ICP刻蚀原理：气体、功率的选择ICP操作流程

0VGE/BMFCVGQgasboxVGQICPreactorRFLoadlockMSKVBSKVSKPSTRDRMBAAMPEVKWVBWMDWMFWVBRPTMVVVVSHPWHe必须4英寸放气阀门抽气阀门样品仓最高功率为1000W所能达到的极限是1pa。10-6~10-7。一、电感耦合等离子体（ICP）刻蚀原理3二、刻蚀的基本要求9（负载效应、图形的保真度、均匀性、 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面形貌、刻蚀的清洁）三、等离子体刻蚀的基本过程11（物理溅射刻蚀、纯化学刻蚀、离子增强刻蚀、侧壁抑制刻蚀）四、影响刻蚀效果的因素14掩膜的影响、工艺参数的影响（ICPPower源功率、RFPower偏压功率、工作气压气体成分和流量、温度）五、附加气体的影响16六、多种条件刻蚀技术18高速率刻蚀、高选择比刻蚀、特定剖面刻蚀一、电感耦合等离子体（ICP）刻蚀原理包括两套通过自动匹配网络控制的13.56MHz射频电源一套连接缠绕在腔室外的螺线圈，使线圈产生感应耦合的电场，在电场作用下，刻蚀气体辉光放电产生高密度等离子体。功率的大小直接影响等离子体的电离率，从而影响等离子体的密度。第二套射频电源连接在腔室内下方的电极上，此电极为直径205mm的圆形平台，机械手送来的石英盘和样品放在此台上进行刻蚀。实验中刻蚀三五族材料使用的是英国Oxford仪器（Oxfordinstrumentsplasmatechnology）公司的plasma180系统中的plasmalabsystem100型ICP。可以刻蚀GaN、AlGaN、GaAs、InP、InGaAs、InGaP/AlGaInP、InGaAs/InGaAsP等多种化合物材料。ICP功率源平板功率源激光干涉仪端口静电屏蔽水冷却的射频线圈晶片夹/氦气冷却机制苏州纳米所材料ICP功率：0-3000wRF功率：0-1000w压力范围：1-100mT加工范围：6寸工艺气体：Cl2,BCl3,HBr,CH4,He,O2,H2,N2氦气冷却由氦气良好的热传导性，能将芯片上的温度均匀化RIEICP离子密度低（~109~1010/cm3）离子密度高（﹥1011/cm3）（刻蚀速率高）离子密度与离子能量不能分别控制（离子密度大，离子能量也大）离子密度由ICP功率控制，离子能量由RF空滤控制离子能量低，刻蚀速率低在低离子能量下可控离子流量达到高刻蚀速率（形貌控制）低压下刻蚀速率低低压下由于高离子流量从而维持高刻蚀速率DCBias高损伤大低DCBias损伤小1torr=1.333mbarGaN刻蚀ProfileICP操作流程装片1.在Pump界面点击左边Pump图标下Stop，切换至Vent，120s后打开Loadlock2.涂抹真空油脂：根据片子尺寸大小，在托盘上涂抹均匀一层油脂3.放片：放片的时候要用镊子轻轻夹住样片，将样片一边贴在油脂上，慢慢地放下另一边，用镊子按住样片一端，在油脂上稍稍一动样片，以便赶走样片与油脂之间的气泡，使得样片与油脂紧密粘在一起。（注意：如果用力过大，片子可能会碎裂）抽真空1.在Pump界面点击左边Pump图标开启小机械泵，预抽Loadlock，至真空度到-2时可以进行刻蚀操作2.选择所需加热模式：根据样品选择所需加热模式HeaterorChiller(冷却装置)，设定加热或冷却温度。当温度与真空度达到要求后进入Chamber界面刻蚀1.根据要求设定程序，确定工艺参数（气体流量、ICP功率、RF功率、压力、温度、时间等）2.