去除污垢、油脂和氧化物，确保硅片的附着性和质量；
S2、准备激光材料：选用高纯石英粉末作为激光材料；
S3、激光熔覆：在激光熔覆头上喷射高纯石英粉末，并适当控制激光功率，照射在硅片表面，即可在硅片表面熔覆一层1000埃米-20000埃米的SiO2氧化膜层；
S4、冷却：激光熔覆完成后，将硅片冷却至室温，使SiO2氧化膜固化。
2.根据权利要求1所述的一种薄膜制备工艺，其特征在于：在准备基底材料时，还需对硅片进行如下操作：
表面处理，处理方式包括机械处理和化学处理，用于提高基底的附着性和表面质量；
预热：可以提高材料的热传导性，有助于更好地传递热量和控制熔覆过程；
定位固定：将硅片固定在夹具或支架上，确保其位置稳定，有助于保持熔覆过程中的准确性和一致性。
3.根据权利要求1所述的一种薄膜制备工艺，其特征在于：在激光熔覆时，通过横移驱动机构带动激光熔覆头水平横移，通过旋转驱动机构带动硅片高速转动，实现整个硅片表面的全扫描全熔覆。
4.根据权利要求1所述的一种薄膜制备工艺，其特征在于：激光熔覆过程中的激光功率控制在20W-2KW之间，激光熔覆头的照射面积控制在1mm*1mm至2mm*2mm的范围内。
5.根据权利要求1所述的一种薄膜制备工艺，其特征在于：在激光熔覆过程中可通过调整熔覆参数控制熔融的深度和均匀性，熔覆参数包括：
激光功率：激光的功率决定了熔覆过程中材料的加热速率和熔化深度，高的功率可以实现更深的熔化，但同时会增加热影响区域；
扫描速度：扫描速度决定了激光束在材料表面上的停留时间，快的扫描速度可以减少热输入和热影响区域，但会导致浅的熔化；
焦点位置：激光束的焦点位置决定了熔覆层的形成位置和形状，焦点位置的调整可以改变熔覆层的深度和宽度；
激光束直径：激光束的直径决定了熔覆层的精细度和分辨率，小的激光束直径可以实现更高的精细度，但会增加熔覆时间和成本；大的激光束直径能提高熔覆速度，但会牺牲精细度；
激光脉冲频率：激光脉冲频率决定了激光束的脉冲数和频率，高的脉冲频率可以实现更高的熔覆速度，但会降低熔覆质量；低的脉冲频率可以提高熔覆质量，但会降低熔覆速度。
6.根据权利要求1所述的一种薄膜制备工艺，其特征在于：熔覆后的硅片冷却通过以下方式实现：
建立适当的冷却系统将冷却介质输送至硅片基底的表面，根据熔覆工艺要求、并通过调节冷却介质的流量和温度控制硅片的冷却速率；
其中，冷却介质采用水、空气或惰性气体中的任意一种；冷却系统选用喷淋、喷雾、浸泡、管道或是冷却器中的任意一种。
7.一种薄膜，其特征在于：通过权利要求1-6任意一项所述的一种薄膜制备工艺制备而成。
8.根据权利要求7所述的一种薄膜，其特征在于：包括熔覆在硅片上的薄膜主体，所述薄膜主体包括单晶硅层和熔覆在单晶硅层上的SiO2氧化膜层。
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| CN202311682757.9A CN117672816A (zh) | 2023-12-08 | 2023-12-08 | 一种薄膜及其制备工艺 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202311682757.9A Pending CN117672816A (zh) | 2023-12-08 | 2023-12-08 | 一种薄膜及其制备工艺 |
Country Status (1)
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2023
- 2023-12-08 CN CN202311682757.9A patent/CN117672816A/zh active Pending
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