Re: [問題] 關於RIE側壁不夠垂直

看板NEMS作者SkyLark2001 ( )時間10年前 (2014/04/11 07:44)推噓2(2推 0噓 9→)

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板上討論黃光的比較多，畢竟是microfabrication的第一步，黃光之外的其他製程討論相較之下會比較少一點。前一篇文章寫得很好，不過在這邊補一些觀念釐清，以供對之後有需要對乾蝕刻製程的先進參考 ※ 引述《NightMoon33 (夜月)》之銘言： : 原po你好，我碩士班也有花了數個月測試RIE蝕刻的側壁筆直性 : 不過我的深寬比是1.67，深度約250 nm，寬度約 150 nm，而且我蝕刻的是介電質材料 : 希望一些經驗可以幫到你 : 那時候的學長是說化學蝕刻氣體"比例"千萬不能動，化學氣體比例是影響最劇烈的 : 在這裡指的就是CF4和O2兩個氣體的比例千萬不要動 CF4跟O2比例不是不能動。事實上RIE製程中加入O2的原因，是因為要在反應中將O2產生的含氧生成物與CF4產生的碳發生作用。碳跟氧結合了，留下未反應的的F， F在整個反應中的相對比例就會提高，而F就是與Si結合的主要反應物，簡單來說， F濃度高了，蝕刻就快了。由以上敘述可知，製程中加入的O2氣體主要是加快蝕刻速率，對側壁的反應並無直接關連，所以不要動這點我是贊成，但原因為上述 : 再來是製程真空度，一般來說，如果側壁要越筆直，則真空度就要越低 : 所以我當初是設定RIE機台的最低真空度: 20 mTorr 這邊其實容易令人誤解。 mTorr其實是壓力單位。原PO所指的應為 "側壁要越直，反應壓力要越低"。而壓力要越低，代表的是真空度則是越高。其理論基礎也很簡單。真空度越高，腔體內反應粒子的"平均自由徑"越長。公式在這邊我就不列了。平均自由徑越長，離子所帶的能量就越高(一樣是省略公式)。離子能量越高，離子轟擊效果越好，越能達到非等向蝕刻的目的。 : 不過真空度會容易造成光阻被轟擊的更劇烈，所以要特別考慮選擇比和光阻去除的問題 : 如果調低真空度測試過還是不行的話，再去調動Ar和RF Power : 調動Ar可以增加化學性蝕刻，但是光阻也更容易被轟擊 ^^^^此處的"化學"應該是"物理"的誤植 : 而調動RF Power是控制氣體的解離量學理來說都是對的，增加Argon濃度，就會增加(用來做物理性轟擊)離子的濃度而增加RF Power, 電漿電位增加，直流偏壓也增加，離子密度與離子轟擊能量均可由 RF Power控制，RF Power是控制離子轟擊最主要的樞紐 : 如果我是你，我會先以原有的參數並調低製程真空度到機台最低範圍 : 如果不行再微調氣體流量 : 作個Ar 15%和RF Power 25W、40W : 這樣交叉組合大概會作3個測試實驗 : 從中取側壁角度最大的參數再繼續往那方向作修改 : 希望可以幫助到你，祝你早日實驗成功~ 回到第一點，製程加入的輔助器體，除了02之外，H也是相當重要。有許多RIE所通的氣體會以CHF3來取代 CF4。不同於O是拿來跟CF4中的C來反應，H剛好相反，是用來跟CF4中的F反應生成HF。 F被H反應掉了，反應氣體中的C的濃度就會增加。此時整個蝕刻反應中的"蝕刻"反應就會降低，取而帶之的是由高含碳量所導致的"高分子生成"反應，意即在被蝕刻薄膜表面 (包含側壁)會生成一種高分子。這種高分子膜就會妨礙蝕刻的繼續進行。這種機制跟ICP-RIE中Bosch Process所生成Passivaiton layer拿來保護側壁的原理很接近。運用得宜，亦是用來保護側壁，達成非等向性蝕刻的好方法。但缺點就包含蝕刻速率太低，以及"方法太複雜，很難運用得宜"。整個結論是，以RIE為主的乾蝕刻包含了物理性蝕刻跟化學性蝕刻兩種。化學性蝕刻就如同濕蝕刻一樣，會導致等向性蝕刻，因此側壁無法垂直。因此若是要求要有側壁垂直，就要盡一切可能，增加RIE的物理性反應，抑制化學性反應。只要能夠了解RIE中每項參數(RF Power, Presure, 氣體流率)以及所使用氣體 (CF4, CHF3, O2, H2, Argon)背後所代表的原因，理論基礎，以及物理意義，就能夠事半功倍，以正確的方向，較短的時間，達到使用這項工具的目的。 -- 本球隊一切依法行政，謝謝指教。 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 205.175.124.16 ※ 文章網址: http://www.ptt.cc/bbs/NEMS/M.1397173458.A.550.html

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ewings

04/17 18:52, , 1^F

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感謝經驗分享~本篇之前沒提到溫度影響，因為一般學界RIE無可調整溫度參數故無討論，不過溫度的確會影響。理由在於低溫可以抑制RIE的化學性蝕刻，達到只有離子轟擊的效果。著名的例子如cryogenic process, 即為DRIE所使用方式一種(但現今絕大多數 DRIE主流為Bosch Process，而非 cryogenic process). 其原理及是將wafer 冷卻到零下一百一十度C，在這種溫度下造成只有物理性蝕刻為主，而幾乎無化學性蝕刻的存在。 ※ 編輯: SkyLark2001 (205.175.124.160), 04/18/2014 15:49:54

推

TreeMan

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TreeMan

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SkyLark2001

04/23 13:49, , 4^F

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