工藝參數(shù)對(duì)類(lèi)金剛石薄膜刻蝕速率的影響
圖3 所示不同刻蝕時(shí)間與刻蝕速率的關(guān)系,從圖上可看出,各時(shí)間段內(nèi)的平均刻蝕速率都在0.08μm·min-1左右,變化不大。說(shuō)明ECR微波反應(yīng)離子刻蝕類(lèi)金剛石薄膜具有較高的刻蝕速率,且能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行,所以用ECR 微波反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備研究類(lèi)金剛石薄膜刻蝕規(guī)律是極好的選擇。
圖3 刻蝕率與刻蝕時(shí)間的關(guān)系
圖4 所示有無(wú)Al掩膜對(duì)刻蝕速率的影響。有Al掩膜的樣品是圖2工藝中第5步樣品,即在鍍有類(lèi)金剛石薄膜的硅片上再濺射一層Al膜,經(jīng)光刻、去膠、化學(xué)腐蝕,使Al 膜形成要刻的微結(jié)構(gòu),其下面的類(lèi)金剛石薄膜完好無(wú)損。無(wú)鋁掩膜的樣品是圖2工藝中第2 步樣品,即在硅片上只鍍有類(lèi)金剛石薄膜。從圖4上可看出,有無(wú)鋁掩膜的刻蝕速率曲線基本完全重合。說(shuō)明在相同條件下,有無(wú)鋁掩膜對(duì)刻蝕速率影響不大,因?yàn)樵陬?lèi)金剛石薄膜上濺射的Al掩膜很薄,只有幾十個(gè)納米厚,在刻蝕時(shí)陰影效應(yīng)很弱,可以忽略不計(jì)。在研究類(lèi)金剛石薄膜刻蝕規(guī)律時(shí),完全可以用沒(méi)掩膜的樣品代替有掩膜的樣品,這樣即簡(jiǎn)化工藝又降低了實(shí)驗(yàn)成本。
圖4 有鋁和無(wú)鋁掩膜的刻蝕率曲線
圖5是Ar/O2體積混合比與刻蝕速率的規(guī)律曲線。刻蝕條件:工作氣壓為919 ×10-2Pa ,偏壓為-90V,氣體總流量為4sccm ,微波源電流80mA,時(shí)間為1h。從圖5中可看出,當(dāng)氣體流量不變時(shí),隨著Ar氣體積百分含量的增大,刻蝕速率逐漸下降。因?yàn)?a target="_blank" href="http://shengya888.com/application/film/03759.html">類(lèi)金剛石薄膜的主要成分是C 和H ,易與氧離子和活性氧原子發(fā)生反應(yīng),生成CO、CO2 和H2O。Ar氣是惰性氣體,不與類(lèi)金剛石薄膜發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
圖5 Ar/O2比與刻蝕速率的關(guān)系
加在基底上的偏壓比較低,所以給氬離子的加速電壓比較小,氬離子的能量低,對(duì)基底的物理刻蝕作用可以忽略。另外,Ar 氣雖然有較大的碰撞截面,但是在較低的工作氣壓下,與氧原子碰撞機(jī)率很小,沒(méi)有明顯提高氧氣的離解率,反而由于Ar氣的參入活性離子密度降低了。說(shuō)明在刻蝕過(guò)程中,參入Ar氣不一定會(huì)起到正面效果。
圖6 負(fù)偏壓與刻蝕率的關(guān)系
圖6是負(fù)偏壓與刻蝕速率之間的關(guān)系。氬氣與氧氣的比例為1∶1,其它刻蝕條件同上。刻蝕率隨負(fù)偏壓的增大先增大后減小。在負(fù)偏壓較低時(shí),隨著負(fù)偏壓的增大,加在電離窗口和基底間的電壓增大,離子的動(dòng)能增大,所以離子以較大的速度向基底運(yùn)動(dòng),在單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)樣品表面的活性離子個(gè)數(shù)增多,刻蝕率增大;但是當(dāng)負(fù)偏壓過(guò)高時(shí),離子的動(dòng)能很高,就會(huì)有部分氧離子注入到樣品里面,使類(lèi)金剛石薄膜碳化,表面形成一層黑而發(fā)硬的碳膜,使刻蝕率下降。
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