DRIE深反應離子刻蝕技術(shù)2

DRIE深反應離子刻蝕技術(shù)演示文稿目前一頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點內(nèi)容等離子形成基礎(chǔ)干法刻蝕各向異性深反應離子刻蝕(DRIE)目前二頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點等離子產(chǎn)生無外加電壓包含中性原子的氣體加應用電壓自由電子被加速能量=場

·L原子的彈性碰撞增加電壓和場能量電子離化或激發(fā)氣體原子激發(fā)的氣體原子回到陽極產(chǎn)生可見的光子(例如,輝光)陰極(負電壓)陽極(地)中性氣體原子(Ar)壓力:5mtorr平均自由程:~1cm間距:15cm離化氣體原子貢獻另一個電子雪崩碰撞氣體擊穿可維持?Are-EAr+e-e-causes:E目前三頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點DC等離子體(輝光放電)雪崩放電當e-

有足夠的能量離化氣體原子時產(chǎn)生不是自維持的必須產(chǎn)生電子以維持放電能量離子轟擊陰極表面產(chǎn)生二次電子當有足夠電子產(chǎn)生時，可維持放電過程因為電場集中在產(chǎn)生電子的陰極處，因此不需高電壓目前四頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點輝光放電暗區(qū)陰極暗區(qū)大量能量氣體離子移向陰極在陰極產(chǎn)生的二次電子加速離開陰極靠近陰極部分暗區(qū)中的凈電賀數(shù)為正產(chǎn)生大電場(電壓跌落很大)無輝光，原因是e-

能量很高，主要離化氣體原子很少激發(fā)電子目前五頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點什么是“干法”刻蝕?在濕法腐蝕液中,腐蝕反應劑來自與液體中在

干法

腐蝕中,腐蝕反應劑來自于氣體或氣相源

來自于氣體的原子或離子是腐蝕暴露出的薄膜的反應物SF6FFFFSiF4SF5+CF3+CF2++CF4FFSi+FDryWetSiO2H+F-H20HFOH-H2SiF4H20目前六頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點腐蝕速率腐蝕劑的產(chǎn)生若沒有腐蝕劑的產(chǎn)生，就沒有腐蝕擴散到表面腐蝕劑必須到表面才能和膜反應或腐蝕運動到表面的方式將影響到選擇比,

過刻,和均勻性吸附和表面擴散能產(chǎn)生方向選擇(isotropicoranisotropic)反應與溫度關(guān)系密切(Arrheniusrelationship)明顯影響腐蝕速率脫附若反應樣品不揮發(fā)，能停止腐蝕擴散到氣體由于未反應腐蝕劑的稀釋，導致非均勻腐蝕目前七頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點氣相干法腐蝕反應氣體表面氣體吸收,溶解,以及反應XeF2

腐蝕的特點選擇性非常高腐蝕速率快各向同性XeF2AdsorbXeFF目前八頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點RF等離子干法刻蝕RF:頻率(典型13.56MHz)電子在輝光區(qū)的震蕩需要足夠的能量以引起離化氣體離子太重，不能響應高頻電場的變化CF4F+e-F+e-F+e-F+e-AnodeCathode-Vbiase-+CF4→CF3++F+2e-目前九頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點干法刻蝕工藝的類型斷面特征取決于:能量壓力(平均自由程)偏壓方向性

晶向目前十頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點干法刻蝕工藝的類型腐蝕類型

能量

壓力氣體/蒸汽

腐蝕

無

高

-各向同性,化學,選擇性好 (760-1torr)等離子腐蝕 10~100Watts 中

-各向同性,化學,有選擇 (>100torr)反應離子腐蝕 100Watts 低

-方向性,物理&化學,有選擇 (10-100mtorr)濺射腐蝕劑100~1000Watts 低

-方向性,物理,低選擇性

(~10mtorr)目前十一頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點干法腐蝕:氣體混合Chlorofluorocarbons(CFCs)的消除材料

傳統(tǒng)氣體

新氣體Si Etching:Cl2,BCl3 SiCl4Cl2,BCl3Cl2 Passivation:C4F8,CCl4,CHF3 HBr/O2,HBr/Cl2O2,Br2SF6,SF6SiO2 CF4,C2F6,C3F8 CCl3F2,CHF3,/CF4,CHF3,/O2,CH3CHF2Si3N4 CHF3,CCl2F2 CF4/O2,CF4/H2,CH3CHF2Al Cl2,BCl3,SiCl4 HBr,Cl2,BCl3,SiCl4W SF6/Cl2/CCl4 SF6(only),NF3/Cl2

Organics O2,O2+CF4 CO,CO2,H2O,HF目前十二頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點

基于F氣體和等離子體的

Si&SiO2

的干法刻蝕是ICs&MEMS的主要刻蝕氣體CF4

不腐蝕Si，但F2

會腐蝕Si形成SiF2

和SiF4等離子的作用是產(chǎn)生能穿透SiF2類型的表面的F目前十三頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點干法刻蝕的各向異性若腐蝕是純化學的，則是各向同性的離子轟擊以損傷表面可以提高腐蝕速率產(chǎn)生斷裂鍵正離子加速到達陰極(-V)SiO2

不被腐蝕，除轟擊外(垂直)導致不同的腐蝕形貌(側(cè)邊)目前十四頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點干法刻蝕的各向異性當H2

加入到CF4中,Si的腐蝕速率降到零當偏壓增加,腐蝕速率也增加結(jié)合這兩種效應，可以實現(xiàn)非常好的各向異性腐蝕目前十五頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點不揮發(fā)殘留物的淀積CF4-H2

等離子會在樣品表面淀積含碳殘留物(不揮發(fā))稱為POLYMERIZATIONSiO2

表面形成的殘留比Si表面少一些碳和SiO2中的O2

反應形成可揮發(fā)的CO和CO2

控制Si和SiO2

相對腐蝕速率可有效控制選擇性對每種腐蝕腔來說，正確的設置還是得依賴經(jīng)驗目前十六頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點盡管CF4只腐蝕Si,當更多的Si表面暴露時,更多的F被消耗掉，導致F/C減小，腐蝕減慢加入H2

消耗F–易導致polymerization加入O2

消耗C–導致腐蝕控制Polymerization(F/C比)F/C-比高，腐蝕速率高F/C-比越低，越容易形成polymerization氣體可以控制目前十七頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點時間復用深腐蝕每步的相對長度影響側(cè)墻的斜率開始各向同性SF6

腐蝕加各向異性轟擊SF6

再腐蝕各向同性Polymer形成（C4F8）目前十八頁\總數(shù)二十一頁\編于十二點DRIE扇形過刻扇形過刻

深度50~300nm