等离子刻蚀工艺.docx

等离子刻蚀工艺 干法刻蚀技术是一个非常广泛的概念。所有不涉及化学腐蚀液体的刻蚀技术或者材料加工技术都是干法，刻蚀则代表材料的加工是从表面通过逐层剥离的方法形成事先设计的图形或结构。在所有的干法加工技术中，等离子刻蚀技术是应用最广泛的，也是微纳米加工能力最强的技术。它是在等离子体中发生的，等离子体是在电场作用下产生的。对气体通电，使气体被电离，随着气体分子的大量电离，气体由最初的绝缘状态变为导电状态，有电流通过，形成电场。同时空间的自由电子也会不断与气体离子碰撞复合，恢复为气体原子。最终电离与复合达到平衡态，在空间形成等离子体。气体离子恢复到原子态会以光子形式释放能量，产生辉光，所以产生等离子体的过程又称为辉光放电过程。 如上所诉，等离子刻蚀过程是一个非常复杂的物理与化学过程，有多种可调控的参数，例如气体流量，压力与放电功率等。每一个参数都会在某种程度上影响最后的刻蚀效果。一次成功的刻蚀取决于如何调整上述参数以实现所需的抗蚀比，刻蚀速率和均匀性。 实验方案 本实验利用等离子体干法刻蚀机对硅的氧化物进行刻蚀，以志圣刻蚀机为实验平台，刻蚀机参数变化范围如表1所示，以CF4，O2作为刻蚀气体进行了刻蚀实验。实验目的是研究射频功率W，自偏压和气体流量等参数对刻蚀速率的影响，验证刻蚀结果的好坏主要考察选择比（抗蚀比），刻蚀速率和均匀性。我们以加工相应的二氧化硅为样片来进行实验。 表1 设备稳定运行工艺参数 压力 CF4 O2 功率 55PA 360 60 800W 实验结果分析 气体流量 被刻蚀材料表面的原子与反应气体离子或自由基相互反应生成气体产物是反应离子刻蚀的主导过程，因此刻蚀速率直接与反应气体供给的速率有关。在压强不变的条件下，流速台快，将导致反应气体分子在反应腔体停留时间缩短，因为维持压强不变意味着必须增加抽速度。如果等离子体放电功率不变，则能够产生的反应气体活性离子减少，导致刻蚀速率下降。反之，如果流速台低，被消耗掉的反应气体得不到及时供给，也会导致刻蚀速率降低。 改变CF4流量 随着CH4流量的增加，刻蚀速率升高，刻蚀均匀性变差，因为边缘的刻蚀速率变慢。 压力 等离子刻蚀一般都工作在低气压的条件下。在低气压下，气体分子密度降低，电子自由度增加，因而电子在每两次碰撞之间的加速度能量增加，使电离几率增加。低气压的另一个好处是离子之间，离子与原子之间的碰撞减少，离子对材料表面刻蚀的方向性改善，即横向速率降低，使刻蚀的各向异性增强。低气压也有利于挥发性产物迅速离开刻蚀表面，增加反应速率，从而增加刻蚀速率。在低气压条件下，化学活性分子数目降低，离子能量增加，使离子轰击刻蚀占主导地位。反之则化学活性分子数目增加，化学反应占主导地位，刻蚀趋于各向同性。但如果气压太低，辉光放电无法维持。随着气压降低，气体分子数目减少，空间离子数目也降低，同样导致刻蚀速率的降低。因此，反应离子刻蚀存在一个最佳工作气压，在这一气压可获得最高的刻蚀速率。 在其他条件不变的情况下，只对压力进行拉偏实验，随着压力的升高，刻蚀速率下降，刻蚀均匀性先好后差。压力对均匀性产生的这种影响是因为，压力低时，刻蚀速率中间快边缘慢，压力高时，刻蚀速率中间慢边缘快。 功率 输入的放电功率增加将导致电子能量增加，使电离几率增加，所以增加放电功率一般会增加刻蚀速率。增加放电功率使刻蚀速率增加的另一机理是离子对材料表面的轰击增加，因为阴极区的电场时由放电空间电子积累产生的，是对离子加速的电场。电离几率越高，空间电子越多，阴极区的负电场就越强。离子轰击不但可以增加刻蚀速率，而且可以增强刻蚀的各向异性度，因为离子轰击过程是物理溅射，对掩摸材料和被刻蚀样品没有选择，因此离子轰击会对掩摸损失，降低掩摸的抗刻蚀比。 在其他条件不变的情况下，只对功率进行拉偏实验，结果显示，功率增加，刻蚀速率中间比边缘快，均匀性先差后好，总刻蚀速率增加。 该优化方案可以实现较高的刻蚀速率和较好的刻蚀均匀性，具有良好的性价比。