摘要

本文簡要回顧了干法刻蝕在圖形轉移中的應用，主要是在硅技術中。它集中在概念和主題蝕刻材料的興趣在微觀力學。闡述了主要干法刻蝕技術——等離子體輔助刻蝕的基礎，介紹了反應離子刻蝕等等離子體系統的結構。RIE的一個重要特征是其實現蝕刻方向性的能力。將解釋這種方向性背后的機制和完成這一任務的各種等離子體化學。發現多步等離子體化學在一次運行中成功地用于蝕刻、釋放和鈍化微機械結構。等離子蝕刻對許多變量極其敏感，使得蝕刻結果不一致且不可再現。因此，將處理重要的等離子體參數、掩模材料及其影響。而且RIE有自己的具體問題，會制定解決方案。反應離子刻蝕工藝的結果以非線性方式取決于大量參數。因此，仔細的數據采集是必要的。此外，對于給定的工藝，需要等離子體監測來確定蝕刻終點。本文最后介紹了等離子體刻蝕的一些發展趨勢。

介紹

等離子體輔助刻蝕的基礎簡單；使用氣體輝光放電來離解和離子化相對穩定的分子，形成化學反應性和離子性物質，并選擇化學物質，使得這些物質與待蝕刻的固體反應，形成揮發性產物。等離子體蝕刻可分為單晶片和分批反應器。區分三個主要群體也很常見；(1)化學等離子體蝕刻，(2)協同反應離子蝕刻(RIE)和(3)物理離子束蝕刻(IBE)。一般來說，IBE僅顯示出正錐形輪廓、低選擇性和低蝕刻速率，而PE產生各向同性輪廓、高蝕刻速率和高選擇性。由于物理濺射與具有高蝕刻速率和高選擇性的活性物質的化學活性的協同結合，RIE能夠實現輪廓控制。

與單晶片反應器相比，間歇反應器通常具有較低的蝕刻速率，并且在較低的壓力和較低的功率密度下工作，因此大批量可以實現高產量。不幸的是，純化學等離子蝕刻系統也被稱為“等離子蝕刻系統”，聚乙烯的典型反應器類型包括桶和下游蝕刻機，其中使用微波激發等離子體。它們的特點是最少的離子轟擊和純化學蝕刻。在需要離子轟擊的應用中，可以使用平行板反應器。在對稱低壓系統中，等離子體電勢很高，兩個電極都受到高能離子的轟擊。通常很難蝕刻特定的襯底材料，因為沒有化學蝕刻劑可用。在這些情況下，通過用定向高能流濺射該層來完成圖案化。

純等離子體化學

通常基于氫和氟、氯和溴等離子體用于硅的反應離子刻蝕，刻蝕產物分別是揮發性的四氧化硅、四氧化硅、四氧化硅和四氧化硅。基于氟的等離子體通常用于各向同性蝕刻，而基于氯和溴的等離子體如氯主要用于實現各向異性蝕刻輪廓。除了氟基混合物，這些氣體特別危險(Br2或C1化合物)，建議采取特殊預防措施。

在氫硅體系中有著廣泛的表面科學活動，其中大部分都是為了發展對單晶硅暴露于氫氧化合物中產生的表面結構的理解。硅在CF4等離子體中的刻蝕，發現刻蝕速率和F原子密度之間存在線性關系，表明F原子直接參與刻蝕過程。硅基等離子體中硅的蝕刻。SF6、CF4、SiF4、NF3、XeF2或F2通常導致掩模的大的底切。Cl基等離子體(Cl2或SiCl4)的蝕刻方向性可以通過觀察到Si和SiO2在室溫下不會被Cl原子自發蝕刻來解釋，這使得僅離子誘導蝕刻成為可能。

由于含溴原子(溴單層)的硅和二氧化硅的低自發蝕刻速率，溴化學在反應離子刻蝕工藝開發中的應用受到了極大的關注。氧等離子體主要用于聚合物蝕刻，并且在硅溝槽蝕刻中很重要，因為它們能夠在之后去除聚合物殘留物。

混合等離子體化學

混合分子(例如。CCl2F2)和氣體(例如。SF6/Cl2)通常用于各向異性蝕刻。如果選擇等離子體化學，使得蝕刻抑制膜可以在溝槽的側壁形成，則定向蝕刻是可能的。通過改變相對原子密度。進料氣體中的氟氯比，可以改變溝槽輪廓。在微機械加工中使用了各種各樣的氟、氯、溴和氧基等離子體，其中含有豐富的氣體添加劑。

