浅析反应离子刻蚀工艺技术

反应离子刻蚀

反应离子刻蚀（RIE，Reactive Ion Etching）是制作半导体集成电路的一种重要蚀刻工艺。它是在平板电极间施加射频电压，通过产生的等离子体对样品进行化学和物理刻蚀。在除去不需要的集成电路板上的保护膜时，利用反应性气体的离子束切断保护膜物质的化学键，产生低分子物质，然后这些物质挥发或游离出板面。

结构

两个平行放置电极：一个电极作为地线，一个电极外加射频功率

气体从接地侧的电极以淋浴状喷出，晶圆放置在施加射频的电极侧（阴极耦合）

刻蚀气体在等离子体中分解电离，形成离子和自由基等刻蚀类物质，称为Enchant → Enchant到达晶圆表面的过程（压力低时能刻蚀出深度形状，但如果压力过低，放电就不顺利，会出现等离子体难以产生的问题） → 到达晶片表面的Enchant与被刻蚀物发生反应 → 反应副产物从晶圆脱离（反应副产物需迅速脱离并排气，否则反应副产物会附着在表面，刻蚀反应无法进行）

反应离子刻蚀的优缺点

反应离子刻蚀（RIE，Reactive Ion Etching）作为制作半导体集成电路的一种重要蚀刻工艺，具有一系列的优点和缺点。

优点：

良好的形貌控制能力：反应离子刻蚀可以实现各向异性刻蚀，这对于获得精细和复杂的图形结构非常有利。

较高的选择比：与某些其他蚀刻技术相比，反应离子刻蚀能够更有效地区分并去除特定的材料层，从而实现对不同材料的精确刻蚀。

刻蚀速率适中：虽然可能不是最快的刻蚀方法，但反应离子刻蚀的刻蚀速率可以满足大多数工艺需求。

促进化学反应：由于高能离子的轰击，反应离子刻蚀可以破坏被刻蚀材料的化学键，加速与活性刻蚀反应基团的反应速度，从而提高刻蚀效率。

缺点：

设备成本高昂：反应离子刻蚀设备通常比较复杂且昂贵，这增加了工艺的成本。

选择比并非最高：虽然具有一定的选择比，但与某些更先进的蚀刻技术相比，反应离子刻蚀的选择比可能不是最高的。

对表面损伤大：由于高能离子的轰击，反应离子刻蚀可能会对被刻蚀材料的表面造成较大的损伤。

可能产生污染：在刻蚀过程中，可能会产生一些有害气体或残留物，这需要对工作环境进行严格的控制和处理。

难以形成更精细的图形：对于需要极高精度的图形刻蚀，反应离子刻蚀可能难以满足要求。

反应离子刻蚀是一种各向异性很强、选择性高的干法腐蚀技术，利用离子能量使被刻蚀层的表面形成容易刻蚀的损伤层，促进化学反应，同时离子还可以清除表面生成物，露出清洁的刻蚀表面。然而，这种刻蚀技术不能获得较高的选择比，对表面的损伤大，有污染，难以形成更精细的图形。

反应离子刻蚀设备广泛应用于半导体器件、电力电子器件、光电子、太阳能电池、微机械等领域。此外，还有电感耦合反应离子刻蚀机（ICP-RIE）这种机型，它可以提供更高的等离子浓度，适合金属等其他材料的刻蚀。

审核编辑：黄飞