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刻蝕工藝分為干法刻蝕(DryEtching)和濕法刻蝕(WetEtching)兩大類。干法刻蝕主要依靠等離子體技術對薄膜材料進行刻蝕,是微納加工中廣泛應用的重要工藝之一。在干法刻蝕過程中,特定氣體被激發為等離子體狀態,極大地增強了化學活性。根據被刻蝕材料的特性選擇合適的氣體,可使其與材料表面發生快速反應,實現材料的選擇性去除。

反應離子刻蝕是一種結合了等離子體化學反應(化學刻蝕)和高能離子轟擊(物理刻蝕)的刻蝕工藝。RIE過程中,在電場作用下,氣體被激發為高能離子,直接轟擊材料表面,產生物理刻蝕效應。同時,引入特定的反應性氣體,這些氣體與材料表面發生化學反應,生成易揮發的反應產物,從而加速材料去除過程。

反應離子刻蝕機的主要調節參數

反應離子刻蝕機的調節參數主要包括放電功率、反應室壓強、刻蝕氣體流速等。

放電功率

對刻蝕速率影響最大的參數是刻蝕功率。隨著功率的增大,反應氣體的電離幾率和電子的能量均隨著增大,從而提高了離子對樣品表面的轟擊作用以及化學反應速率。但當功率增大到特定值時,腔室中的離化分子數會達到飽和狀態,此時繼續增大功率對刻蝕速率的提高已不明顯。此外,由于離子轟擊作用隨功率增大而逐漸增大,該作用對被刻蝕樣品和掩膜材料的去除作用是相同的,進而會增大掩膜的去除速率,從而降低了刻蝕的選擇比,因此功率應在一定范圍內進行調節。

反應室壓強

對刻蝕速率影響最大的參數是刻蝕功率。隨著功率的增大,反應氣體的電離幾率和電子的能量均隨著增大,從而提高了離子對樣品表面的轟擊作用以及化學反應速率。但當功率增大到特定值時,腔室中的離化分子數會達到飽和狀態,此時繼續增大功率對刻蝕速率的提高已不明顯。此外,由于離子轟擊作用隨功率增大而逐漸增大,該作用對被刻蝕樣品和掩膜材料的去除作用是相同的,進而會增大掩膜的去除速率,從而降低了刻蝕的選擇比,因此功率應在一定范圍內進行調節。

刻蝕氣體流速

反應氣體的流速是另一個影響刻蝕速度的參數。由于反應離子刻蝕的基本原理是通過反應氣體離子與被刻蝕樣品表面的原子反應生成揮發性產物,進而去除樣品表面材料,因此氣體的流速對刻蝕過程有很重要的影響。在其它刻蝕參數保持不變的條件下,氣體流速過快會導致反應氣體未離子化便被抽出了反應室,真正起作用的反應氣體活化離子數目減少,刻蝕速率受到抑制;而若氣體流速過低,由于腔室內反應氣體供應不足,也會影響刻蝕的速率。