作者SkyLark2001 ( )
看板NEMS
标题Re: [问题] 关於RIE侧壁不够垂直
时间Fri Apr 11 07:44:16 2014
板上讨论黄光的比较多,毕竟是microfabrication的第一步,黄光之外的其他制程
讨论相较之下会比较少一点。前一篇文章写得很好,不过在这边补一些观念厘清,
以供对之後有需要对乾蚀刻制程的先进参考
※ 引述《NightMoon33 (夜月)》之铭言:
: 原po你好,我硕士班也有花了数个月测试RIE蚀刻的侧壁笔直性
: 不过我的深宽比是1.67,深度约250 nm,宽度约 150 nm,而且我蚀刻的是介电质材料
: 希望一些经验可以帮到你
: 那时候的学长是说化学蚀刻气体"比例"千万不能动,化学气体比例是影响最剧烈的
: 在这里指的就是CF4和O2两个气体的比例千万不要动
CF4跟O2比例不是不能动。
事实上RIE制程中加入O2的原因,是因为要在反应中
将O2产生的含氧生成物与CF4产生的碳发生作用。碳跟氧结合了,留下未反应的的F,
F在整个反应中的相对比例就会提高,而F就是与Si结合的主要反应物,简单来说,
F浓度高了,蚀刻就快了。
由以上叙述可知,制程中加入的O2气体主要是加快蚀刻速率,对侧壁的反应并无直接
关连,所以不要动这点我是赞成,但原因为上述
: 再来是制程真空度,一般来说,如果侧壁要越笔直,则真空度就要越低
: 所以我当初是设定RIE机台的最低真空度: 20 mTorr
这边其实容易令人误解。 mTorr其实是压力单位。原PO所指的应为
"侧壁要越直,反应压力要越低"。 而压力要越低,代表的是真空度则是越高。
其理论基础也很简单。真空度越高,腔体内反应粒子的"平均自由径"越长。公式在这边
我就不列了。平均自由径越长,离子所带的能量就越高(一样是省略公式)。
离子能量越高,离子轰击效果越好,越能达到非等向蚀刻的目的。
: 不过真空度会容易造成光阻被轰击的更剧烈,所以要特别考虑选择比和光阻去除的问题
: 如果调低真空度测试过还是不行的话,再去调动Ar和RF Power
: 调动Ar可以增加化学性蚀刻,但是光阻也更容易被轰击
^^^^此处的"化学"应该是"物理"的误植
: 而调动RF Power是控制气体的解离量
学理来说都是对的,增加Argon浓度,就会增加(用来做物理性轰击)离子的浓度
而增加RF Power, 电浆电位增加,直流偏压也增加,离子密度与离子轰击能量均可由
RF Power控制,RF Power是控制离子轰击最主要的枢纽
: 如果我是你,我会先以原有的参数并调低制程真空度到机台最低范围
: 如果不行再微调气体流量
: 作个Ar 15%和RF Power 25W、40W
: 这样交叉组合大概会作3个测试实验
: 从中取侧壁角度最大的参数再继续往那方向作修改
: 希望可以帮助到你,祝你早日实验成功~
回到第一点,制程加入的辅助器体,除了02之外,H也是相当重要。有许多RIE所通的气体
会以CHF3来取代 CF4。
不同於O是拿来跟CF4中的C来反应,H刚好相反,是用来跟CF4中的F反应生成HF。
F被H反应掉了,反应气体中的C的浓度就会增加。此时整个蚀刻反应中的"蚀刻"反应就会
降低,取而带之的是由高含碳量所导致的"高分子生成"反应,意即在被蚀刻薄膜表面
(包含侧壁)会生成一种高分子。这种高分子膜就会妨碍蚀刻的继续进行。
这种机制跟ICP-RIE中Bosch Process所生成Passivaiton layer拿来保护侧壁的原理
很接近。运用得宜,亦是用来保护侧壁,达成非等向性蚀刻的好方法。
但缺点就包含蚀刻速率太低,以及"方法太复杂,很难运用得宜"。
整个结论是,
以RIE为主的乾蚀刻包含了物理性蚀刻跟化学性蚀刻两种。化学性蚀刻就如同湿蚀刻一样,
会导致等向性蚀刻,因此侧壁无法垂直。因此若是要求要有侧壁垂直,就要尽一切可能,
增加RIE的物理性反应,抑制化学性反应。
只要能够了解RIE中每项参数(RF Power, Presure, 气体流率)以及所使用气体
(CF4, CHF3, O2, H2, Argon)背後所代表的原因,理论基础,以及物理意义,
就能够事半功倍,以正确的方向,较短的时间,达到使用这项工具的目的。
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本球队一切依法行政,谢谢指教。
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※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc), 来自: 205.175.124.16
※ 文章网址: http://webptt.com/cn.aspx?n=bbs/NEMS/M.1397173458.A.550.html
1F:→ ewings:以前的经验是,参数再好,如果冷却不好,绝对侧蚀 04/17 18:52
感谢经验分享~本篇之前没提到温度影响,因为一般学界RIE无可调整温度参数
故无讨论,
不过温度的确会影响。理由在於低温可以抑制RIE的化学性蚀刻,达到只有离子轰击的
效果。着名的例子如cryogenic process, 即为DRIE所使用方式一种(但现今绝大多数
DRIE主流为Bosch Process,而非 cryogenic process). 其原理及是将wafer
冷却到零下一百一十度C,在这种温度下造成只有物理性蚀刻为主,而几乎无化学性
蚀刻的存在。
※ 编辑: SkyLark2001 (205.175.124.160), 04/18/2014 15:49:54
2F:推 TreeMan:请问这种低温模式有可能影响wafer的机械性质等副作用吗? 04/23 10:42
3F:→ TreeMan:还是单纯成本高所以非主流? 04/23 10:42
4F:→ SkyLark2001:en.wikipedia.org/wiki/Deep_reactive-ion_etching 04/23 13:49
5F:→ SkyLark2001:里面提到表面的mask (应该是指光阻)会crack, 以及 04/23 13:51
6F:→ SkyLark2001:低温会造成生成物在表面沉积。另外也有一些其他比较 04/23 13:52
8F:→ SkyLark2001:看来oxford Instruments做不少cryo process的研究 04/23 13:55
9F:→ SkyLark2001:两者相较之下,cryo优势在小线宽,因为Bosch process 04/23 13:56
10F:→ SkyLark2001:在线宽太小时蚀刻速率大幅下降 04/23 13:56
※ 编辑: SkyLark2001 (205.175.124.160), 04/23/2014 13:59:47
11F:推 TreeMan:感谢说明!! 04/25 19:58