在低氣壓及放電管兩極電場的作用下,電子和正離子分別向陽極、陰極運動,並堆積在兩極附近形成空間電荷區,但正離子的漂移速度遠小於電子,所以正離子空間電荷區的電荷密度比電子空間電荷區大得多,使得整個極間電壓幾乎全部集中在陰極附近的狹窄區域內, 此時會產生壹種現象--輝光放電 。
RIE刻蝕機又稱反應離子刻蝕機,英文名為ReactiveIonEtching,作為幹法刻蝕的壹種,主要由真空系統、供氣系統、控制系統、計算機操作系統等組成。其利用刻蝕氣體進行輝光放電的等離子體進行刻蝕,低真空下刻蝕氣體在高頻電場的作用下產生輝光放電,使氣體分子或原子發生電離,形成等離子體,在等離子體中包含正離子、負離子、遊離基和自由電子,同時也包含著物理性的離子轟擊,加速反應速率、快速撞擊表面生成物,有選擇地把沒有被掩蔽的材料去除,從而得到和掩蔽層完全相同的圖。
內部真空系統如圖壹所示,壹般為圓柱形真空室,托盤位於真空室的底部,上部陽極接地,底部接13.56MHz的射頻功率源,要刻蝕的基片放在功率電極上,刻蝕氣體通過頂部進入,按照壹定的搭配比例和工作壓力,刻蝕與保護同時進行,經電壓加速暴露在電子區域的氣體形成等離子體,由此產生的電離氣體和釋放高能電子組成的氣體,能夠在壹定的壓力下通過電場加速垂直攝入到樣品表面,會釋放足夠的力量對未掩蔽表面材料進行刻蝕,剩余氣體及反應生成物氣體通過底部抽氣系統離開真空室內部, 此時若物理作用占主導則刻蝕損傷較大;
若化學作用占主導則刻蝕速率較慢、各向同性明顯,容易造成表面粗糙 ,選擇合適的氣體組分,不僅可以獲得理想的刻蝕選擇性和速度,還可以使活性基團的壽命變短,有效地抑制了因這些基團在薄膜表面附近的擴散所能造成側向刻蝕,大大提高了刻蝕的各向異性特性, 所以適當合理的選擇氣體比例成為幹法刻蝕中重要的壹環。
與濕法刻蝕之後的保真性不理想、刻蝕線寬難以控制、表面粗糙等相比 具有很好的各向同性,可以加工更加精密的器件,能夠保證細小圖形轉移後的保真性,同時根據不同工藝要求,通過改變刻蝕氣體比例、真空室內部壓強、射頻功率、溫度等能夠很好的控制側壁的粗糙度、陡直度、刻蝕速率等。
濕法刻蝕的適應能力強、表面均勻性好、對沈底損傷小、適用範圍廣, 與之相比RIE設備造價高、射頻等離子的離化率低、工作氣壓高、刻蝕後真空室殘留物難以去除、離子能量損失較多。
以為當前操作的牛津RIE刻蝕設備、型號為Oxford PlasmaPro 100 RIE,主要用於微電子、光電子、通訊、微機械、新材料等領域的器件研發和制造,最大支持6寸片,主要以zep520A膠為掩膜基於CHF3+Ar、CHF3+SF6刻蝕SiO和SiN,適用於微米級和納米級制程工藝刻蝕,同時可以根據客戶不同要求,對工藝參數(包括刻蝕氣體比例、真空室內部壓強、射頻功率、溫度等)進行調整達到預期結果。
不積珪步,無以至千裏;不積細流,無以成江海。做好每壹份工作,都需要堅持不懈的學習。