CWINDOWSmicrosystemsCDMEMSEXE实用学习教程.pptx
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1、对刻蚀加工方法的基本要求对刻蚀加工方法的基本要求第1页/共28页刻蚀加工表面形貌刻蚀加工表面形貌第2页/共28页第3页/共28页各种刻蚀加工方法概述各种刻蚀加工方法概述第4页/共28页各种干法刻蚀加工方法列表各种干法刻蚀加工方法列表第5页/共28页各种干法刻蚀加工方法列表各种干法刻蚀加工方法列表第6页/共28页物理刻蚀物理刻蚀-溅射腐蚀和离子铣蚀溅射腐蚀和离子铣蚀(Sputter etching&Ion Milling)溅射腐蚀和离子铣蚀都是利用放电时所产生的高能(溅射腐蚀和离子铣蚀都是利用放电时所产生的高能(500eV)惰惰性气体离子(如性气体离子(如Ar+)对材料进行物理轰击,即气体放电把
2、能量提供给轰对材料进行物理轰击,即气体放电把能量提供给轰击粒子,使它们以高速运动与衬底相碰撞,这时,能量通过弹性碰撞传递击粒子,使它们以高速运动与衬底相碰撞,这时,能量通过弹性碰撞传递给衬底原子,当这能量超过结合能时就能撞出衬底原子,由于这种腐蚀是给衬底原子,当这能量超过结合能时就能撞出衬底原子,由于这种腐蚀是通过动量向衬底原子转移而实现的,所以溅射或离子腐蚀的速率与轰击粒通过动量向衬底原子转移而实现的,所以溅射或离子腐蚀的速率与轰击粒子的动量、通量密度及入射角有关。此外,还与靶(衬底)的溅射效率有子的动量、通量密度及入射角有关。此外,还与靶(衬底)的溅射效率有关。溅射效率关。溅射效率(或产额
3、或产额)是给定材料的特征参数,定义为单位入射轰击粒子是给定材料的特征参数,定义为单位入射轰击粒子从衬底撞出的原子数。溅射效率可查表。从衬底撞出的原子数。溅射效率可查表。溅射腐蚀溅射腐蚀与与离子铣蚀离子铣蚀的区别在于:若腐蚀过程是在平板式溅射系统的区别在于:若腐蚀过程是在平板式溅射系统或反应离子腐蚀器中完成的,就称作溅射腐蚀。离子束铣蚀是指在一个系或反应离子腐蚀器中完成的,就称作溅射腐蚀。离子束铣蚀是指在一个系统中离子的形成、离子加速系统与被腐蚀的材料分开放置的一种方法。离统中离子的形成、离子加速系统与被腐蚀的材料分开放置的一种方法。离子铣蚀系统可以直接控制轰击材料表面的离子入射角。而在普通的溅
4、射设子铣蚀系统可以直接控制轰击材料表面的离子入射角。而在普通的溅射设备中,离子是受内备中,离子是受内建电建电场的驱动垂直入射的场的驱动垂直入射的。离子束铣蚀系统的适用性较离子束铣蚀系统的适用性较强,并易于操作;它既能用于腐蚀半导体,也能用于腐蚀绝缘体;只要分强,并易于操作;它既能用于腐蚀半导体,也能用于腐蚀绝缘体;只要分别调节灯丝电流和加速电压,就可以独立地控制离子能量及离子密度。别调节灯丝电流和加速电压,就可以独立地控制离子能量及离子密度。虽虽然然溅溅射射腐腐蚀蚀和和离离子子束束铣铣蚀蚀都都具具有有高高的的分分辨辨率率,但但它它们们的的共共同同缺缺点点是选择性不够好。是选择性不够好。第7页/
