反應離子腐蝕技術是一種各向異性很強、選擇性高的乾法腐蝕技術。它是在真空系統中利用分子氣體等離子來進行刻蝕的，利用了離子誘導化學反應來實現各向異性刻蝕，即是利用離子能量來使被刻蝕層的表面形成容易刻蝕的損傷層和促進化學反應，同時離子還可清除表面生成物以露出清潔的刻蝕表面的作用。但是該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。
基本介紹
- 中文名：反應離子腐蝕技術
- 外文名：Reactive ion etching
- 縮寫：RIE
- 技術種類：乾法腐蝕技術
工作原理,腐蝕氣體的選擇,刻蝕技術的發展,
工作原理
圖1是反應離子刻蝕系統原理圖。通常情況下，反應離子刻蝕機的整個真空壁接地, 作為陽極, 陰極是功率電極, 陰極側面的接地禁止罩可防止功率電極受到濺射。要腐蝕的基片放在功率電極上。腐蝕氣體按照一定的工作壓力和搭配比例充滿整個反應室。對反應腔中的腐蝕氣體, 加上大於氣體擊穿臨界值的高頻電場, 在強電場作用下, 被高頻電場加速的雜散電子與氣體分子或原子進行隨機碰撞, 當電子能量大到一定程度時, 隨機碰撞變為非彈性碰撞, 產生二次電子發射, 它們又進一步與氣體分子碰撞, 不斷激發或電離氣體分子。這種激烈碰撞引起電離和複合。當電子的產生和消失過程達到平衡時, 放電能繼續不斷地維持下去。由非彈性碰撞產生的離子、電子及及游離基(游離態的原子、分子或原子團) 也稱為電漿, 具有很強的化學活性, 可與被刻蝕樣品表面的原子起化學反應, 形成揮發性物質, 達到腐蝕樣品表層的目的。同時, 由於陰極附近的電場方向垂直於陰極表面, 高能離子在一定的工作壓力下, 垂直地射向樣品表面, 進行物理轟擊, 使得反應離子刻蝕具有很好的各向異性。
腐蝕氣體的選擇
對於多晶矽柵電極的刻蝕，腐蝕氣體可用Cl2或SF6，要求對其下層的柵氧化膜具有高的選擇比。刻蝕單晶矽的腐蝕氣體可用Cl2/SF6或SiCl4/Cl2；刻蝕SiO2的腐蝕氣體可用CHF3或CF4/H2；刻蝕Si3N4的腐蝕氣體可用CF4/O2、SF6/O2或CH2F2/CHF3/O2；刻蝕Al（或Al-Si-Cu合金）的腐蝕氣體可用Cl2、BCl3或SiCl4；刻蝕W的腐蝕氣體可用SF6或CF4；刻蝕光刻膠的腐蝕氣體可用氧氣。
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。
對於鍺材料、選用含F 的氣體是十分有效的。然而, 當氣體成份中含有氫時, 刻蝕將受到嚴重阻礙, 這是因為氫可以和氟原子結合, 形成穩定的HF, 這種雙原子HF 是不參與腐蝕的。實驗證明, SF6 氣體對Ge 有很好的腐蝕作用。反應過程可表示為：SF6 + e——SF+5 + F (游離基) + 2e，Ge + 4F——GeF4 (揮發性氣體)