程序运行时，看起辉是否正常，适当修正匹配功率取片刻蚀完毕后，在Pump界面点击左边Pump图标下Stop，切换至Vent，打开Loadlock去真空油脂参照光刻工艺操作规范相的去胶工艺步骤操作。结束后，检测并完成实验 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 ，移交样品。工艺过程、检测及仪器》刻蚀前的准备要点操作者必须仔细认真阅读操作说明，并明确每个部件在刻蚀系统中的作用；检查水、电、气是否接好，并打开电源，冷却循环水，N2及压缩空气；》检查所刻蚀的样品情况，掩膜厚度光学显微镜-表面洁净度，粗糙度SEM-掩膜形貌，表面粗糙度膜厚仪/台阶仪？光学轮廓仪-掩膜/薄膜厚度》若工作腔室处于真空，须先放气然后再放入刻蚀样品。进入真空室系统的样品或零件，绝对要求外部干净，尤其防止将水和易挥发性的固体或液体带入系统，放好样品后，即可开始抽真空。刻蚀过程密切关注监控系统，程序运行中不稳定情况，记录所有参数（功率，气体流量等）》刻蚀后的检查（1）正面颜色是否异常及刮伤有无缺角及Particle(颗粒)测量台阶高度——台阶仪测量膜厚——膜厚仪剖面形貌——SEM/光学轮廓仪实验中SiO2和SiNx等绝缘膜使用的是英国STS（surfacetechnologysystem）公司的AOE（advancedoxideetcher）型ICP。反应室侧壁装配有永久磁铁，产生的磁场可以降低等离子体在侧壁上的损耗，同时使等离子体更加均匀稳定。反应室侧壁还配备有加热系统和冷却系统。侧壁加热可以使反应室的温度分布更加均匀，从而获得更均匀的等离子体和刻蚀效果。同时，侧壁加热也可以减少聚合物等杂质的附着，防止颗粒玷污，并减少反应室的清洗频率。样品在Loadlock室抽至低真空后，由机械臂传送至反应室。反应结束后再送回Loadlock室。样品进入反应室后使用静电吸盘（ESC）固定，由温控系统对样片温度进行调控，并利用热传导效率很高的He气加快热传导，同时保证样品温度的均匀性。目前常用的样品卡盘有两种设计。一种是机械卡盘，通常使用石英环将衬底压在下电极上，设计比较简单。但是为了保证机械稳定性，压环和衬底必须有相当面积的接触。一方面衬底上的可用面积会减小，另一方面会造成颗粒沾污和交叉污染。另一种就是静电吸盘（ESC）。通过对卡盘下的电极施加电压产生静电荷工作。电极和衬底之间有绝缘介质隔离，衬底的下表面会感应出相反的电荷，把衬底拉向卡盘。ESC的缺点是对衬底下表面的平整度和洁净度要求较高，不能有效吸附时，衬底冷却效果很差，对刻蚀结果会产生不利影响。二、刻蚀的基本要求（1）负载效应刻蚀中还存在负载效应，即发生刻蚀速率变慢的情况。分为宏观负载效应和微观负载效应。刻蚀面积很大时，因为气体传输受限和刻蚀气体耗尽，刻蚀速率会较慢，这称为宏观负载效应。在微细图形的局部区域内，被刻蚀材料的密度过高造成刻蚀气体耗尽的情况称为微观负载效应。（2）图形保真度设横向刻蚀速率为V1，纵向刻蚀速率为V2，通常用A表示刻蚀的各向异性刻蚀的程度，定义如下：时，A=1，表示图形转移中没有失真，刻蚀具有很好的各向异性。时，A=0，图形失真情况严重，刻蚀为各向同性。AspectRatioDependentEtchRateARDEeffectMicroscopicloadingeffect（3）均匀性在材料制备时，薄膜厚度一般有一定的不均匀性，而刻蚀时同一衬底片的不同位置的刻蚀速率也不同。这些都会造成图形转移的不均匀。刻蚀的均匀性在很大程度上依赖于设备的硬件参数，如反应室的设置，气流，离子浓度等均匀性情况。其次是工艺参数的影响。