5、共28页离子束刻蚀或离子束铣离子束刻蚀或离子束铣装装 置置(equipment for Ion beam etching or Ion beam milling)第8页/共28页 装置需要三极的配置,气体获得能量而电离与离子加速分别用不同的装置需要三极的配置,气体获得能量而电离与离子加速分别用不同的电极进行,为了能够刻蚀绝缘体,还可以另外设立一个热阴极释放电子以使电极进行,为了能够刻蚀绝缘体,还可以另外设立一个热阴极释放电子以使阳离子中性化。阳离子中性化。IBE通常使用惰性气体通常使用惰性气体Ar作为作用物质,因为它不仅溅射产作为作用物质,因为它不仅溅射产额高额高(重离子重离子),同时可以避免
6、化学反应。在溅射腔中真空度高达,同时可以避免化学反应。在溅射腔中真空度高达10-4 Torr,所以自由程大。放电电压一定要高于气体的电离电势所以自由程大。放电电压一定要高于气体的电离电势(比如对于比如对于Ar来说使来说使15.7eV),并且实际上通常使电离电势的数倍,大约并且实际上通常使电离电势的数倍,大约40-50V以获得稳定的辉以获得稳定的辉光放电。然后离子倍导向加速电极,加速后成离子束射向下部腔体并刻蚀样光放电。然后离子倍导向加速电极,加速后成离子束射向下部腔体并刻蚀样品。一般用品。一般用1-keV能量能量1.0mA/cm2束流密度的束流密度的Ar离子束、对大部分材料离子束、对大部分材料
7、(比比如硅、氧化物、氮化物、光刻胶和金属等如硅、氧化物、氮化物、光刻胶和金属等)刻蚀率多在刻蚀率多在100-3000A/min。惰惰性气体离子束刻蚀的分辨率可以高达性气体离子束刻蚀的分辨率可以高达100A。磁加强的磁加强的IB(MIB)、等离子体中的离子密度被磁场加强、荷电粒子不能等离子体中的离子密度被磁场加强、荷电粒子不能直接从一个电极到达另外一个电极、而是在电磁场作用下作曲线运动、增加直接从一个电极到达另外一个电极、而是在电磁场作用下作曲线运动、增加了碰撞几率。比如经过计算、了碰撞几率。比如经过计算、100-eV电子电子0.01Tesla(100Gauss)磁场中的磁场中的回旋半径为回旋半
8、径为3.2mm。此时粒子浓度提高此时粒子浓度提高2个数量级。个数量级。如果上述系统中如果上述系统中Ar改成反应气体、则是改成反应气体、则是RIBE、其中不仅物理碰撞而且其中不仅物理碰撞而且包含化学反应。稍后将会解释。包含化学反应。稍后将会解释。IBE通常通常1.5keV能量、电流密度能量、电流密度25mA/cm2束径束径3-8cm。FIB则可以则可以作直接描画。作直接描画。第9页/共28页物理刻蚀的型貌改变物理刻蚀的型貌改变 理想的情况是膜版的形状被准确的复制到样品表面、各向同性刻蚀总是理想的情况是膜版的形状被准确的复制到样品表面、各向同性刻蚀总是会扩大形状。化学各向异性刻蚀蚀利用晶向选择性、
9、所以只有准确与晶向对会扩大形状。化学各向异性刻蚀蚀利用晶向选择性、所以只有准确与晶向对准才能得到准确的形状、利用粒子溅射可以用等离子体状态来控制各向异性准才能得到准确的形状、利用粒子溅射可以用等离子体状态来控制各向异性刻蚀。刻蚀。但是溅射也会因实际情况存在型貌精度问题。但是溅射也会因实际情况存在型貌精度问题。第10页/共28页第11页/共28页由于溅射率角度依存性导致斜面化由于溅射率角度依存性导致斜面化 即使开始时光刻胶是垂直壁,也会有在胶边缘产生斜面的倾向。实际上即使开始时光刻胶是垂直壁,也会有在胶边缘产生斜面的倾向。实际上胶边缘总是会成图示圆角,圆角处刻示率较高所以消耗快,原因是入射角胶边
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