利用 Al(CH$_3$)$_3$ 与 H$_2$/SF$_6$ 等离子体顺序暴露进行 SiO$_2$ 的原子层刻蚀
应用物理
2025-09-04 v1 材料科学
摘要
基于 SiO 的片上光子器件因在微谐振器陀螺仪和微波源等领域的应用而备受关注。尽管 SiO 微盘谐振器已实现超过十亿的品质因数，但由于表面粗糙度散射，该值仍比本征极限低一个数量级。原子层刻蚀（ALE）因其能将表面平滑至亚纳米尺度的能力，有望减轻这种散射。虽然已有关于 SiO 各向同性 ALE 工艺的报道，但它们通常与商业反应器不兼容，且其对表面粗糙度的影响尚未得到研究。在此，我们报告了一种利用 Al(CH)（三甲基铝，TMA）和 Ar/H/SF 等离子体顺序暴露的 SiO ALE 工艺。我们发现每个工艺步骤都是自限制的，且整个工艺表现出 100% 的协同性。我们观察到热生长 SiO 的刻蚀速率高达每循环 0.58 \r{A}，而对于 ALD、PECVD 和溅射 SiO 则具有更高的速率，高达每循环 2.38 \r{A}。此外，我们观察到粗糙化薄膜的表面粗糙度降低了 62%。Al 和 F 的残余浓度约为 1-2%，可通过 O 等离子体处理进一步降低。该工艺可应用于 SiO 光学器件的平滑处理，从而使器件品质因数能够接近由本征耗散设定的极限。
引用
@article{arxiv.2405.05491,
title = {Atomic layer etching of SiO$_2$ using sequential exposures of Al(CH$_3$)$_3$ and H$_2$/SF$_6$ plasma},
author = {David Catherall and Azmain Hossain and Austin Minnich},
journal= {arXiv preprint arXiv:2405.05491},
year = {2025}
}
备注
19 pages, 8 figures, 1 table