第六讲 等离子体刻蚀 - 图文

干法体硅加工―― 深反应离子刻蚀技术

干法体硅加工的必要性：

高深宽比微结构是MEMS体系必不可少的特征之一，基于硅的优异机械特性和半导体工业的积累，硅被选择作为MEMS的主要结构材料，但是，湿法刻蚀难以实现任意形状的图形转移，复杂微结构的硅材料在高深宽比硅干法刻蚀获得进展之前是非常困难和有很多限制条件的，因此，人们在硅的深刻蚀加工方面倾注了大量的精力，因此也取得了长足进步，发展称为独具特色的专用加工设备，大有取代湿法刻蚀的趋势。 内容：

等离子体刻蚀技术 硅的刻蚀与高深宽比机制 应用

等离子体刻蚀技术

等离子体的形成

：

当一定量的化学气体进入一定压力的腔体，在上下电极加上高电压，产生电弧放电，生成大量的离子和自由电子，这种由部分离化的气体组成的气相物质被称为等离子体 对于气体分子AB，其等离子体中可能含有： A,B,A,B,AB,A,B,AB，e

其中激发态的粒子会自发放电，产生辉光，称为辉光放电现象。于是：

直流激发的辉光放电被称为直流辉光放电 射频电流激发的放电就称为射频放电

对于直流等离子体反应，其典型气压约在1mTorr，典型装置如下：

+

+

+

*

*

*

平板间距决定了激发电源的电压，大约是5厘米对应500V，10厘米对应1000V的水平

处于两极之间的等离子体，正电粒子向负极运动，电子向正极运动，电子更快。

离子最终撞击阴极将产生更多的二次电子，二次电子再向正极运动，并被极间电场加速，当能量足够高时，与腔室内的气体分子碰撞，又可以产生新的离子，如此反复，就可以维持腔室内一定区域的等离子状态。

研究表明：等离子体中绝大多数仍为气体分子，自由基和带电粒子只占很小部分，对于简单的直流放电等离子体，自由基约占1%，而离子更是只有大约0.01%

因此，一般等离子体刻蚀反应主要是由自由基去完成的

对于表面不导电的介质薄膜，直流辉光放电产生的等离子体电荷会积聚在绝缘层的表面，最终导致极间电场消失，等离子体也会耗尽。

为此，以交变的电压激发等离子体，使之交替驱动带电粒子轰击两个电极，当高频电压的频率大于10KHz（如13.56MHz），气体中的离子便跟不上电压的变化，而自由电子在电场作用下加速，获得能量。

等离子体中的电子不但与气体原子发生碰撞，气体被离子化，又产生更多的电子，并产生新的原子，分子和离子等，增大了等离子体密度；而且也会直接轰击电极表面，发生能量交换和反应，与具有一定能量和活性的原子、原子团、离子等基团一起，通过化学反应和物理轰击刻蚀电极上的材料，从而达到图形转移的效果，这就是等离子体刻蚀。

高密度等离子体

常规等离子体中有效的自由基和离子数量太少，许多时候希望它能够增大以改善工作能力，特别是刻蚀速率。

目前有三种方法提高等离子体中有效成份的含量，它们统称高密度等离子体技术：

电感偶合（ICP），磁控，电子回旋共振（ECR） 等离子体中有效成份主要来源于电子与气体的碰撞，那么，延长电子的寿命，增加碰撞几率便是首选之途

磁控可以以这样的原理增加电子的形成和密度：

一个电子被加速电压驱使离开阴极表面之后，磁场力使它作圆周运动，运动一段距离之后，它又回到了阴极（如果没有发生碰撞），如此，则电子密度大幅度增加，于是，碰撞几率增加，有效成份增加。

ECR也是类似的机制，只是他使用磁场加交变电场，可以在延长电子运动距离的同时增加其自身能量。

ICP则用交变的电流经由加在线圈上，产生磁场，稳定等离子体，增加有效成份。

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