对于大衬底的刻蚀，如果刻蚀时间不够，膜厚处没有刻蚀完全；但是刻蚀时间太长，膜薄处会造成过刻蚀。实际情况中需要综合考虑。也可以在被刻蚀材料的下层制备截止层。截止层选用和被刻蚀材料有很高选择比的材料，这样可以加长刻蚀时间，保证膜厚处被刻蚀干净，膜薄处也不会造成明显的过刻蚀。除了同一样片不同位置的均匀性问题，同一刻蚀条件不同样片的刻蚀均匀性（也称重复性）也很重要。重复性与反应室的状况有很大的关联性。（4）表面形貌一般情况下，刻蚀后的表面形貌都希望侧壁陡直光滑，刻蚀地面平滑。但对于不同的器件有时也有特殊要求，如需倾斜剖面、微透镜结构等。（5）刻蚀的清洁刻蚀中防止玷污是非常重要的。如果在接触孔的位置出现重金属沾污也会造成漏电。对于干法刻蚀，刻蚀表面还会出现聚合物的再淀积。三、等离子体刻蚀的基本过程低压等离子体工艺有四种基本过程可以用于材料的去除，分别是物理溅射刻蚀、纯化学刻蚀、离子增强刻蚀、侧壁抑制刻蚀。（1）物理溅射刻蚀溅射刻蚀利用能量离子对材料表面进行轰击，使原子从材料表面飞溅出去，从而实现去除材料的目的。等离子体可以提供所需的能量离子，典型的离子能量约为几百eV，远大于溅射产生的阈值（约几十eV）。在这个能量范围内，溅射率（每个入射离子溅射出的原子数）随离子能量的增加而快速增大。在离子能量一定的情况下，不同材料的溅射速率相差不大。因此，这个过程的选择性很差。而且溅射是纯物理过程，速率一般比较低，难以达到商业意义的去除材料的速率。但是，离子轰击的方向性很强，这使得溅射刻蚀具有很高的各向异性，可以形成亚微米量级的微细图形。而且，溅射刻蚀是这四种刻蚀过程中唯一可以从表面去除非挥发性产物的挥发性的产物抑制剂过程。在用其他工艺过程刻蚀时，利用溅射去除含量较少的难挥发性成分是很重要的。（2）纯化学刻蚀在纯化学刻蚀过程中，等离子体只提供气相的刻蚀粒子（多为中性活性基），这些活性粒子和材料表面发生化学反应生成气相产物。如人们很早就开始使用氟原子刻蚀硅，生成易挥发的SiF4。化学刻蚀几乎是各向同性的，因为气相刻蚀粒子是以近似均匀的角分布到达衬底表面的。这个刻蚀过程中，刻蚀产物必须具有挥发性。通常情况下，等离子体中达到衬底表面的刻蚀粒子通量可以很大，因此化学刻蚀可以获得非常高的刻蚀速率。而且，这个过程具有很高的选择比。（3）离子增强刻蚀离子增强刻蚀是物理溅射刻蚀和化学刻蚀相结合的工艺过程。离子轰击作用的辅助大大增强了衬底表面的化学反应活性，提高了反应生成物的挥发性，刻蚀效果有明显改善。等离子体既产生刻蚀粒子，又提供能量离子。刻蚀粒子和能量离子结合刻蚀的效果比单纯一种的刻蚀效果好得多。图清楚的表明离子增强刻蚀的优势。只使用刻蚀气体XeF2的化学刻蚀速率和只使用Ar+离子的物理轰击速率都相当低。两者结合后，刻蚀塑料布增加了近十倍。在这个工艺过程中，离子刻蚀时通过物理过程增强反应效果，与离子的化学反应无关。和化学刻蚀相同，这个工艺过程的刻蚀产物也必须具有挥发性。因为能量离子轰击衬底时具有高方向性，这种刻蚀的各向异性也很好。但能量离子增强刻蚀的选择性比纯化学刻蚀低。RIE就是这种能量离子增强刻蚀工艺。（4）侧壁抑制刻蚀侧壁抑制刻蚀需要在刻蚀中使用能形成阻挡层的粒子，即等离子体同时提供刻蚀粒子、能量离子和形成阻挡层的先驱物粒子。这些先驱物粒子被吸附到衬底表面形成阻挡层（聚合物薄膜）。刻蚀粒子通常选用对衬底有很高化学刻蚀速率的粒子。离子轰击可以防止阻挡层的形成或在阻挡层形成后将之清除掉，使衬底表面暴露出来。阻挡层在离子轰击较弱的地方（如侧壁）保护表面不被刻蚀。常用的阻挡层先驱物粒子包括CF2、CF3、CCl2等，可以形成碳氟或碳氯聚合物薄膜。