高效刻蚀 WSe₂新方案！CIONE-LF 等离子体系统实操

时间：2025-11-10来源：点击次数：0次

二维（2D）纳米片半导体凭借在未来纳米电子学和光电子学领域的巨大应用潜力，成为科研热点。二硒化钨（WSe₂）作为核心二维半导体材料之一，其精准刻蚀工艺是器件制备的关键环节。近期，我们借助Femto Science 公司的CIONE-LF 选择性双模等离子体系统，成功实现了 WSe₂的温和高效刻蚀，过程与结果远超预期。

一、实验背景与初始设定

由于 WSe₂的低频等离子体刻蚀特性缺乏参考数据，为确保观察到有效材料去除，实验采用了以下初始方案：

样品结构：30nm 厚WSe₂层覆盖于285nm 厚SiO₂/p+ Si 基底之上，表面设有光刻胶（Photoresist）保护层。

核心设备：CIONE-LF-4 等离子体系统，开启反应离子刻蚀（RIE）模式（离子主导模式）。

初始参数：加载设备最大输出功率 100W，刻蚀时间设定为4 分钟（240 秒），以探索材料刻蚀特性。

二、关键工艺条件与超预期结果

1. 核心工艺参数

本底压强：80mTorr

工艺压强：500mTorr

工艺气体：100% CF₄

等离子体参数：50kHz 频率、100W 功率，开启时间4 分钟

2.突破性实验结果

总刻蚀深度达 70nm：不仅完全刻穿30nm 厚的WSe₂层，还对下方SiO₂层产生40nm 的“过刻蚀”，验证了工艺的有效性。

刻蚀速率超 15nm/min：结合已知相同条件下氧化物20nm/min 的刻蚀速率（受形成工艺影响略有差异），推算WSe₂的去除速率至少可达15nm/min，效率显著。

精准表征支持：通过原子力显微镜（AFM）测量，获得了清晰的样品形貌与轮廓数据，为工艺优化提供了可靠依据。

三、核心设备深度解析：CIONE-LF 等离子体系统

作为本次实验的关键支撑，Femto Science 推出的CIONE-LF 系列低频等离子体系统，凭借 精准调控 + 多场景适配 的核心优势，已成为半导体微纳加工领域的优选设备，其技术特性与性能表现可从以下维度深入解读：

1. 核心技术架构

CIONE-LF 系列采用低频射频等离子体发生技术，搭载 20-200kHz 宽频射频发生器，通过上下对称电极设计构建均匀等离子体环境，实现物理轰击与化学刻蚀的精准平衡。系统核心创新点在于PE/RIE 双模智能切换功能：

PE 模式（等离子体增强模式）：以化学刻蚀为主，离子能量较低，适用于有机污染物清洗、表面亲水改性等温和处理场景，例如通过氧等离子体 5 分钟处理即可构建原子级洁净基底；RIE 模式（反应离子刻蚀模式）：离子加速能量提升，物理剥离作用增强，适配高硬度薄膜刻蚀，本次 WSe₂刻蚀实验即通过该模式实现 15nm/min 以上的高效去除速率。

2. 关键性能参数与配置

系统提供 CIONE-LF4/6/8 三款梯度型号，覆盖从实验室研发到中试生产的全场景需求，核心参数如下表所示：

在气体适配性上，系统支持 CF₄、O₂、Ar 等常规气体及特殊定制气体，可根据刻蚀材料特性灵活搭配，例如针对氧化物刻蚀选用CF₄气体，针对有机残留清洗选用O₂气体。

3.技术优势与行业验证

CIONE-LF 系列的核心竞争力体现在精准度 + 稳定性+ 兼容性三大维度：

原子级工艺控制：通过闭环压强反馈系统，实现 500mTorr 级工艺压强的精准稳定，结合宽频射频调节，可将刻蚀速率控制在10-50nm/min 区间，满足不同厚度薄膜的加工需求；

权威场景背书：该系统已在《自然・电子学》等顶级期刊的研究中得到验证，助力科研团队实现二维材料的大面积完美转移，解决了器件制备中的界面污染难题；

多领域适配能力：除二维半导体刻蚀外，还可广泛应用于 MEMS 器件加工、微流控芯片制备、Parylene 涂层刻蚀等场景，其中Parylene 刻蚀速率最高可达 200nm/min，适配多元化研发需求。

此外，系统采用紧凑型设计，最大机型尺寸仅 600×615×680mm，兼顾实验室空间适配性与操作便捷性，支持手动参数调试与自动化程序运行双模式，降低工艺优化门槛。

四、应用价值与展望

本次实验首次验证了 CIONE-LF 系统在低频（20~100kHz）CF₄等离子体环境下对 WSe₂的高效刻蚀能力，15nm/min 以上的刻蚀速率与良好的工艺兼容性，为二维半导体器件的规模化制备提供了新路径。该系统凭借灵活的参数调节、稳定的性能表现，以及在《自然・电子学》研究中的权威背书，有望成为二维材料刻蚀领域的优选设备。