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等離子刻蝕


刻蝕是用化學(xué)或物理方法有選擇地從介質(zhì)表面去除不需要的材料的過程。

等離子刻蝕機(jī)理

干法刻蝕，又叫等離子體輔助刻蝕。主要指利用低壓放電產(chǎn)生的等離子體中的離子或游離基（處于激發(fā)態(tài)的分子、原子及各種原子基團(tuán)等）與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或通過轟擊等物理作用而達(dá)到刻蝕的目的。因為各向異性度，該方法可以很好地控制剖面形貌。
等離子刻蝕

刻蝕原理

氣體在外電場作用下，分子間的自由電子獲得足夠的能量后與氣體分子發(fā)生碰撞，使氣體分子電離發(fā)出二次電子，進(jìn)一步碰撞后產(chǎn)生更多的電子和離子。當(dāng)電離與復(fù)合過程達(dá)到平衡時，出現(xiàn)穩(wěn)定的輝光放電現(xiàn)象，形成穩(wěn)定的等離子體。等離子體中包括有電子、離子、還有處于激發(fā)態(tài)的分子，原子及各種原子團(tuán)統(tǒng)（稱游離基）。游離基具有高度的化學(xué)活性，游離基與被腐蝕材料的表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)性的產(chǎn)物，使材料不斷被腐蝕。
產(chǎn)生的過程如下。
（1）簡單電離。Ar+e→Ar++2e，O2+e→O2++2e。
（2）離解電離。CF4+e→CF3++F+2e。
（3）有吸附的離解電離。CF4+e→CF3++F-+e。
電子碰撞也可能引起分子離解（分裂）而無電離，這種分子離解一般要求能量最小的電子，大多數(shù)原子、原子團(tuán)以及某種情況下的負(fù)離子都是因為這些碰撞而產(chǎn)生的。O2+e→2O+2e→O+O-，CF3Cl+e→CF2+Cl+e，C2F6+e→CF3+e。例如，CF4是相當(dāng)惰性的氣體，在硅熔點（1412℃）的任何溫度下，它都不與硅發(fā)生反應(yīng)。然而，其副產(chǎn)物之一的原子F，在室溫下，卻能與硅很自然地發(fā)生反應(yīng)，形成揮發(fā)性的SiF4。
 
從機(jī)理來看，干法刻蝕有物理作用、化學(xué)作用、物理和化學(xué)雙重作用等3種形式，它們分別對應(yīng)濺射與離子銑腐蝕、等離子刻蝕和反應(yīng)離子刻蝕。（1）濺射與離子銑腐蝕。通過高能惰性氣體分子的物理轟擊作用刻蝕，各向異性良好，但選擇性較差。（2）等離子刻蝕。利用放電產(chǎn)生的游離基與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成揮發(fā)物，實現(xiàn)刻蝕。選擇性好、對襯底損傷較小，但各向異性較差。（3）反應(yīng)離子刻蝕。通過活性離子對襯底的物理轟擊和化學(xué)反應(yīng)雙重作用刻蝕，具有濺射刻蝕和等離子刻蝕兩者的優(yōu)點，兼有各向異性和選擇性好的優(yōu)點。
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