類金剛石薄膜的反應(yīng)離子刻蝕的最佳刻蝕條件
根據(jù)上面的實驗規(guī)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�？涛g帶有Al 掩膜的樣品,從圖3中發(fā)現(xiàn)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�？涛g后的微齒輪形貌如圖7 (a) 所示,圖形完整、輪廓清晰、側(cè)壁陡直,沒有明顯的鉆刻、過刻現(xiàn)象,與未經(jīng)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(xiàn)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(xué)反應(yīng)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(yīng)離子刻蝕的一個突出優(yōu)點。微圖形棱邊發(fā)亮,是二次電子產(chǎn)額較高和體積效應(yīng)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(nèi)孔較大,鉆刻嚴(yán)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(yīng)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(xù)進行刻蝕,活性離子就會和鋁掩膜下的類金剛石薄膜繼續(xù)反應(yīng),出現(xiàn)鉆刻現(xiàn)象。所以研究類金剛石薄膜的刻蝕規(guī)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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不與強酸、強堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng),硅和二氧化硅與強酸強堿反應(yīng)。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(xì)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(zhì)。
本文研究了類金剛石薄膜的反應(yīng)離子刻蝕工藝。對刻蝕工藝參數(shù)如刻蝕時間、有無掩膜、反應(yīng)氣體的混合比、負(fù)偏壓等對刻蝕的影響做了較詳盡的研究。根據(jù)刻蝕規(guī)律。成功制備出“獨立”微齒輪,并進行組裝。
實驗結(jié)果表明:刻蝕率相對穩(wěn)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(fù)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(jié)構(gòu)完整、棱角分明、失真度小。對脫襯后的微齒輪進行組裝,結(jié)構(gòu)扔完好無損,且相互間匹配好。
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