原子力显微镜案例分享 | 牛津仪器AFM助力检测刻蚀工艺中的倒角问题

研究人员发现了一种非破坏性的方法来测量经刻蚀的氮化硅 (SiN_x) 薄膜的倒角 (Undercut) 现象。这种方法借助了原子力显微镜 (AFM) 的纳米力学测量技术，且其测量值与理论值误差仅为5%。

微电子器件MEMS的制备通常都会用到刻蚀工艺，而在刻蚀工艺中，倒角 (Undercut) 现象是很难避免的，也就是说得到的结构通常会比预计多刻蚀掉一些材料。所以为了保证产品的参数及性能合规，找到一种可以准确地检测倒角现象的方法是至关重要的。然而，目前能做到同时具备非破坏性以及高空间分辨率的检测方法是十分罕见的。

来自位于合肥的中国科学技术大学的研究人员成功地利用牛津仪器AFM在纳米量级对刻蚀的倒角现象进行了测量。测试所用样品为硅基底上的氮化硅 (SiN_x) 薄膜，并通过各向同性的湿法刻蚀技术得到了圆环以及长方形图样。

AFM的纳米力学测试图可以清晰的看到有硅基底支撑的区域与悬空的区域具有明显的对比度，并且证实了随着刻蚀时间的增长倒角现象也会更加的严重。通过这些测试结果研究人员可以识别出倒角的边缘并测量倒角的长度。他们还利用了AFM的谱学测试手段测量了刻蚀速率，其结果与AFM的图像结果相吻合。经过理论计算，实验测得的结果与理论值相比其误差仅为5%左右。

以上结果表明了一种可以在纳米量级实时原位检测倒角现象的方法，这一方法对于多种微米、纳米制造工艺具有很高的价值。

Instrument used

MFP-3D Origin

Techniques used

本实验是通过牛津仪器的全功能多场耦合原子力显微镜MFP-3D Origin实现的，所用模块为接触共振粘弹性成像技术 (CR-AFM)。文中所用图像为CR-AFM的振幅图，其对比度反映了材料的机械接触刚度。文章中还利用CR-AFM技术测得了样品多个特定位置的共振频率。如研究结果所示，Origin型号AFM具有十分强大的多功能性与准确性，是多个研究领域的得力助手。

参考文献: K. Bose, C. J. Lech, B. Heddi, and A. T. Phan, High-resolution AFM structure of DNA G-wires in aqueous solution. Nat. Commun. 9, 1959 (2018). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04016-y

Citation: W. Wang, C. Ma, and Y. Chen, Measurement of undercut etching by contact resonance atomic force microscopy. Appl. Phys. Lett. 117, 023103 (2020). https://doi.org/10.1063/5.0013479

欢迎关注牛津仪器

The Bussiness of Science

400 678 0609 | www.oxinst.cn