淺析反應離子刻蝕工藝技術

反應離子刻蝕

反應離子刻蝕（RIE，Reactive Ion Etching）是制作半導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，通過產生的等離子體對樣品進行化學和物理刻蝕。在除去不需要的集成電路板上的保護膜時，利用反應性氣體的離子束切斷保護膜物質的化學鍵，產生低分子物質，然后這些物質揮發或游離出板面。

結構

兩個平行放置電極：一個電極作為地線，一個電極外加射頻功率

氣體從接地側的電極以淋浴狀噴出，晶圓放置在施加射頻的電極側（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，稱為Enchant → Enchant到達晶圓表面的過程（壓力低時能刻蝕出深度形狀，但如果壓力過低，放電就不順利，會出現等離子體難以產生的問題） → 到達晶片表面的Enchant與被刻蝕物發生反應 → 反應副產物從晶圓脫離（反應副產物需迅速脫離并排氣，否則反應副產物會附著在表面，刻蝕反應無法進行）

反應離子刻蝕的優缺點

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

優點：

良好的形貌控制能力：反應離子刻蝕可以實現各向異性刻蝕，這對于獲得精細和復雜的圖形結構非常有利。

較高的選擇比：與某些其他蝕刻技術相比，反應離子刻蝕能夠更有效地區分并去除特定的材料層，從而實現對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，但反應離子刻蝕的刻蝕速率可以滿足大多數工藝需求。

促進化學反應：由于高能離子的轟擊，反應離子刻蝕可以破壞被刻蝕材料的化學鍵，加速與活性刻蝕反應基團的反應速度，從而提高刻蝕效率。

缺點：

設備成本高昂：反應離子刻蝕設備通常比較復雜且昂貴，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，但與某些更先進的蝕刻技術相比，反應離子刻蝕的選擇比可能不是最高的。

對表面損傷大：由于高能離子的轟擊，反應離子刻蝕可能會對被刻蝕材料的表面造成較大的損傷。

可能產生污染：在刻蝕過程中，可能會產生一些有害氣體或殘留物，這需要對工作環境進行嚴格的控制和處理。

難以形成更精細的圖形：對于需要極高精度的圖形刻蝕，反應離子刻蝕可能難以滿足要求。

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

反應離子刻蝕設備廣泛應用于半導體器件、電力電子器件、光電子、太陽能電池、微機械等領域。此外，還有電感耦合反應離子刻蝕機（ICP-RIE）這種機型，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