DRIE深反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)2

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

·L原子的彈性碰撞增加電壓和場(chǎng)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(yáng)極產(chǎn)生可見(jiàn)的光子(例如,輝光)陰極(負(fù)電壓)陽(yáng)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(xiàn)另一個(gè)電子雪崩碰撞氣體擊穿可維持?Are-EAr+e-e-causes:E目前三頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于十二點(diǎn)DC等離子體(輝光放電)雪崩放電當(dāng)e-

有足夠的能量離化氣體原子時(shí)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(dāng)有足夠電子產(chǎn)生時(shí)，可維持放電過(guò)程因?yàn)殡妶?chǎng)集中在產(chǎn)生電子的陰極處，因此不需高電壓目前四頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于十二點(diǎn)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(kāi)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(chǎng)(電壓跌落很大)無(wú)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(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于十二點(diǎn)什么是“干法”刻蝕?在濕法腐蝕液中,腐蝕反應(yīng)劑來(lái)自與液體中在

干法

腐蝕中,腐蝕反應(yīng)劑來(lái)自于氣體或氣相源

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

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

腐蝕的特點(diǎn)選擇性非常高腐蝕速率快各向同性XeF2AdsorbXeFF目前八頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于十二點(diǎn)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(yīng)高頻電場(chǎng)的變化CF4F+e-F+e-F+e-F+e-AnodeCathode-Vbiase-+CF4→CF3++F+2e-目前九頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于十二點(diǎn)干法刻蝕工藝的類(lèi)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(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于十二點(diǎn)干法刻蝕工藝的類(lèi)型腐蝕類(lèi)型

能量

壓力氣體/蒸汽

腐蝕

無(wú)

高

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

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

-方向性,物理&化學(xué),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(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于十二點(diǎn)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(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于十二點(diǎn)

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(huì)腐蝕Si形成SiF2

和SiF4等離子的作用是產(chǎn)生能穿透SiF2類(lèi)型的表面的F目前十三頁(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于十二點(diǎn)干法刻蝕的各向異性若腐蝕是純化學(xué)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(dá)陰極(-V)SiO2

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

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

等離子會(huì)在樣品表面淀積含碳?xì)埩粑?不揮發(fā))稱(chēng)為POLYMERIZATIONSiO2

表面形成的殘留比Si表面少一些碳和SiO2中的O2

反應(yīng)形成可揮發(fā)的CO和CO2

控制Si和SiO2

相對(duì)腐蝕速率可有效控制選擇性對(duì)每種腐蝕腔來(lái)說(shuō)，正確的設(shè)置還是得依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)?zāi)壳笆?yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于十二點(diǎn)盡管CF4只腐蝕Si,當(dāng)更多的Si表面暴露時(shí),更多的F被消耗掉，導(dǎo)致F/C減小，腐蝕減慢加入H2

消耗F–易導(dǎo)致polymerization加入O2

消耗C–導(dǎo)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(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于十二點(diǎn)時(shí)間復(fù)用深腐蝕每步的相對(duì)長(zhǎng)度影響側(cè)墻的斜率開(kāi)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(yè)\總數(shù)二十一頁(yè)\編于十二點(diǎn)DRIE扇形過(guò)刻扇形過(guò)刻

深度50~300nm