这种刻蚀工艺可以得到具有垂直侧壁的高度各向异性的刻蚀结果。如刻蚀深度达到几百微米的深硅刻蚀主要就是利用刻蚀过程（Bosch工艺）。使用SF6作为刻蚀气体，C4F8作为钝化抑制气体，刻蚀和钝化过程交替进行，实现侧壁垂直的深硅刻蚀。四、影响刻蚀效果的因素ICP工艺中影响刻蚀效果的因素很多。工艺参数里包括源功率、偏压功率、刻蚀气体及流量、工作气压和温度等。此外，掩膜的制备和反应室内壁的情况对刻蚀结果也有很重要的影响。1.掩膜的影响ICP刻蚀是图形转移的过程，因此掩膜的制备对刻蚀非常重要。最常见的掩膜是光刻胶（Photoresist,PR）、SiO2和金属（如Al、Ni等）。一个好的掩膜要求陡直度较高，边缘光滑，底部去除干净无残留，抗高温和抗轰击能力强。掩膜的陡直度和边缘的光滑程度直接影响刻蚀剖面的陡直度和侧壁的光滑程度。虽然可以通过工艺参数的调整改善刻蚀形貌，但是效果远不如掩膜质量的改善。因此高质量的光刻技术对刻蚀非常重要。（1）几乎所有的掩膜制备都需要由光刻制备，光刻胶掩膜的制备最容易，精度也最高。但是，光刻胶的抗高温和抗轰击能力很差，只能用于低温工艺，通常选择比也较低。对于光刻胶掩膜，一般在显影后需要经历一个高温处理的过程，称为坚膜。坚膜可以去除光刻胶中剩余的溶剂，增强光刻胶和衬底的附着力，同时提高光刻胶的抗高温、抗刻蚀能力。通常坚膜的温度高于前烘和后烘的温度，光刻胶在坚膜的过程中称为类似玻璃体的熔融状态，可以消除其中的针孔等缺陷。并且，光刻胶在表面张力的作用下表面圆滑化，可以修正图形的边缘形状。但是，如果坚膜温度太高，光刻胶中剩余溶剂太少会造成去胶困难，同时光刻胶内部应力会增加，导致附着性和陡直度变差。因此，应合理的选择坚膜的温度和时间。坚膜后光刻胶的厚度会有所减小，根据情况不同，减薄的幅度略有不同，本文使用的AZ胶一般在15%以下。（2）硬掩膜SIO2和金属等硬掩膜一般需要光刻胶图形的二次转移，图形精度会有所损失。但是它们的抗高温和抗轰击能力很好，选择比高，可以刻蚀更深的深度。2.工艺参数的影响（1）ICPPower源功率这个功率源的主要作用是产生高密度等离子体，控制离子通量。功率增加时，离子和活性基密度增加，刻蚀速率也增加。一般情况下，选择比也会增加。但过高时，均匀性会下降。同时，源功率增加会带给衬底更多的热负荷，衬底温度会明显升高，对于需要低温的工艺影响较大，需要更好的温控系统。（2）RFPower偏压功率偏压功率源主要作用是控制离子轰击能量。对刻蚀速率和台阶角度影响很大。偏压功率增加，刻蚀速率明显增加。但是同时对掩膜的刻蚀也明显增加，可能导致选择比下降，台阶形貌变差。偏压功率过高有时会在台阶底部形成“trenching”沟槽。（3）工作气压ICP刻蚀的工作气压一般都小于50mTorr，典型值在几个mTorr至十几mTorr。在这样的低气压条件下，粒子的平均自由程很长，方向性好，离子轰击作用也较强。同时，低气压也有利于挥发性刻蚀产物的解吸附，易获得好的刻蚀结果。气压对均匀性影响很大，气压减小时均匀性更好。因此，气压减小，刻蚀的各向异性增加，均匀性和台阶角度会更好。气压对刻蚀速率的影响随刻蚀材料和气体的不同而有明显的差异。对于化学作用较强的工艺，如GaAs的刻蚀，气压较大时因为活性基和离子密度增加，刻蚀速率和选择比会有较大增加。而对物理作用较强的工艺，如SiO2的刻蚀，气压增加时刻蚀速率变化不大。（4）气体成分和流量等离子体刻蚀中经常使用含多种成分的混合气体。这些气体大体可分为三类。第一类是主要刻蚀反应气体，与被刻蚀材料发生化学反应生成挥发性产物。如Cl2、CF4、SF6等。