反應性離子刻蝕 （reaction ionetching；RIE）是製作半導體積體電路的蝕刻工藝之一。在除去不需要的積體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，使之產生低分子物質，揮發或游離出板面，這樣的方法稱為反應性離子刻蝕。
基本介紹
- 中文名：反應性離子刻蝕
- 外文名：reaction ionetching
- 簡稱：RIE
- 套用：製作半導體積體電路
- 屬於：刻蝕
- 優點：較高的選擇比、可以接受的刻速率
簡介,反應性離子刻蝕特點及設備,
簡介
離子刻蝕是利用高能量惰性氣體離子轟擊被刻蝕物體的表面，達到濺射刻蝕的作用。因為採用這種方法，所以可以得到非常小的特徵尺寸和垂直的側壁形貌。這是一種“通用”的刻蝕方式，可以在任何材料上形成圖形。它的弱點是刻蝕速度較低，選擇性比較差。
傳導耦合性電漿刻蝕的優勢在於刻蝕速率高、良好的物理形貌和通過對反應氣體的選擇，達到針對光刻膠和襯底的高選擇比。一般用於對特徵形貌沒有要求的去膠(ashing，灰化)工藝。
反應離子刻蝕是上述兩種刻蝕方法相結合的產物，它是利用有化學反應性氣體產生具有化學活性的基團和離子。經過電場加速的高能離子轟擊被刻蝕材料，使表面受損，提高被刻蝕材料表面活性，加速與活性刻蝕反應基團的反應速度，從而獲得較高的刻蝕速度。這種化學和物理反應的相互促進，使得反應離子刻蝕具有上述兩種乾法刻蝕所沒有的優越性：良好的形貌控制能力(各向異性)、較高的選擇比、可以接受的刻蝕速率。因此在於法刻蝕工藝中反應性離子刻蝕得到廣泛套用。
反應性離子刻蝕特點及設備
套用了基子和離子碰撞的平面式反應器也被使用。至於化學電漿刻蝕，這個作為協同電漿刻蝕系統的名字不總是合適的。與利用高壓(>100mTorr)操作的等離子刻蝕機(PE)相區別，經常把低壓的、不對稱的平面反應器叫做反應性離子刻蝕機(RIE)。當然，電漿刻蝕正發生在流體上，離子不再是主要的刻蝕劑。我們想用離子束輔助基子刻蝕(IBARE)這個名字來代替反應性離子刻蝕。在IBARE中，獨立地控制溫度和離子流量是困難的。這就是報導關於氟基IBARE對矽加工中一致性較差的原因。不過，IBARE是現在最重要的等離子技術。IBARE系統中，普遍套用的是二極體反應器。在反應式刻蝕器的條件下，作為IBARE工藝的平面式反應器可以是對稱的，此時陰極區和陽極區是相同的，也可以是不對稱的，此時它們在大小上是不同的。
在對稱的低壓系統中，電漿勢是高的，並且兩個電極被高能的離子撞擊。由於被等電極區引起的零偏置的存在，這種類型的刻蝕機經常與真正的RE(沒有碰撞)混淆。通常，在不對稱系統中，帶負載晶片的射頻源電極與接地的表面區域有很少的聯繫。這些系統的特徵是低的電漿勢(10～50V)和在射頻激勵電極上的高偏置電壓(10～1000V)，這些特徵增加了離子能量，提高了刻蝕過程中的定向性。因為低的電漿勢，所以來自接地表面的濺射雜質相對就少。而且，因為靶電極被作為接地端而被反向充電，這種類型的系統也被叫做“陰極負載IBARE系統”，與陽極負載PE系統相反。
刻蝕氣體的選擇
對於石英材料，可選擇氣體種類較多，比如CF4、CF4+ H2、CHF3 等。我們選用CHF3 氣體作為石英的腐蝕氣體。其反應過程可表示為：CHF3 + e——CHF+2 + F (游離基) + 2e，SiO 2 + 4F SiF4 (氣體) + O 2 (氣體)。SiO 2 分解出來的氧離子在高壓下與CHF+2 基團反應， 生成CO ↑、CO 2↑、H2O ↑、O F↑等多種揮發性氣體。
