等离子体参数影响
等离子体蚀刻最大的缺点是它对许多变量的极端敏感性 。 其中一些参数是众所周知的 ， 如压力、功率和流量 。 然而 ， 更多情况下 ， 目标反应堆材料和清洁度等影响会被无意忽略 。 与未掺杂的硅相反 ， 高掺杂的硅在Cl2放电中自发蚀刻 。 氮型硅比本征硅蚀刻得更快 ， 本征硅比p型硅蚀刻得更快 ， 这种效应本质上不是化学性质的 ， 因为如果掺杂剂没有被电激活 ， 这种效应就不存在 。
温度是RIE刻蚀中最重要的参数 。 它与熵和焓一起控制着反应器中的每一个能量步骤 ， 如吸附和反应 。 已知许多来源可以提高衬底表面的温度 ， 例如(1)离子轰击 ， (2)衬底表面的放热反应 ， (3)射频 。 涡流加热和(4)气体加热 。
通常 ， 为了稳定表面温度 ， 通过循环水(或其他液体)穿过靶板来冷却靶 。 当然 ， 晶片必须被充分夹紧以最大化从衬底到目标的热传递 。 或者 ， 可以将像氦这样的气体添加到等离子体中 ， 以从正面冷却衬底 ， 或者可以利用氦背面冷却 。
【华林科纳关于微技术中硅反应离子刻蚀的研究】
问题与解决方案
RIE是一种非常复杂的技术 ， 需要相当长的时间才能熟悉它 。 不幸的是 ， 这还不是全部RIE有自己的具体问题 ， 本节将研究其中的一些问题 。
在微观力学中 ， 沟槽的蚀刻深度增加 ， 而沟槽宽度(或开口)保持不变或变得更小 。 纵横比(深度、宽度)因此增加 ， 纵横比相关蚀刻(ARDE)将变得重要 。 ARDE是侧壁弯曲的统称 ， 即 。 离子在沿着这些壁的轨迹期间向侧壁的偏转 ， 轮廓的特征尺寸依赖性 ， 即对于不同的沟槽开口观察到不同的锥形轮廓 ， 以及RIE滞后 ， 即与较宽的沟槽相比 ， 较小的沟槽被蚀刻得较慢、正滞后或较快、负滞后的效果 。
反应离子刻蚀对器件性能的影响被认为是由于反应离子刻蚀相关的表面污染和衬底位移损伤 。 残余损伤是指最大离子能量或通量 ， 尤其是硅蚀刻速率 。 当样品暴露在RIE等离子体中时 ， 损伤将被引入衬底并累积 。 然而 ， 与此同时 ， 蚀刻将消耗损坏的层 。 因此 ， 对于高蚀刻速率 ， 应该观察到很少的残留损伤 。
当前和未来趋势
低压反应器在泵送设备和晶片冷却方面比传统的RIE系统要求更高 。 对于反应离子刻蚀 ， 需要一台罗茨鼓风机和一台涡轮泵在足够的气体流量下将压力保持在10毫托以下 。 MIE处理的压力接近1毫托 ， ECR蚀刻的压力甚至更低 。 在这些低压下适度的气流需要非常高的泵送速度 。 对于30 sccm的流量 ， 可能需要使用1500 1s-1涡轮泵 。 由于实现了高蚀刻速率、显著的离子轰击和低压操作 ， 晶片冷却是一个关键问题 。 为了控制蚀刻过程 ， 使用晶片夹具或静电卡盘进行背面氦气冷却是必要的 。
平行于阴极表面的磁体磁场和垂直于阴极表面的电场线(自偏置)将电子限制在阴极附近的摆线轨迹 。 因此 ， 电子与气相物质碰撞的概率增加了 ， 离子中性比在MIE中比在RIE中大50倍 。 在电子回旋共振中 ， 放电是由微波激发产生的(通常为2.45千兆赫) 。 当施加B = 875高斯的磁场时 ， 磁场中电子的回旋运动和微波场之间发生共振 。 共振时的电子有效地将微波能量转化为气体物质的离解 。 晶片被放置在放电室下方 ， 并且可以被射频 。 或者华盛顿特区 。 被驱动来控制撞击离子和自由基的能量 。 这使得能够比在RIE中更好地控制蚀刻过程 。
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