在CF4或SF6等離子體中加入N2氣體是蝕刻硅的另一種重要混合物，因為它增加了氟原子密度。與大多數其他氣體不同，氮氣在激發時不會離解。相反，它是以束縛激發態存在的，而不是原子或離子。物質的電子和熱離解是不一樣的。同樣，在較高的N2含量下，蝕刻將由于稀釋而減少。SF6/N2不同于SF6/O2蝕刻，因為相對更多的SF5離子可以響應偏壓，濺射可能會增加。向CF4等離子體中加入N2具有額外的效果，即由于揮發性氯化萘種類，聚合物形成減少。以同樣的方式，氟原子或氧原子與裸露的硅反應生成硅原子，氟或N2原子團可能會將硅原子變成硅原子。這種膜是弱鈍化的，因此從未用于離子抑制劑工藝。相反，這些富氟等離子體在硅的快速各向同性蝕刻中是有效的。

等離子體參數影響

等離子體蝕刻最大的缺點是它對許多變量的極端敏感性。其中一些參數是眾所周知的，如壓力、功率和流量。然而，更多情況下，目標反應堆材料和清潔度等影響會被無意忽略。與未摻雜的硅相反，高摻雜的硅在Cl2放電中自發蝕刻。氮型硅比本征硅蝕刻得更快，本征硅比p型硅蝕刻得更快，這種效應本質上不是化學性質的，因為如果摻雜劑沒有被電激活，這種效應就不存在。

溫度是RIE刻蝕中最重要的參數。它與熵和焓一起控制著反應器中的每一個能量步驟，如吸附和反應。已知許多來源可以提高襯底表面的溫度，例如(1)離子轟擊，(2)襯底表面的放熱反應，(3)射頻。渦流加熱和(4)氣體加熱。

通常，為了穩定表面溫度，通過循環水(或其他液體)穿過靶板來冷卻靶。當然，晶片必須被充分夾緊以最大化從襯底到目標的熱傳遞。或者，可以將像氦這樣的氣體添加到等離子體中，以從正面冷卻襯底，或者可以利用氦背面冷卻。

問題與解決方案

RIE是一種非常復雜的技術，需要相當長的時間才能熟悉它。不幸的是，這還不是全部RIE有自己的具體問題，本節將研究其中的一些問題。

在微觀力學中，溝槽的蝕刻深度增加，而溝槽寬度(或開口)保持不變或變得更小。縱橫比(深度、寬度)因此增加，縱橫比相關蝕刻(ARDE)將變得重要。ARDE是側壁彎曲的統稱，即。離子在沿著這些壁的軌跡期間向側壁的偏轉，輪廓的特征尺寸依賴性，即對于不同的溝槽開口觀察到不同的錐形輪廓，以及RIE滯后，即與較寬的溝槽相比，較小的溝槽被蝕刻得較慢、正滯后或較快、負滯后的效果。

反應離子刻蝕對器件性能的影響被認為是由于反應離子刻蝕相關的表面污染和襯底位移損傷。殘余損傷是指最大離子能量或通量，尤其是硅蝕刻速率。當樣品暴露在RIE等離子體中時，損傷將被引入襯底并累積。然而，與此同時，蝕刻將消耗損壞的層。因此，對于高蝕刻速率，應該觀察到很少的殘留損傷。

當前和未來趨勢

低壓反應器在泵送設備和晶片冷卻方面比傳統的RIE系統要求更高。對于反應離子刻蝕，需要一臺羅茨鼓風機和一臺渦輪泵在足夠的氣體流量下將壓力保持在10毫托以下。MIE處理的壓力接近1毫托，ECR蝕刻的壓力甚至更低。在這些低壓下適度的氣流需要非常高的泵送速度。對于30 sccm的流量，可能需要使用1500 1s-1渦輪泵。由于實現了高蝕刻速率、顯著的離子轟擊和低壓操作，晶片冷卻是一個關鍵問題。為了控制蝕刻過程，使用晶片夾具或靜電卡盤進行背面氦氣冷卻是必要的。

平行于陰極表面的磁體磁場和垂直于陰極表面的電場線(自偏置)將電子限制在陰極附近的擺線軌跡。因此，電子與氣相物質碰撞的概率增加了，離子中性比在MIE中比在RIE中大50倍。在電子回旋共振中，放電是由微波激發產生的(通常為2.45千兆赫)。當施加B = 875高斯的磁場時，磁場中電子的回旋運動和微波場之間發生共振。共振時的電子有效地將微波能量轉化為氣體物質的離解。晶片被放置在放電室下方，并且可以被射頻。或者華盛頓特區。被驅動來控制撞擊離子和自由基的能量。這使得能夠比在RIE中更好地控制蝕刻過程。
審核編輯：湯梓紅