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(5)等离子体刻蚀的基本方法
如图5.2所示,等离子体刻蚀有以下几种基本方法:溅射法、化学法、能量离子增强法、能量离子防护法。
图5.2等离子体刻蚀的几种基本方法示意图
图5.2为等离子体刻蚀的几种基本方法示意图。(a)溅射法是由于能量离子的撞击而引起表面物质的原子急速蒸发和向外喷射的纯物理过程,这种方法选择性差,易引起器件损伤。(b)化学法是在化学方法刻蚀中,等离子体使中性原子基活化,从而产生了刻蚀剂,化学法刻蚀是各向同性的。(c)能量离子增强刻蚀法是将一定能量的离子垂直轰击在被刻蚀物质的表面,而被刻蚀物质的边壁上离子通量甚小。能量离子的作用一方面使得化学反应容易发生,另一方面使得这种反应具有方向性、各向异性。(d)能量离子防护刻蚀法是将一种防腐蚀剂镀于衬底表面从而形成一种防护膜,它与活化中性粒子刻蚀剂不起作用,但适当的离子通量可以破坏这种防护膜。由于防护膜表面与离子通量成直角,所以化学反应在竖直方向上发生。但边壁上的防腐剂保护侧壁免遭腐蚀,因而刻蚀是各向异性的。
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2.反应离子刻蚀
(1)反应离子刻蚀的基本原理
反应离子刻蚀是利用高频电场下气体辉光放电产生离子轰击的物理效应和活性粒子的化学效应相结合来实现加工目的的一种技术。一般来说,它具有较高的刻蚀速率、良好的方向性和选择性,能刻蚀精细结构的图形。图5.3是反应离子刻蚀系统简图。仪器整个真空壁接地作为阳极,阴极是功率电极,阴极侧面的接地屏蔽罩可防止功率电极受到溅射。要刻蚀的样品放在功率电极上,刻蚀气体按照一定的工作压力和搭配比例充满整个反应室。将反应腔中的刻蚀气体加上大于气体击穿临界值的高频电场,在强电场作用下,被高频电场加速的杂散电子与气体分子或原子进行随机碰撞,当电子能量大到一定程度时,随机碰撞变为非弹性碰撞,产生二次电子发射,它们又进一步与气体分子碰撞,不断激发或电离气体分子。这种激烈碰撞引起电离和复合,当电子的产生和消失过程达到平衡时,放电能不断地维持下去。由非弹性碰撞产生的离子、电子及游离基游离态的原子、分子或原子团也是等离子体,具有很强的化学活性,可与被刻蚀样品表面的原子起化学反应,形成挥发性物质,达到刻蚀样品表层的目的。同时由于阴极附近的电场方向垂直于阴极表面,高能离子在一定的工作压力下垂直地射向样品表面,进行物理轰击,使得反应离子刻蚀具有很好的各向异性。
图5.3反应离子刻蚀系统简图
(2)反应离子刻蚀的优点
反应离子刻蚀方式兼具非等向性及高选择比等双重优点。刻蚀的进行主要靠化学反应来达成,并通过这种方式获得高选择比。加入离子撞击的作用有两个:一是将待刻蚀物质表面的原子键结破坏,以加快刻蚀速率;二是将再沉积于待刻蚀物质表面的产物或聚合物(Polymer)打掉,以便待刻蚀物质表面能再与反应刻蚀气体接触。非等向性刻蚀的达成,则是靠再沉积的产物或聚合物,沉积于待刻蚀图形上,在表面的沉积物可被离子打掉,刻蚀可继续进行,而在侧壁上的沉积物,因未受离子的撞击而保留下来,阻隔了表面与反应刻蚀气体的接触,使得侧壁不受侵蚀,从而获得非等向性蚀刻。
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