第二类是起抑制作用的气体，可以在侧壁形成阻挡层，实现高的各向异性刻蚀，如CHF3、BCl3、SiCl4、CH4等。第三类是起稀释或特殊作用的惰性气体，如Ar、He、N2等。可以增强等离子体的稳定性，改善刻蚀均匀性，或增加离子轰击作用在（如Ar）来提高各向异性和提高选择比（如H2、O2）等。为了实现不同的刻蚀结果，平衡每一类气体的作用（选用合适的流量比）非常重要。如果需要获得较高的刻蚀速率，应选择和被刻蚀材料反应积极并且生成物非常易于挥发的反应类气体，同时可以适当提高其百分比浓度。但是，如果是被刻蚀层偏薄，对下层材料的选择比又较低的情况，常常提高抑制气体和稀释气体的比例来降低刻蚀速率，以实现对刻蚀终点的精确控制。（5）温度温度对刻蚀速率的影响主要体现在化学反应速率的变化。因此为了保证刻蚀速率的均匀性和重复性，必须精确的控制衬底温度。高温可以促进化学反应的进行，同时也有利于挥发性产物的解吸附。对于刻蚀生成物挥发温度较高的工艺，如InP的刻蚀，高温会带来有利的影响。但是对于以光刻胶为掩膜的低温工艺来说，温度必须控制在较低的水平。温度过高时光刻胶会软化变形，造成刻蚀图形的偏差。严重时光刻胶会碳化，导致刻蚀后很难去除。如果必须使用较高的衬底温度，需要改为SiO2、金属等硬掩膜。外加功率在很大程度上会转化为热量。对于ICP这种等离子体，功率一般很高，反应中衬底温升很快。如果工艺对温度非常敏感，在参数设置时应更加注意。五、附加气体的影响这里主要讨论碳氟等离子体中附加气体的作用。比较常见的附加气体有O2、H2、He和Ar等。这些附加气体可以改善等离子体的稳定性，影响刻蚀速率、选择比、均匀性和剖面形貌等刻蚀效果。首先以CF4（四氟化碳，又称四氯甲烷）为例，说明添加O2和H2附加气体对选择比的提高作用。在CF4中加入适量O2，O2将与等离子体中的CF4和CFx基团（x≤3）等反应生成CO、CO2和少量的COF2（碳酰氟，氟光气）。F自由基和SiO2反应的同时，也会与CFx基团结合而被消耗。因此加入适量的O2后，CFx基团被消耗，减少了F的消耗，从而加快了SiO2的刻蚀速率。刻蚀Si也有类似的情况。当O2浓度超过约20%时，SiO2的刻蚀速率明显快于Si，从而提高了SiO2和Si的选择比。但是Si的刻蚀速率依然较高，对掩膜的选择比也偏低。在CF4中加入适量H2改善选择比的情况会更好。随着H2浓度的增加，SiO2的刻蚀速率缓慢降低，Si和光刻胶的刻蚀速率快速下降。当H2组分达到约40%时，对Si的刻蚀基本上停止。因此加入H2可以大幅提高SiO2/Si的刻蚀选择比。出现这种现象的原因是，H原子和F自由基发生反应生成HF，随着H含量的增加，F自由基不断被消耗，使等离子体中的C的含量相对升高，对硅的刻蚀速率减小。相同的原因，SiO2的刻蚀速率也会减低。但是，与Si刻蚀不同的是，CFx（x≤3）基团也可以与SiO2反应。如式所示SiO2+2CF2（g）——SiF4（g）+2CO(g)因此SiO2的刻蚀速率减小比较缓慢。但是，H2浓度如果过高，F自由基耗尽，等离子体中的C含量过高，会生成高分子聚合物，导致刻蚀终止。碳氟气体的F/C比非常重要。F/C比定义为等离子体中氟原子和碳原子的比例。图显示了碳氟气体中F/C比与刻蚀反应的关系。可以看出，当F/C大于3时，结果总是刻蚀，此时台阶侧壁也将被刻蚀，因此各向异性不是很高。当F/C大于2小于3时，侧壁被阻挡层保护，而离子轰击使底部暴露出来，因此可以获得很高的各向异性。这是干法刻蚀常用的参数区间。当当F/C小于2时，如果离子的轰击作用不够，聚合物薄膜将淀积到侧壁和底部，刻蚀停止。而添加O2时倾向于加快刻蚀，添加H2时倾向于形成聚合物。