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電感耦合等離子刻蝕機中,對刻蝕結果有重要影響的幾個工藝參數分別是:刻蝕氣體、射頻功率以及DC偏壓、腔體氣壓、溫度、掩膜材料以及掩膜的形貌等,這幾個關鍵工藝參數對刻蝕過程以及刻蝕結果的影響如下:

(1) 刻蝕氣體:

刻蝕氣體的選擇,應使對待刻蝕材料有較強腐蝕性,但是對待刻蝕材料的下層材料和掩膜材料有相對較低的腐蝕作用的適當氣體,兩者的對比越明顯,即刻蝕過程的選擇度更高。氣體的配比決定刻蝕結果側壁的形貌,不同氣體組合,刻蝕過程中的物理過程和化學過程的比重不同,則各向異性的程度不同,側壁形貌不同。氣體的流量影響刻蝕速率,較大的氣體流量增加了刻蝕的物理作用和化學作用,刻蝕速率提高。

(2) 射頻功率:

射頻功率影響著氣體的電離程度和DC偏壓,當射頻功率較高時,氣體更大程度地電離,產生更多的活性自由基和離子,刻蝕過程中的化學作用增加從而提高了刻蝕速率。射頻功率增加導致DC偏置增加,離子加速后的能量增加,對樣品表面的物理撞擊作用增強,物理刻蝕效果增強提高刻蝕速率。由于射頻功率增加時,化學刻蝕效果增強導致側壁的陡直度降低,物理刻蝕效果的增強導致樣品表面粗糙度增加,因此在刻蝕速率和刻蝕形貌之間權衡,應選擇合適的射頻功率。

(3) 壓強:

壓強值較大時,離子的平均自由程降低,粒子之間的碰撞增加導致離子能量下降,從而使刻蝕速率下降。當壓強升高離子碰撞增加時,離子接近樣品表面時的垂直度也隨之降低,導致刻蝕結果的側壁的陡直度下降。在5~12mTorr的范圍內,壓強對側壁形貌的影響不大。

(4) 溫度:

刻蝕過程中要控制好基片的溫度,尤其是光刻膠作為掩膜材料的時候,光刻膠對溫度敏感,控制好溫度防止光刻膠在刻蝕過程中受熱熔化變形甚至炭化,影響刻蝕形貌和均勻性。無論是刻蝕的物理過程還是化學過程都對溫度非常敏感,如果溫度控制不夠好,晶圓各處的刻蝕結果不一致,影響刻蝕過程的均勻性。

(5) 掩膜:

掩膜材料的選擇應保證對下層材料做到合適的保護并在刻蝕完成后,可以選擇性地去除,在此過程中盡可能減少對樣品的污染和傷害。常用的作為掩膜的材料有光刻膠、氧化硅和氮化硅等。首先要保證刻蝕過程對掩膜材料的刻蝕速率遠小于對待刻蝕材料的刻蝕速率,保證較高的選擇比。光刻膠作為掩膜,工藝步驟簡單,僅需要一步光刻即可,同時光刻膠的去除簡單,可以用丙酮等有機溶劑溶解,也可以使用氧氣刻刻蝕的方法去除光刻膠。其工藝步驟簡單,引入的污染和損傷較少,但光刻膠對溫度和光照等環境因素敏感,在刻蝕過程中可能變形或熔化,影響刻蝕形貌。二氧化硅等材料作為掩膜,在光刻步驟之后還需要薄膜的生長,在刻蝕完成后,去除掩膜材料時也容易使被保護材料暴露于其環境中,引入更多的污染和損傷。但是二氧化硅等材料對環境不敏感,對于保護下層材料和保持圖形形狀能起到很好的效果。根據刻蝕過程的不同,應選擇合適的掩膜材料。同時掩膜材料的圖形決定刻蝕后的圖形,若掩膜材料形貌不佳,會直接將該形貌轉移到刻蝕的圖形上,或者對待刻蝕材料起不到很好的保護作用,因此圖形的轉移質量在每一步工藝中都非常重要。