化学干法刻蚀

化学干法蚀刻根据蚀刻原理分为两类:

1.化学蚀刻是指衬底受到自由基的攻击并转化为挥发性化合物的过程。此过程对材料具有高度选择性,因为蚀刻气体会专门攻击某些衬底材料。例如,硅或二氧化硅在 CF4 存在下迅速转化为挥发性 SiF4,并因此在此过程中被去除。该过程在相对较高的压力(约 1 托)下进行。这种“高”压力的一个后果是粒子越来越多地表现出各向同性的行为。蚀刻过程不仅向下进行,还会发生一定量的横向蚀刻。下面给出一个化学反应的例子:

1. e- + CF4 → CF3 + F + e-
2. Si + 4F → SiF4

CF4 被电子分解并形成自由基,在第二步中与硅反应。生成的 SiF4 是一种挥发性气体并逸出。蚀刻速率可以具体调整。向 CF4 中添加氧会提高硅的蚀刻速率,但氧含量也会导致光刻胶掩模的刻蚀(灰化)增加。添加氢将降低上述系统中的蚀刻速率。

2. 其次,物理刻蚀效应也被用来实现刻蚀。离子在电场中被加速并以较高的能量与衬底碰撞。类似于喷砂的效果,被加工的材料被依次去除。该过程在低压(高达 0.01 托)下进行。由于线性加速度,各向异性蚀刻结果和例如硅中的结构显示出垂直侧壁。

两种反应原理单独或组合用于干化学蚀刻程序。等离子刻蚀是一种自由基刻蚀工艺,而物理原理则用在所谓的溅射(sputteretching)中。组合机制用于反应离子蚀刻 (RIE) 或反应离子束蚀刻 (RIBE)。

在所有干法蚀刻过程中,光刻胶掩模都受到高热负荷,在这方面特别强烈的是溅射。等离子蚀刻机中的冷却可以减少这种影响。光刻胶掩模的烘烤(坚膜)或 UV 固化(参见 UV 固化)可提高光刻胶的稳定性。因此,通常建议在干法蚀刻工艺中使用坚膜工工艺以提高光刻胶的刻蚀稳定性

工艺步骤概述:

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