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RIE,全稱是ReactiveIonEtching,即反應(yīng)離子刻蝕,它是一種微電子干法腐蝕工藝(也即一種常見的干法刻蝕)。反應(yīng)離子刻蝕的原理是在極低的氣壓(1.3-13Pa)下,利用高頻電場(chǎng)將氣體分子或原子電離成由電子、離子和自由基組成的等離子體。由于垂直電場(chǎng)的作用,反應(yīng)室中電離后的離子定向運(yùn)動(dòng),釋放足夠的能量刻蝕表面?？涛g過程中除了離子的物理刻蝕之外,還有自由基的化學(xué)反應(yīng)參與。因此反應(yīng)離子刻蝕具有各向異性的特點(diǎn),具有較好的方向選擇性。

反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備主要包括三個(gè)部分:電源、反應(yīng)腔室、真空泵系統(tǒng)(機(jī)械泵和分子泵)。待處理樣品放入反應(yīng)室,并通過真空泵對(duì)反應(yīng)室進(jìn)行抽真空。隨后,通入?yún)⑴c反應(yīng)的氣體,并控制氣體流量。氣體被電離成等離子體,在電場(chǎng)作用下到達(dá)樣品表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),并將副產(chǎn)物排出反應(yīng)腔。樣品處理過程中除了離子的物理刻蝕之外,還有自由基的化學(xué)反應(yīng)參與。反應(yīng)離子刻蝕屬于各向異性刻蝕,具有較好的方向選擇性。

反應(yīng)離子刻蝕的特點(diǎn):

(1) 刻蝕過程中物理刻蝕和化學(xué)刻蝕一同參與,具有各向異性的特點(diǎn)。

(2) 氣壓較低,氣體的自由程大,離子被電場(chǎng)作用的距離長,因此離子的動(dòng)能增大,物理濺射作用和化學(xué)反應(yīng)都被增強(qiáng),刻蝕速率被極大提高。

(3)通過選用不同的氣體對(duì)不同的材料進(jìn)行刻蝕,比如選用SF6、CF4等氣體對(duì)硅、氮化硅、鎢等材料進(jìn)行刻蝕,CHF3對(duì)二氧化硅進(jìn)行刻蝕,以及O2對(duì)聚合物進(jìn)行刻蝕。

對(duì)于反應(yīng)離子刻蝕來說,影響刻蝕速率的因素主要有:

(1)參與反應(yīng)的氣體流量越大,電離產(chǎn)生的活性離子濃度越高,刻蝕速率會(huì)增大。但是當(dāng)反應(yīng)腔室中的壓強(qiáng)過大時(shí),會(huì)導(dǎo)致離子的平均自由程減小,刻蝕速率反而會(huì)下降。

(2) 射頻功率越大,刻蝕速率越快。

(3) 反應(yīng)室中的溫度越高,刻蝕速率越快。

反應(yīng)離子刻蝕的眾多優(yōu)點(diǎn)，使其成為了目前在微電子工藝中使用的最多一種干法刻蝕方式。作為一種干法刻蝕技術(shù)，反應(yīng)離子刻蝕過程中不使用液體化學(xué)試劑，因此不會(huì)產(chǎn)生廢液和化學(xué)污染。同時(shí)，刻蝕產(chǎn)物通常為氣態(tài)，可以通過抽氣系統(tǒng)及時(shí)排出，保持刻蝕環(huán)境的清潔。這對(duì)于要求高純度和無污染的半導(dǎo)體制造等領(lǐng)域非常重要。