工艺参数对类金刚石薄膜刻蚀速率的影响
图3 所示不同刻蚀时间与刻蚀速率的关系,从图上可看出,各时间段内的平均刻蚀速率都在0.08μm·min-1左右,变化不大。说明ECR微波反应离子刻蚀类金刚石薄膜具有较高的刻蚀速率,且能够长时间稳定运行,所以用ECR 微波反应离子刻蚀设备研究类金刚石薄膜刻蚀规律是极好的选择。
图3 刻蚀率与刻蚀时间的关系
图4 所示有无Al掩膜对刻蚀速率的影响。有Al掩膜的样品是图2工艺中第5步样品,即在镀有类金刚石薄膜的硅片上再溅射一层Al膜,经光刻、去胶、化学腐蚀,使Al 膜形成要刻的微结构,其下面的类金刚石薄膜完好无损。无铝掩膜的样品是图2工艺中第2 步样品,即在硅片上只镀有类金刚石薄膜。从图4上可看出,有无铝掩膜的刻蚀速率曲线基本完全重合。说明在相同条件下,有无铝掩膜对刻蚀速率影响不大,因为在类金刚石薄膜上溅射的Al掩膜很薄,只有几十个纳米厚,在刻蚀时阴影效应很弱,可以忽略不计。在研究类金刚石薄膜刻蚀规律时,完全可以用没掩膜的样品代替有掩膜的样品,这样即简化工艺又降低了实验成本。
图4 有铝和无铝掩膜的刻蚀率曲线
图5是Ar/O2体积混合比与刻蚀速率的规律曲线。刻蚀条件:工作气压为919 ×10-2Pa ,偏压为-90V,气体总流量为4sccm ,微波源电流80mA,时间为1h。从图5中可看出,当气体流量不变时,随着Ar气体积百分含量的增大,刻蚀速率逐渐下降。因为类金刚石薄膜的主要成分是C 和H ,易与氧离子和活性氧原子发生反应,生成CO、CO2 和H2O。Ar气是惰性气体,不与类金刚石薄膜发生化学反应。
图5 Ar/O2比与刻蚀速率的关系
加在基底上的偏压比较低,所以给氩离子的加速电压比较小,氩离子的能量低,对基底的物理刻蚀作用可以忽略。另外,Ar 气虽然有较大的碰撞截面,但是在较低的工作气压下,与氧原子碰撞机率很小,没有明显提高氧气的离解率,反而由于Ar气的参入活性离子密度降低了。说明在刻蚀过程中,参入Ar气不一定会起到正面效果。
图6 负偏压与刻蚀率的关系
图6是负偏压与刻蚀速率之间的关系。氩气与氧气的比例为1∶1,其它刻蚀条件同上。刻蚀率随负偏压的增大先增大后减小。在负偏压较低时,随着负偏压的增大,加在电离窗口和基底间的电压增大,离子的动能增大,所以离子以较大的速度向基底运动,在单位时间内到达样品表面的活性离子个数增多,刻蚀率增大;但是当负偏压过高时,离子的动能很高,就会有部分氧离子注入到样品里面,使类金刚石薄膜碳化,表面形成一层黑而发硬的碳膜,使刻蚀率下降。
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