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等離子刻蝕


刻蝕是用化學或物理方法有選擇地從介質(zhì)表面去除不需要的材料的過程。

等離子刻蝕機理

干法刻蝕,又叫等離子體輔助刻蝕。主要指利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體中的離子或游離基(處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種原子基團等)與材料發(fā)生化學反應(yīng)或通過轟擊等物理作用而達到刻蝕的目的。因為各向異性度,該方法可以很好地控制剖面形貌。
等離子刻蝕

刻蝕原理

氣體在外電場作用下,分子間的自由電子獲得足夠的能量后與氣體分子發(fā)生碰撞,使氣體分子電離發(fā)出二次電子,進一步碰撞后產(chǎn)生更多的電子和離子。當電離與復合過程達到平衡時,出現(xiàn)穩(wěn)定的輝光放電現(xiàn)象,形成穩(wěn)定的等離子體。等離子體中包括有電子、離子、還有處于激發(fā)態(tài)的分子,原子及各種原子團統(tǒng)(稱游離基)。游離基具有高度的化學活性,游離基與被腐蝕材料的表面發(fā)生化學反應(yīng),形成揮發(fā)性的產(chǎn)物,使材料不斷被腐蝕。
產(chǎn)生的過程如下。
(1)簡單電離。Ar+e→Ar++2e,O2+e→O2++2e。
(2)離解電離。CF4+e→CF3++F+2e。
(3)有吸附的離解電離。CF4+e→CF3++F-+e。
電子碰撞也可能引起分子離解(分裂)而無電離,這種分子離解一般要求能量最小的電子,大多數(shù)原子、原子團以及某種情況下的負離子都是因為這些碰撞而產(chǎn)生的。O2+e→2O+2e→O+O-,CF3Cl+e→CF2+Cl+e,C2F6+e→CF3+e。例如,CF4是相當惰性的氣體,在硅熔點(1412℃)的任何溫度下,它都不與硅發(fā)生反應(yīng)。然而,其副產(chǎn)物之一的原子F,在室溫下,卻能與硅很自然地發(fā)生反應(yīng),形成揮發(fā)性的SiF4。
 
從機理來看,干法刻蝕有物理作用、化學作用、物理和化學雙重作用等3種形式,它們分別對應(yīng)濺射與離子銑腐蝕、等離子刻蝕和反應(yīng)離子刻蝕。(1)濺射與離子銑腐蝕。通過高能惰性氣體分子的物理轟擊作用刻蝕,各向異性良好,但選擇性較差。(2)等離子刻蝕。利用放電產(chǎn)生的游離基與材料發(fā)生化學反應(yīng),形成揮發(fā)物,實現(xiàn)刻蝕。選擇性好、對襯底損傷較小,但各向異性較差。(3)反應(yīng)離子刻蝕。通過活性離子對襯底的物理轟擊和化學反應(yīng)雙重作用刻蝕,具有濺射刻蝕和等離子刻蝕兩者的優(yōu)點,兼有各向異性和選擇性好的優(yōu)點。

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