负载加大时F自由基被大量消耗，也倾向于聚合物的淀积。除了O2和H2，碳氟等离子体中还经常添加惰性气体He和Ar。惰性气体可以稀释反应气体，使等离子体起辉更加容易并具有良好的稳定性，同时可以增加刻蚀的均匀性。在碳氟等离子体中加入He可以改善刻蚀的各向异性。这是因为He的碰撞截面小，在鞘层中被散射的机会少，因此方向性较好。添加Ar可以增加离子的轰击作用。六、多种条件刻蚀技术在SiO2的刻蚀中，CFx活性基不会自发的刻蚀SiO2，即使吸附到SiO2表面也不会分解。因此，在碳氟等离子体中基本上不存在对SiO2的纯化学刻蚀过程，所有可以观察到的对SiO2的刻蚀都是由能量离子驱动的。当等离子体中富含不饱和的CFx活性基和具有较强的离子轰击作用时，在SiO2表面会形成1~2nm的SixCxFyOz薄层。能量离子轰击和穿透该层时产生的级联碰撞会引起SixCxFyOz层内及该层表面上化学键的破坏和重新组合。从而产生易于挥发的刻蚀产物，如SiF4、SiF2、CO、CO2和COF2等。而且，表面吸附的碳在离子作用下会与SiO2发生下列反应因此，碳不容易在表面淀积，刻蚀可以顺利进行。在同样的条件下，在Si表面却形成厚度为10~20nm的含碳聚合物薄膜，阻止了Si刻蚀的发生。这样就可以得到较高的SiO2/Si刻蚀选择比。SiO2的刻蚀速率与离子轰击的能量有关，与衬底温度的关系不大。负载效应远小于用碳氟等离子体刻蚀Si。刻蚀的各向异性很高。1.高速率刻蚀ICP高刻蚀速率是它的突出优点之一。影响刻蚀速率的因素主要有反应气体、源功率、偏压功率和气压等。气体的选择是影响刻蚀速率的重要因素。为了提高效率，一般希望具有高的刻蚀速率，可以提高刻蚀性气体的浓度。高的源功率可以提高离子通量，离子和活性基密度增加，刻蚀速率也增加。但需要注意的是，过高的源功率会导致均匀性下降。同时提高源功率会增加热量的产生。增加偏压功率将直接提高离子的能量，因此刻蚀速率会迅速增加。但偏压功率增加对衬底的损伤也会加剧。气压增加，离子和活性基密度增加，刻蚀速率也增加。但气压过高容易导致各向同性刻蚀结果。2.高选择比刻蚀选择比包括两方面内容，一是与掩膜的选择比，二是与下层材料的选择比。刻蚀中通常希望具有高选择比，实现的途径主要有两种：一是形成阻挡层，如使用C4F8、CHF3等低F/C比气体；二是与非刻蚀材料不反应或反应产物不挥发，如使用氧等离子去除光刻胶，下层材料是SiO2时不与O2反应，下层材料是Si时生成SiO2。2.1掩膜的高选择比一般希望对掩膜的选择比越高越好，这样使用薄的掩膜就可以达到很深的刻蚀深度，同时容易获得陡直的刻蚀剖面。通常情况下，首先应根据材料和要求的不同选择合适的掩膜，其次才是调整工艺参数提高选择比。对于SiO2刻蚀来说，常用的掩膜有光刻胶、多晶硅和金属。光刻胶的制备最方便快捷，因此浅刻蚀一般都使用光刻胶作为掩膜。深刻蚀因为光刻胶的选择比低，一般选择多晶硅或金属掩膜。在气体选择上，为了提高选择比，应选择可以在掩膜表面形成聚合物阻挡层的低F/C比气体或添加适量的H2。通常情况下，掩膜刻蚀主要是物理溅射作用。因此离子轰击能量直接影响掩膜刻蚀速率。减小偏压功率可以减小掩膜刻蚀，但是同时也会影响材料的刻蚀速率。通常不容易获得高选择比。增加源功率可以增加离子密度，同时对离子能量影响很小。因此材料刻蚀速率增加，掩膜的刻蚀速率变化不大，选择比会有所提高。2.2下层材料的高选择比一般情况下希望对下层材料的选择比越高越好，最好形成自然截止层。这样既可以保证充分刻蚀，对下层材料也没有大的影响。SiO2的刻蚀很多情况下是为了刻蚀接触孔，必须保证SiO2被完全刻蚀干净。