不论氧气中的CF4浓度如何变化,刻蚀和抑制作用都同时存在。主要化学反应是由等离子体中氧原子与氟原子的相对密度决定的。此外,还应考虑CF4对氮化硅的刻蚀作用。由于CF4/O2混合气体对氮化硅和聚酰亚胺同时具有刻蚀作用,通过调整二者的比例可以在对聚酰亚胺的高刻蚀速率和保护氮化硅结构之间达到平衡。
2.1过刻蚀与欠刻蚀
在制备过程中遇到了对氮化硅的过刻蚀以及对聚酰亚胺层的欠刻蚀等问题。释放牺牲层是加工工艺流程的最后一步,也是决定悬浮结构是否加工成功的关键步骤。过刻蚀或欠刻蚀是牺牲层释放的常见问题。干法释放牺牲层一般采用氧等离子体刻蚀工艺。但是,如果仅仅采用氧气作为刻蚀剂,刻蚀速率过低以至于无法有效去除聚酰亚胺层。因此我们采用以氧气和四氟化碳气体作为刻蚀剂的RIE工艺替代氧等离子体。开关在400W功率下使用O2(100sccm)和CF4(20sccm)作为刻蚀剂进行5分钟干法刻蚀。将此过程循环7次,间隔时间30s。在RIE干法刻蚀后,观察到器件发生过刻蚀,如图3(a)所示。这要归因于刻蚀剂中的四氟化碳(氮化硅的刻蚀)。在这种情况下,需要降低RIE刻蚀工艺中的功率和气体流量等参数。因为RIE的刻蚀速率会随着射频功率的提升而增加。射频功率的增大对RIE过程中的物理和化学刻蚀过程同时产生影响。物理离子轰击和溅射刻蚀作用在刻蚀功率提升的情况下同时得到增强。与此同时,较高射频功率带来的更高的气体分子解离程度,导致反应离子增多,使得化学刻蚀作用增强。造成这一现象的原因是,随着射频功率的提升,离子和自由基密度的增加。离子和自由基密度的增加促进了物理和化学刻蚀作用,因此提升了刻蚀速率。但是过高的射频功率会导致离子轰击作用过强,从而对薄膜表面造成损伤。同时长时间暴露在高射频功率下使得聚酰亚胺过热碳化,留下难以去除的残留碳化物,如图3(b)。
图3严重过刻蚀样片显微镜照片:(a)过刻蚀样片1;(b)过刻蚀样片2
图4开关欠刻蚀显微镜照片:(a)所制备开关俯视图;(b)开关梁释放孔局部发大图
图5开关轻度过刻蚀扫描电镜照片:(a)开关局部俯视图;(b)开关侧视图