干法刻蚀解决RIE中无法得到高深宽比结构或陡直壁问题

在 mems 制造工艺中,常用的干法刻蚀包括反应离子刻蚀 (reactive lon etching, rie)、深反应离子刻蚀(deep reactive lon etching, drie) 和xerf2各向同性蚀刻。 其中,rie也是微电子制造中常见的工艺。深反应离子刻蚀(drie)又称为电感耦合等离子体(inductively coupled plasma,icp)刻蚀,是一种高度各向异性干法刻蚀(anisotropic etch)工艺。drie使用刻蚀与钝化交替进行的bosch工艺,解决了rie中无法得到高深宽比结构或陡直壁的问题。drie使用两个射频源,其中线圈射频源(coil rf)用于产生等离子体,平板射频源(platen rf)用于产生偏压。这种分离的射频源可以分别调整rie刻蚀中射频功率与等离子体浓度。drie技术大大推进了mems技术的发展,目前主要的drie设备供应商为英国的sts和法国的alcatel。
深冷处理工艺 (cryogenic process)和 bosch 工 艺(bosch process)是实现drie 的两种主要方式,其中,bosch工艺为德国 robert bosch gmbh公司的技术专利。
drie 工艺存在的问题包括滞后 (rie lag)效应、侧璧底部掏蚀现象(charging)和锯齿形侧壁(sealloping)现象等。滞后效应是指刻蚀速率和开口窗口的大小有关,分为正效应(大的窗口刻蚀速率较快)和反效应(小的窗口刻蚀速率较快)两种;侧壁底部掏蚀现象导致深腔的底部出现侧向掏蚀:锯齿形侧壁现象,等比例地调节刻蚀时间和钝化时间,同时保持二者比例不变,可以减小锯齿形侧壁现象。
xef2刻蚀是一种各向同性刻蚀。在室温下,当压强小于 100mtorr (1torr=133.3224pa) 时,xef2从固态变为气态,xef2气体可以在室温下与硅发生反应,且刻蚀速率可达到每个进气周期20-50um。此外,xef2对掩模材料具有很好的选择比,如二氧化硅、氮化硅、铝和光刻胶均可作为掩模材料。但 xef2刻蚀深度不易控制,且刻蚀反应物中含有hf气体,需要进行严格的尾气处理。


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