類金剛石薄膜的反應離子刻蝕的最佳刻蝕條件
根據上面的實驗規律,最佳刻蝕條件為用純氧氣,工作氣壓為919 ×10 - 2Pa ,偏壓為- 90V ,氣體流量為4sccm ,微波源電流80mA。在此條件下,刻蝕速率為0108μm/ min。刻蝕帶有Al 掩膜的樣品,從圖3中發現刻蝕率隨著時間的增長略微下降,所以刻蝕1116μm厚的類金剛石薄膜時,采用215h ,比計算值多用5min。刻蝕后的微齒輪形貌如圖7 (a) 所示,圖形完整、輪廓清晰、側壁陡直,沒有明顯的鉆刻、過刻現象,與未經離子刻蝕前Al 掩膜的形狀一致,失真度小。并且未被保護處的硅襯底表面光滑,沒有其它文獻報道出現的“粗糙”狀,這是因為實驗中采用的偏壓小,活性離子的能量較低,刻蝕過程以化學反應為主,物理轟擊作用很弱,因此對襯底的損傷小,這也是ECR 微波反應離子刻蝕的一個突出優點。微圖形棱邊發亮,是二次電子產額較高和體積效應造成的。
圖7 (a) 刻蝕215h 的SEM照片; (b) 刻蝕315h 的SEM照片
圖7 (b) 是在此條件下刻蝕315h 后的SEM照片,齒寬尖銳、內孔較大,鉆刻嚴重,與刻蝕前的Al 掩膜相比,失真度大,刻蝕效果不好。原因是反應離子刻蝕離子的能量低,方向性差,如果薄膜被刻透后,還繼續進行刻蝕,活性離子就會和鋁掩膜下的類金剛石薄膜繼續反應,出現鉆刻現象。所以研究類金剛石薄膜的刻蝕規律對提高微器件的失真度和深寬比具有重要意義。
圖8 (a) 微齒輪的SEM照片; (b) 微齒輪組裝的SEM照片
類金剛石薄膜及其制成的微器件化學性質穩定,不與強酸、強堿發生化學反應,硅和二氧化硅與強酸強堿反應。用HF 酸腐刻好的樣品,把腐蝕下來的微齒輪放在載玻片上,SEM 照片如圖8 (a) 所示。借助毛細吸管和6JA 干涉顯微鏡,把腐蝕下來微齒輪進行微組裝,SEM 照片如圖8(b)所示,可以看到,組裝后的微齒輪圖形完整、棱角分明、微齒之間相互咬合精度很高,齒輪上面和周邊上的顆粒,是在測量制樣時落上的雜質。
本文研究了類金剛石薄膜的反應離子刻蝕工藝。對刻蝕工藝參數如刻蝕時間、有無掩膜、反應氣體的混合比、負偏壓等對刻蝕的影響做了較詳盡的研究。根據刻蝕規律。成功制備出“獨立”微齒輪,并進行組裝。
實驗結果表明:刻蝕率相對穩定基本不隨時變化,有無掩膜對刻蝕率影響不大,刻蝕率隨著氬體積百分含量的增大而降低。隨著負偏壓的增大先增大后減小。實驗中得到的最佳刻蝕條件是用純氧氣刻蝕,工作氣壓為919 ×10-2Pa ,偏壓為- 90V ,氣體流量為4sccm ,微波源電流80mA。在此條件下,刻蝕率為0108μm·min-1 。制備出的微齒輪結構完整、棱角分明、失真度小。對脫襯后的微齒輪進行組裝,結構扔完好無損,且相互間匹配好。
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