但是，因为SiO2制备时的偏差和刻蚀的不均匀性，通常情况都需要保证一定的过刻蚀时间。如果对下层材料的选择性不好，就会造成材料的严重过刻蚀。3.特定剖面刻蚀决定刻蚀剖面形状的因素很多。一般来说，掩膜越陡直，工艺各向异性越高，刻蚀剖面的陡直度就越好。3.1工艺参数的影响为了获得更好的陡直度，应尽量提高工艺的各向异性。首先应选择合适的混合气体比例。抑制作用的气体太少会倾向于各向同性刻蚀，太多时刻速率大幅度降低并且表面平整会变差，甚至形成“grass”现象。其次是选择合适的气压。气压减小，粒子的平均自由程增加，在电场作用下方向性更好，离子轰击作用增强，趋向于各向异性刻蚀，即陡直度更好。功率也会影响剖面形状，需要根据具体情况来调节。对于SiO2刻蚀来说，源功率增加剖面角度会更好，因为离子和活性基密度的增加使刻蚀速率也增加，在其他参数不变的情况下，选择比也增加，陡直度会更好。而偏压功率增加使轰击作用增强，掩膜（尤其是光刻胶掩膜）刻蚀速率急剧增加，导致选择比降低，剖面角度变差。3.2掩膜的影响刻蚀是图形转移的过程，掩膜的质量（形貌、厚度、抗刻蚀能力等）对刻蚀的效果，尤其是剖面角度影响巨大。一般情况下，作为掩膜的光刻胶都是正台，具有一定的倾斜度。如图所示，在掩膜的陡直度很差的情况下，如果掩膜的选择比较高，刻蚀剖面的陡直度会较好。但是如果选择比较低，刻蚀剖面受掩膜影响很大，陡直度一般较差。通过调整工艺参数可以弥补掩膜的不足，但是效果会受到很大限制。同时，通过调整工艺参数来获得好的陡直度通常需要一定的反应时间，因此被刻蚀材料偏薄时很难获得垂直剖面。（1）垂直剖面很多应用中都希望获得尽量垂直的刻蚀剖面，因此对掩膜的陡直度要求较高。硬掩膜的选择比通常比较高，对剖面陡直度影响较小。但光刻胶的选择比普遍较低，对陡直度影响较大。同时，光刻工艺条件的不同，形貌也会有很大变化。前面已经提到，选择合适的坚膜温度和时间可以改善光刻胶的形貌。在实验中发现，本文中使用的AZ系列光刻胶采用120℃，30min烘箱坚膜可以获得良好的选择比和刻蚀形貌。在SiO2刻蚀中离子增强轰击作用非常强，对光刻胶的选择比较低，因此对光刻胶掩膜形貌的依赖程度较高。这种影响在刻蚀深度小于2um时表现的更加明显。下图显示了在1.5umSiO2刻蚀中坚膜对刻蚀剖面的影响。可以看出，未坚膜时SiO2刻蚀台阶陡直度差，轮廓比较圆滑。120℃，30min烘箱坚膜后，台阶的陡直度有明显的改善。（2）倾斜剖面要求倾斜剖面的典型情况是需要在刻蚀的SiO2台阶处制备金属电极。这是因为如果台阶较深，陡直度又很高，台阶处的电极很容易发生断裂。对于SiO2刻蚀，因为受掩膜影响较大，因为通过改变掩膜的角度来获得倾斜剖面比改变工艺参数更加容易。本文通过高温坚膜降低掩膜的陡直度，并适当降低选择比和增加过刻蚀时间，获得了所需的倾斜角度。倾斜剖面使用的工艺条件如下表所示。为了更好的利用掩膜的倾斜度，掩膜采用了薄胶。与垂直剖面使用的工艺条件相比，为了实现倾斜剖面，降低了C4F8的流量，通过降低刻蚀速率降低选择比（4.2:1降至3:1）。没有大幅度降低H2是为了保证对下层的Si的高选择比。因为对Si的选择比很大，可以适当增加过刻蚀时间，保证SiO2层被完全刻蚀。同时适当增加刻蚀时间（6min增加至8min），掩膜退缩的更严重，更有利于刻蚀斜剖面的获得。使用表3.3的工艺条件，采用不同温度坚膜（150℃和210℃）的光刻胶做掩膜，刻蚀1.5umSiO2，获得的台阶倾斜角度如图所示。光刻胶厚度为0.85um。随着坚膜温度的提高，光刻胶的陡直度下降，刻蚀后的SiO2台阶的倾斜程度也明显增加。在210℃坚膜后获得了47度的倾斜剖面角度。