淺析反應(yīng)離子刻蝕工藝技術(shù)

反應(yīng)離子刻蝕

反應(yīng)離子刻蝕（RIE，Reactive Ion Etching）是制作半導(dǎo)體集成電路的一種重要蝕刻工藝。它是在平板電極間施加射頻電壓，通過(guò)產(chǎn)生的等離子體對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)和物理刻蝕。在除去不需要的集成電路板上的保護(hù)膜時(shí)，利用反應(yīng)性氣體的離子束切斷保護(hù)膜物質(zhì)的化學(xué)鍵，產(chǎn)生低分子物質(zhì)，然后這些物質(zhì)揮發(fā)或游離出板面。

結(jié)構(gòu)

兩個(gè)平行放置電極：一個(gè)電極作為地線，一個(gè)電極外加射頻功率

氣體從接地側(cè)的電極以淋浴狀噴出，晶圓放置在施加射頻的電極側(cè)（陰極耦合）

刻蝕氣體在等離子體中分解電離，形成離子和自由基等刻蝕類物質(zhì)，稱為Enchant → Enchant到達(dá)晶圓表面的過(guò)程（壓力低時(shí)能刻蝕出深度形狀，但如果壓力過(guò)低，放電就不順利，會(huì)出現(xiàn)等離子體難以產(chǎn)生的問(wèn)題） → 到達(dá)晶片表面的Enchant與被刻蝕物發(fā)生反應(yīng) → 反應(yīng)副產(chǎn)物從晶圓脫離（反應(yīng)副產(chǎn)物需迅速脫離并排氣，否則反應(yīng)副產(chǎn)物會(huì)附著在表面，刻蝕反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行）

反應(yīng)離子刻蝕的優(yōu)缺點(diǎn)

反應(yīng)離子刻蝕（RIE，Reactive Ion Etching）作為制作半導(dǎo)體集成電路的一種重要蝕刻工藝，具有一系列的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：

良好的形貌控制能力：反應(yīng)離子刻蝕可以實(shí)現(xiàn)各向異性刻蝕，這對(duì)于獲得精細(xì)和復(fù)雜的圖形結(jié)構(gòu)非常有利。

較高的選擇比：與某些其他蝕刻技術(shù)相比，反應(yīng)離子刻蝕能夠更有效地區(qū)分并去除特定的材料層，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同材料的精確刻蝕。

刻蝕速率適中：雖然可能不是最快的刻蝕方法，但反應(yīng)離子刻蝕的刻蝕速率可以滿足大多數(shù)工藝需求。

促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)：由于高能離子的轟擊，反應(yīng)離子刻蝕可以破壞被刻蝕材料的化學(xué)鍵，加速與活性刻蝕反應(yīng)基團(tuán)的反應(yīng)速度，從而提高刻蝕效率。

缺點(diǎn)：

設(shè)備成本高昂：反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備通常比較復(fù)雜且昂貴，這增加了工藝的成本。

選擇比并非最高：雖然具有一定的選擇比，但與某些更先進(jìn)的蝕刻技術(shù)相比，反應(yīng)離子刻蝕的選擇比可能不是最高的。

對(duì)表面損傷大：由于高能離子的轟擊，反應(yīng)離子刻蝕可能會(huì)對(duì)被刻蝕材料的表面造成較大的損傷。

可能產(chǎn)生污染：在刻蝕過(guò)程中，可能會(huì)產(chǎn)生一些有害氣體或殘留物，這需要對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格的控制和處理。

難以形成更精細(xì)的圖形：對(duì)于需要極高精度的圖形刻蝕，反應(yīng)離子刻蝕可能難以滿足要求。

反應(yīng)離子刻蝕是一種各向異性很強(qiáng)、選擇性高的干法腐蝕技術(shù)，利用離子能量使被刻蝕層的表面形成容易刻蝕的損傷層，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)離子還可以清除表面生成物，露出清潔的刻蝕表面。然而，這種刻蝕技術(shù)不能獲得較高的選擇比，對(duì)表面的損傷大，有污染，難以形成更精細(xì)的圖形。

反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體器件、電力電子器件、光電子、太陽(yáng)能電池、微機(jī)械等領(lǐng)域。此外，還有電感耦合反應(yīng)離子刻蝕機(jī)（ICP-RIE）這種機(jī)型，它可以提供更高的等離子濃度，適合金屬等其他材料的刻蝕。

審核編輯：黃飛