乾蝕刻的分析

我們將利用乾蝕刻的方式，藉著保護層(Cr)和 SiO₂對蝕刻氣體的 蝕刻率不同，我們可以對底材蝕刻出符合我們需求的槽溝。然而，不 同的功率，蝕刻機制，操作氣壓，蝕刻氣體，所造成的結果都不同。

以下討論，我們將調整上述條件，來找出最佳的蝕刻配方。

我們使用的機器是 Oxford 80-Plus 乾式蝕刻機。而他有兩種不同 的蝕刻機制：RIE (Reactive Ion Etch 反應式離子蝕刻法)和 ECR (Electron Cyclotron Resonance 電子環繞共振式)兩種。前者是結合了化 學 反 應 和 離 子 轟 擊 (Ion Bombardment)， 同 時 具 備 有 高 選 擇 性 (Selectivity)與非等向性的雙重優點。後者是利用微波(Microwave)的高 頻率(2.45GHz)震動，來增加電子與氣體分子在低壓下的碰撞頻率，

以強化離子與原子團在電漿內的濃度。通常 ECR 的操作氣壓較低，

約在幾個 mtorr 之間。

蝕刻氣體的選擇上，本實驗室共有四種不同的氣體：Oxygen､

Argon､CHF₃､SF6。其中，SF₆的蝕刻速度較快，但是其側蝕(Sidewall Erosion)很明顯。CHF₃其蝕刻速度較慢，而且會產生高分子材料，可 是側面卻可以得到高分子材料的保護(Polymer Protection)，減少側蝕 的情形[16]。而 Argon 可以增加離子轟擊的效果，提升蝕刻速率。

Oxygen 可以去掉高分子材料，在高分子材料蝕刻時，有相當大的幫

助。本實驗所使用的蝕刻機制和使用氣體如下：

表 3-4-1 蝕刻機制表

蝕刻機制 ECR Reactive Ion Etch 反應式離子蝕刻法，

RIE Electron Cyclotron Resonance 電子環繞共振式 使用氣體 Oxygen､Argon､CHF₃､SF₆

在實驗的過程中，我們會同時讓 ECR 和 RIE 兩種機制一起作用，

因為這樣做可以使凹槽在很深的時候，還保持一定的電漿濃度，而且 在離子轟擊下，側邊(Sidewall)能不受其影響而發生被侵蝕的情形。

在蝕刻氣體方面，為了能兼具 CHF3和 SF₆的優點，我們將同時通入 這兩種氣體。由於試片取得不易，所以我們只能朝我們需要的方向作 測試，以下是我們測試的條件和結果。

在第一節有提過，我們分別對兩種不同的底材蝕刻。其中一種是 FHD SiO₂，圖 3-4-1 是條件為 RIE power = 200W，ECR power =150W，

操作氣壓= 15 mtorr，蝕刻氣體為 SF₆ /O₂ = 40：1，的蝕刻結果。由 SEM 的圖，發現：PIRI 公司 FHD SiO2的底材可能有不均勻的現象，

於是，我們把製程技術轉移到上詠公司所提供，利用 PECVD 所成長 的 SiO2上。而以下的討論也都是針對後者而言。

圖3-4-2所示，固定RIE功率=200W，ECR功率=150 W，操作氣壓

= 8 mtorr，蝕刻氣體SF /CHF =9/1，可以得到Argon氣體流量和蝕刻

速率的關係。由於Ar可以增加離子轟擊的效果，Ar氣體通入越多，其 蝕刻速率越高，但是，相對其底部會比較粗糙，並不能達到我們的要 求。

圖 3-4-1 FHD SiO2 凹槽乾蝕刻結果。

於是，我們把蝕刻氣體固定，然後改變 RIE 的功率，如圖 3-4-3。

在僅開 RIE 的情形下，其蝕刻速率比同時使用 ECR 快一倍，但是其 側蝕的情況相當嚴重，如圖 3-4-4，可以看出會有一條一條的刮痕，

在角落部份會有黑點堆積，而且在功率越高時，這種現象越明顯，如 圖 3-4-5 所示。所以，我們加入 ECR，一方面可以改善前述的問題，

同時可改善蝕刻之穩定度，讓蝕刻深度可以更深。

RIE Power = 200 W ECR Power = 150 W

Operation pressure= 15 mtorr Etchant: SF6 /O2=40：1

-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Ar Flow (sccm.)

Etching rate (A/min)

1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0 2 0 0

Etching rate (A/min)

RIE power (W)

圖 3-4-3 SiO 的蝕刻速率和 RIE 功率關係圖。

圖 3-4-4 TEOS SiO₂凹槽乾蝕刻結果。

圖 3-4-5 TEOS SiO₂凹槽乾蝕刻結果。

RIE power=120W

Operation pressure=8mtorr

Etchant : SF6/CHF3=9/1

RIE power=120W

Operation pressure=8mtorr

Etchant : SF6/CHF3=9/1

我們逐步降低 RIE 的功率，以降低離子轟擊的力量，一方面提升 ECR 的功率，來增加其化學反應的氣體濃度。由圖 3-4-3 可以知道，

加入 ECR 之後，其蝕刻速率明顯下降很多，但是，平坦度卻改善非 常的多，而且，側蝕的現象和沉積物都不見了。而其中又屬 ECR 功 率為 250W，RIE 功率為 120W 的時候，底部和側面最為平坦，如圖 3-4-6 所示。

圖 3-4-6 TEOS SiO2蝕刻圖。

RIE power = 120 W

ECR power = 200 W Operation pressure=8mtorr

Etchant : SF6/CHF3=9/1