高效刻蝕 WSe?新方案！CIONE-LF 等離子體系統實操

來源：發布時間：2025-11-10

二維（2D）納米片半導體憑借在未來納米電子學和光電子學領域的巨大應用潛力，成為科研熱點。二硒化鎢（WSe?）作為**二維半導體材料之一，其精細刻蝕工藝是器件制備的關鍵環節。近期，我們借助 Femto Science 公司的CIONE-LF 選擇性雙模等離子體系統，成功實現了 WSe?的溫和高效刻蝕，過程與結果遠超預期。

一、實驗背景與初始設定

由于 WSe?的低頻等離子體刻蝕特性缺乏參考數據，為確保觀察到有效材料去除，實驗采用了以下初始方案：

樣品結構：30nm 厚 WSe?層覆蓋于 285nm 厚 SiO?/p+ Si 基底之上，表面設有光刻膠（Photoresist）保護層。

**設備：CIONE-LF-4 等離子體系統，開啟反應離子刻蝕（RIE）模式（離子主導模式）。

初始參數：加載設備最大輸出功率 100W，刻蝕時間設定為 4 分鐘（240 秒），以探索材料刻蝕特性。

二、關鍵工藝條件與超預期結果

1. **工藝參數

本底壓強：80mTorr

工藝壓強：500mTorr

工藝氣體：100% CF?

等離子體參數：50kHz 頻率、100W 功率，開啟時間 4 分鐘

2. 突破性實驗結果

from clipboard

總刻蝕深度達 70nm：不僅完全刻穿 30nm 厚的 WSe?層，還對下方 SiO?層產生 40nm 的 “過刻蝕”，驗證了工藝的有效性。

刻蝕速率超 15nm/min：結合已知相同條件下氧化物 20nm/min 的刻蝕速率（受形成工藝影響略有差異），推算 WSe?的去除速率至少可達 15nm/min，效率***。精細表征支持：通過原子力顯微鏡（AFM）測量，獲得了清晰的樣品形貌與輪廓數據，為工藝優化提供了可靠依據。

from clipboard

三、**設備深度解析：CIONE-LF 等離子體系統

作為本次實驗的關鍵支撐，Femto Science 推出的 CIONE-LF 系列低頻等離子體系統，憑借精細調控 + 多場景適配的**優勢，已成為半導體微納加工領域的推薦設備，其技術特性與性能表現可從以下維度深入解讀：

1. **技術架構

CIONE-LF 系列采用低頻射頻等離子體發生技術，搭載 20-200kHz 寬頻射頻發生器，通過上下對稱電極設計構建均勻等離子體環境，實現物理轟擊與化學刻蝕的精細平衡。系統**創新點在于PE/RIE 雙模智能切換功能：

PE 模式（等離子體增強模式）：以化學刻蝕為主，離子能量較低，適用于有機污染物清洗、表面親水改性等溫和處理場景，例如通過氧等離子體 5 分鐘處理即可構建原子級潔凈基底；RIE 模式（反應離子刻蝕模式）：離子加速能量提升，物理剝離作用增強，適配高硬度薄膜刻蝕，本次 WSe?刻蝕實驗即通過該模式實現 15nm/min 以上的高效去除速率。

2. 關鍵性能參數與配置

系統提供 CIONE-LF4/6/8 三款梯度型號，覆蓋從實驗室研發到中試生產的全場景需求，**參數如下表所示：

from clipboard

在氣體適配性上，系統支持 CF?、O?、Ar 等常規氣體及特殊定制氣體，可根據刻蝕材料特性靈活搭配，例如針對氧化物刻蝕選用 CF?氣體，針對有機殘留清洗選用 O?氣體。

2. 技術優勢與行業驗證

CIONE-LF 系列的核心競爭力體現在精細度 + 穩定性 + 兼容性三大維度：

原子級工藝控制：通過閉環壓強反饋系統，實現 500mTorr 級工藝壓強的精細穩定，結合寬頻射頻調節，可將刻蝕速率控制在 10-50nm/min 區間，滿足不同厚度薄膜的加工需求；

**場景背書：該系統已在《自然?電子學》等前列期刊的研究中得到驗證，助力科研團隊實現二維材料的大面積完美轉移，解決了器件制備中的界面污染難題；

多領域適配能力：除二維半導體刻蝕外，還可廣泛應用于 MEMS 器件加工、微流控芯片制備、Parylene 涂層刻蝕等場景，其中 Parylene 刻蝕速率比較高可達 200nm/min，適配多元化研發需求。

此外，系統采用緊湊型設計，比較大機型尺寸* 600×615×680mm，兼顧實驗室空間適配性與操作便捷性，支持手動參數調試與自動化程序運行雙模式，降低工藝優化門檻。

四、應用價值與展望

本次實驗***驗證了 CIONE-LF 系統在低頻（20~100kHz）CF?等離子體環境下對 WSe?的高效刻蝕能力，15nm/min 以上的刻蝕速率與良好的工藝兼容性，為二維半導體器件的規模化制備提供了新路徑。該系統憑借靈活的參數調節、穩定的性能表現，以及在《自然?電子學》研究中的**背書，有望成為二維材料刻蝕領域的推薦設備。

關注我們了解更多內容

from clipboard