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本文報道的實驗旨在研究表面化學(xué)引起的蝕刻刻度的差異,為了分離蝕刻刻放的基本機(jī)制，在三種不同的襯底溫度下，即Tsub5 85、20和2 45 °C的相同等離子體條件下，蝕刻相同圖案的Si和砷化鎵樣品。由于等離子體條件是相同的，從硅到砷化鎵或從一種溫度到另一種溫度的蝕刻速率尺度的差異不能歸因于離子和中性輸運(yùn)效應(yīng)。由于在兩種襯底材料中蝕刻了相同的特征，因此幾何因素也保持不變。
我們表明，在兩種襯底的較高溫度下，長寬比比例占主導(dǎo)地位，但對硅的影響明顯更強(qiáng)。對于砷化鎵和Si，在最低溫度下可以觀察到一個更復(fù)雜的、隨時間變化的尺度,同樣，這種影響在硅中比在砷化鎵蝕刻速率中更明顯,數(shù)據(jù)用純中性通量陰影的離子中性協(xié)同模型35,36很好地描述,在低溫下，該模型被擴(kuò)展到包括一種蝕刻抑制劑的沉積，以解釋非長寬比的比例。在總結(jié)之前，討論了這些結(jié)果對最小化蝕刻率刻度效應(yīng)的影響以及其他非均勻性機(jī)制的重要性。
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圖1
實驗使用電子回旋共振~ECR，見圖1。在處理過程中，通過將電容壓力計的輸出反饋到限制1500l/s渦輪分子泵的泵送速度，來控制2mTorr的腔室壓力，石英內(nèi)襯溫度用于近似氣體溫度38；在本研究中最長的蝕刻期間增加200K，可高達(dá)750K。中性通量10%的變化導(dǎo)致本實驗長寬比蝕刻率10%的變化，為了引起蝕刻率的變化，通過紅外干涉儀現(xiàn)場監(jiān)測的毯狀蝕刻率沒有顯著變化，證實了10%。
在使用電流互感器和高壓探針獲得電流和電壓波形，電極溫度是通過安裝在電極背面的凹槽中的K型熱電偶測量電極溫度的，溫度是通過同時從LN2儲液器中冷卻和從電極內(nèi)部的歐姆加熱器中加熱來設(shè)定的。利用加熱元件的反饋控制，通過紅外干涉法測量的襯底溫度Tsub在處理過程中保持在設(shè)定溫度的6 3°C內(nèi)。雖然這項工作只涉及Si和砷化鎵溝槽中心的蝕刻速率，但在兩種材料中選擇了同時產(chǎn)生最垂直剖面的條件，見圖2和3。
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圖2
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圖3
在具有長寬比縮放的RIE滯后條件下，僅將蝕刻深度除以蝕刻時間所得到的蝕刻率高估了最終長寬比的實際蝕刻率。砷化鎵的溝槽輪廓往往比Si~的溝槽輪廓更錐細(xì)。砷化鎵的變細(xì)在較低Tsub和較高縱橫比特征時最為明顯，這與特征寬度無關(guān)。3a、3b到3c和3d。而在Si中，隨著高寬比的變化似乎很小見圖2，如果在砷化鎵中逐漸變細(xì)是由于重新沉積，重新沉積的材料很可能是Ga和As，因為重新沉積的材料和原始砷化鎵之間沒有觀察到對比。
雖然可以考慮許多高寬比相關(guān)的蝕刻機(jī)制，但在我們的實驗條件下，中性陰影似乎占主導(dǎo)地位，但由于Si和砷化鎵蝕刻過程中等離子體和光刻掩模是相同的，所以掩模充電不能造成兩種材料長寬比比例差異的原因。
雖然我們只考慮了溝槽中心的蝕刻速率，并且在那里我們發(fā)現(xiàn)中性陰影與數(shù)據(jù)一致，但對于溝槽的其他部分，其他機(jī)制，如克努森擴(kuò)散可能發(fā)揮更重要的作用。在底物溫度下，使用具有朗繆爾吸附動力學(xué)的離子中性協(xié)同模型來很好地描述，蝕刻率的比例可以僅用中性陰影來解釋，Si和砷化鎵的尺度之間的差異歸因于Cl表面覆蓋的差異：對于Si，表面覆蓋小于砷化鎵，導(dǎo)致Si溝槽蝕刻速率更依賴于中性通量，因此長徑比。這些數(shù)據(jù)可以很好地描述，假設(shè)少量的蝕刻抑制劑的表面覆蓋度在蝕刻過程中隨時間緩慢地增加。雖然該抑制劑的確切鑒定仍未確定，但有證據(jù)表明光刻膠的影響。