[科普中国]-反应性离子刻蚀

反应性离子刻蚀 （reaction ionetching；RIE）是制作半导体集成电路的蚀刻工艺之一。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，使之产生低分子物质，挥发或游离出板面，这样的方法称为反应性离子刻蚀。

简介离子刻蚀是利用高能量惰性气体离子轰击被刻蚀物体的表面，达到溅射刻蚀的作用。因为采用这种方法，所以可以得到非常小的特征尺寸和垂直的侧壁形貌。这是一种“通用”的刻蚀方式，可以在任何材料上形成图形。它的弱点是刻蚀速度较低，选择性比较差。

传导耦合性等离子体刻蚀的优势在于刻蚀速率高、良好的物理形貌和通过对反应气体的选择，达到针对光刻胶和衬底的高选择比。一般用于对特征形貌没有要求的去胶(ashing，灰化)工艺。

反应离子刻蚀是上述两种刻蚀方法相结合的产物，它是利用有化学反应性气体产生具有化学活性的基团和离子。经过电场加速的高能离子轰击被刻蚀材料，使表面受损，提高被刻蚀材料表面活性，加速与活性刻蚀反应基团的反应速度，从而获得较高的刻蚀速度。这种化学和物理反应的相互促进，使得反应离子刻蚀具有上述两种干法刻蚀所没有的优越性：良好的形貌控制能力(各向异性)、较高的选择比、可以接受的刻速率。因此在于法刻蚀工艺中反应性离子刻蚀得到广泛应用。1

反应性离子刻蚀特点及设备应用了基子和离子碰撞的平面式反应器也被使用。至于化学等离子体刻蚀，这个作为协同等离子体刻蚀系统的名字不总是合适的。与利用高压(>100mTorr)操作的等离子刻蚀机(PE)相区别，经常把低压的、不对称的平面反应器叫做反应性离子刻蚀机(RIE)。当然，等离子体刻蚀正发生在流体上，离子不再是主要的刻蚀剂。我们想用离子束辅助基子刻蚀(IBARE)这个名字来代替反应性离子刻蚀。在IBARE中，独立地控制温度和离子流量是困难的。这就是报道关于氟基IBARE对硅加工中一致性较差的原因。不过，IBARE是现在最重要的等离子技术。IBARE系统中，普遍应用的是二极管反应器。在反应式刻蚀器的条件下，作为IBARE工艺的平面式反应器可以是对称的，此时阴极区和阳极区是相同的，也可以是不对称的，此时它们在大小上是不同的。

在对称的低压系统中，等离子体势是高的，并且两个电极被高能的离子撞击。由于被等电极区引起的零偏置的存在，这种类型的刻蚀机经常与真正的RE(没有碰撞)混淆。通常，在不对称系统中，带负载晶片的射频源电极与接地的表面区域有很少的联系。这些系统的特征是低的等离子体势(10～50V)和在射频激励电极上的高偏置电压(10～1000V)，这些特征增加了离子能量，提高了刻蚀过程中的定向性。因为低的等离子体势，所以来自接地表面的溅射杂质相对就少。而且，因为靶电极被作为接地端而被反向充电，这种类型的系统也被叫做“阴极负载IBARE系统”，与阳极负载PE系统相反。2

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学