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刻蝕工藝分為干法刻蝕(DryEtching)和濕法刻蝕(WetEtching)兩大類。干法刻蝕主要依靠等離子體技術(shù)對薄膜材料進(jìn)行刻蝕,是微納加工中廣泛應(yīng)用的重要工藝之一。在干法刻蝕過程中,特定氣體被激發(fā)為等離子體狀態(tài),極大地增強(qiáng)了化學(xué)活性。根據(jù)被刻蝕材料的特性選擇合適的氣體,可使其與材料表面發(fā)生快速反應(yīng),實(shí)現(xiàn)材料的選擇性去除。

反應(yīng)離子刻蝕是一種結(jié)合了等離子體化學(xué)反應(yīng)(化學(xué)刻蝕)和高能離子轟擊(物理刻蝕)的刻蝕工藝。RIE過程中,在電場作用下,氣體被激發(fā)為高能離子,直接轟擊材料表面,產(chǎn)生物理刻蝕效應(yīng)。同時,引入特定的反應(yīng)性氣體,這些氣體與材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成易揮發(fā)的反應(yīng)產(chǎn)物,從而加速材料去除過程。

反應(yīng)離子刻蝕機(jī)的主要調(diào)節(jié)參數(shù)

反應(yīng)離子刻蝕機(jī)的調(diào)節(jié)參數(shù)主要包括放電功率、反應(yīng)室壓強(qiáng)、刻蝕氣體流速等。

放電功率

對刻蝕速率影響最大的參數(shù)是刻蝕功率。隨著功率的增大,反應(yīng)氣體的電離幾率和電子的能量均隨著增大,從而提高了離子對樣品表面的轟擊作用以及化學(xué)反應(yīng)速率。但當(dāng)功率增大到特定值時,腔室中的離化分子數(shù)會達(dá)到飽和狀態(tài),此時繼續(xù)增大功率對刻蝕速率的提高已不明顯。此外,由于離子轟擊作用隨功率增大而逐漸增大,該作用對被刻蝕樣品和掩膜材料的去除作用是相同的,進(jìn)而會增大掩膜的去除速率,從而降低了刻蝕的選擇比,因此功率應(yīng)在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

反應(yīng)室壓強(qiáng)

對刻蝕速率影響最大的參數(shù)是刻蝕功率。隨著功率的增大,反應(yīng)氣體的電離幾率和電子的能量均隨著增大,從而提高了離子對樣品表面的轟擊作用以及化學(xué)反應(yīng)速率。但當(dāng)功率增大到特定值時,腔室中的離化分子數(shù)會達(dá)到飽和狀態(tài),此時繼續(xù)增大功率對刻蝕速率的提高已不明顯。此外,由于離子轟擊作用隨功率增大而逐漸增大,該作用對被刻蝕樣品和掩膜材料的去除作用是相同的,進(jìn)而會增大掩膜的去除速率,從而降低了刻蝕的選擇比,因此功率應(yīng)在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

刻蝕氣體流速

反應(yīng)氣體的流速是另一個影響刻蝕速度的參數(shù)。由于反應(yīng)離子刻蝕的基本原理是通過反應(yīng)氣體離子與被刻蝕樣品表面的原子反應(yīng)生成揮發(fā)性產(chǎn)物,進(jìn)而去除樣品表面材料,因此氣體的流速對刻蝕過程有很重要的影響。在其它刻蝕參數(shù)保持不變的條件下,氣體流速過快會導(dǎo)致反應(yīng)氣體未離子化便被抽出了反應(yīng)室,真正起作用的反應(yīng)氣體活化離子數(shù)目減少,刻蝕速率受到抑制;而若氣體流速過低,由于腔室內(nèi)反應(yīng)氣體供應(yīng)不足,也會影響刻蝕的速率。