DRIE深反应离子刻蚀技术2

DRIE深反应离子刻蚀技术演示文稿现在是1页\一共有21页\编辑于星期日内容等离子形成基础干法刻蚀各向异性深反应离子刻蚀(DRIE)现在是2页\一共有21页\编辑于星期日等离子产生无外加电压包含中性原子的气体加应用电压自由电子被加速能量=场

·L原子的弹性碰撞增加电压和场能量电子离化或激发气体原子激发的气体原子回到阳极产生可见的光子(例如,辉光)阴极(负电压)阳极(地)中性气体原子(Ar)压力:5mtorr平均自由程:~1cm间距:15cm离化气体原子贡献另一个电子雪崩碰撞气体击穿可维持?Are-EAr+e-e-causes:E现在是3页\一共有21页\编辑于星期日DC等离子体(辉光放电)雪崩放电当e-

有足够的能量离化气体原子时产生不是自维持的必须产生电子以维持放电能量离子轰击阴极表面产生二次电子当有足够电子产生时，可维持放电过程因为电场集中在产生电子的阴极处，因此不需高电压现在是4页\一共有21页\编辑于星期日辉光放电暗区阴极暗区大量能量气体离子移向阴极在阴极产生的二次电子加速离开阴极靠近阴极部分暗区中的净电贺数为正产生大电场(电压跌落很大)无辉光，原因是e-

能量很高，主要离化气体原子很少激发电子现在是5页\一共有21页\编辑于星期日什么是“干法”刻蚀?在湿法腐蚀液中,腐蚀反应剂来自与液体中在

干法

腐蚀中,腐蚀反应剂来自于气体或气相源

来自于气体的原子或离子是腐蚀暴露出的薄膜的反应物SF6FFFFSiF4SF5+CF3+CF2++CF4FFSi+FDryWetSiO2H+F-H20HFOH-H2SiF4H20现在是6页\一共有21页\编辑于星期日腐蚀速率腐蚀剂的产生若没有腐蚀剂的产生，就没有腐蚀扩散到表面腐蚀剂必须到表面才能和膜反应或腐蚀运动到表面的方式将影响到选择比,

过刻,和均匀性吸附和表面扩散能产生方向选择(isotropicoranisotropic)反应与温度关系密切(Arrheniusrelationship)明显影响腐蚀速率脱附若反应样品不挥发，能停止腐蚀扩散到气体由于未反应腐蚀剂的稀释，导致非均匀腐蚀现在是7页\一共有21页\编辑于星期日气相干法腐蚀反应气体表面气体吸收,溶解,以及反应XeF2

腐蚀的特点选择性非常高腐蚀速率快各向同性XeF2AdsorbXeFF现在是8页\一共有21页\编辑于星期日RF等离子干法刻蚀RF:频率(典型13.56MHz)电子在辉光区的震荡需要足够的能量以引起离化气体离子太重，不能响应高频电场的变化CF4F+e-F+e-F+e-F+e-AnodeCathode-Vbiase-+CF4→CF3++F+2e-现在是9页\一共有21页\编辑于星期日干法刻蚀工艺的类型断面特征取决于:能量压力(平均自由程)偏压方向性

晶向现在是10页\一共有21页\编辑于星期日干法刻蚀工艺的类型腐蚀类型

能量

压力气体/蒸汽

腐蚀

无

高

-各向同性,化学,选择性好 (760-1torr)等离子腐蚀 10~100Watts 中

-各向同性,化学,有选择 (>100torr)反应离子腐蚀 100Watts 低

-方向性,物理&化学,有选择 (10-100mtorr)溅射腐蚀剂100~1000Watts 低

-方向性,物理,低选择性

(~10mtorr)现在是11页\一共有21页\编辑于星期日干法腐蚀:气体混合Chlorofluorocarbons(CFCs)的消除材料

传统气体

新气体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现在是12页\一共有21页\编辑于星期日

基于F气体和等离子体的

Si&SiO2

的干法刻蚀是ICs&MEMS的主要刻蚀气体CF4

不腐蚀Si，但F2

会腐蚀Si形成SiF2

和SiF4等离子的作用是产生能穿透SiF2类型的表面的F现在是13页\一共有21页\编辑于星期日干法刻蚀的各向异性若腐蚀是纯化学的，则是各向同性的离子轰击以损伤表面可以提高腐蚀速率产生断裂键正离子加速到达阴极(-V)SiO2

不被腐蚀，除轰击外(垂直)导致不同的腐蚀形貌(侧边)现在是14页\一共有21页\编辑于星期日干法刻蚀的各向异性当H2

加入到CF4中,Si的腐蚀速率降到零当偏压增加,腐蚀速率也增加结合这两种效应，可以实现非常好的各向异性腐蚀现在是15页\一共有21页\编辑于星期日不挥发残留物的淀积CF4-H2

等离子会在样品表面淀积含碳残留物(不挥发)称为POLYMERIZATIONSiO2

表面形成的残留比Si表面少一些碳和SiO2中的O2

反应形成可挥发的CO和CO2

控制Si和SiO2

相对腐蚀速率可有效控制选择性对每种腐蚀腔来说，正确的设置还是得依赖经验现在是16页\一共有21页\编辑于星期日尽管CF4只腐蚀Si,当更多的Si表面暴露时,更多的F被消耗掉，导致F/C减小，腐蚀减慢加入H2

消耗F–易导致polymerization加入O2

消耗C–导致腐蚀控制Polymerization(F/C比)F/C-比高，腐蚀速率高F/C-比越低，越容易形成polymerization气体可以控制现在是17页\一共有21页\编辑于星期日时间复用深腐蚀每步的相对长度影响侧墙的斜率开始各向同性SF6

腐蚀加各向异性轰击SF6

再腐蚀各向同性Polymer形成（C4F8）现在是18页\一共有21页\编辑于星期日DRIE扇形过刻扇形过刻

深度50~300nm高度