反应离子刻蚀PPT课件
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好，细线条操作安全，易实现自动化，无化学废液，处理 过程未引入污染，洁净度高。 缺点：成本高，设备复杂。
Reactive Ion Etching
什么是反应离子刻蚀？ 是一种微电子干法腐蚀工艺。 原理：当在平板电极之间施加高频电压时会
产生数百微米厚的离子层，在其中放入试 样，离子高速撞击试样而完成化学反应刻 蚀。
RIE工艺参数的优化
刻蚀工艺参数：射频功率、腔体压强、气体流量等 1.若物理作用占主导则刻蚀损伤较大； 2.若化学作用占主导则刻蚀速度较慢，各项同性，表面 粗糙。 因此，选择最优的刻蚀参数的组合可以 在保证表面光 滑和一定的速率和方向性。
条件
待处理 材料
通入气体
SiO2
CHF3、O2
Leabharlann Baidu
GaAs AlAs DBR
反应离子刻蚀（物理化学作用）
• 机理：物理性的离子轰击和化学反应相结合实现的刻蚀。 离子轰击改善化学刻蚀作用。
• 设备：反应离子刻蚀机（RIE) 传统的RIE设备结构简单、价格较低廉。通过适当选择反应
气体、气压、流量和射频功率，可以得到较快的刻蚀速率 和良好的各向异性。 • 特点：.选择比较高；各向异性较好；刻蚀速度较快
BCl3 BCl3 BCl3
Pt电极 SF6、O2
Si3N4 Si
CHF3、CF4、O2 SF6、C4F8
结果
刻蚀速率(nm/min)
45.66 400 350 340 12.4 40 300
RIE的不足
• 射频等离子体的离化率较低.
• 刻蚀速度↑ → 等离子体密度↑， 但同时离子轰击的能量↑ ，→轰击损伤↑;
离子轰击的作用
A.离子轰击将被刻蚀材料表 面的原子键破坏使化学反应 增强。
B.再将淀积于被刻蚀表 面的产物或聚合物打掉
反 应 离 子 刻 蚀
在RIE设备中，使用非对称腔体。 为了保持电流连续性，小电极处应有更高 的电场(更高的RF电流密度）。
自由基反应各向同性刻蚀， 高能离子轰击各向异性刻蚀
光刻
它有三个电极可以将等离子体的产生与离子的加 速分开控制。
磁场强化活性离子刻蚀机（MERIE）
在传统RIE的基础上加上永久性的磁铁或线圈， 产生与晶片平行、与电场垂直的磁场
• 线条↓，深宽比↑；气压↓ →离子的自 由程↑→ 刻蚀的垂直度↑，但刻蚀效率↓。
• 工作气压较高，离子沾污较大。
RIE中的物理损伤和杂质驱进
在含碳的RIE刻 蚀后，顶部30埃 由于大量的Si-C 键缺陷引起大量 损伤，严重损伤 可达300埃深。
三级式反应离子刻蚀机
解决RIE离子能量随等离子体密度增加使 得刻蚀效率变差的问题。
刻
蚀
过
程
抑制剂沉积或形成
示
意
图
刻蚀
为了获得高度的各项异性，
通常利用侧壁钝化技术，即在刻蚀露出的侧壁上形 成聚合物或二氧化硅保抑护制剂膜沉，积或使形侧成 壁不受刻蚀
反复进行
(a)抑制剂沉积速率 比刻蚀速率快
刻蚀
最终 形状
反复进行
(a)抑制剂沉积速率 比刻蚀速率慢
刻蚀速率
选择比 刻蚀均匀性 刻蚀剖面
RIE 刻 蚀 术 语
反应离子刻蚀
刻蚀方法简介 RIE 刻 蚀 原 理 RIE 刻 蚀 术 语 RIE 刻蚀的工艺优化 RIE刻蚀不足与损伤 RIE 刻 蚀 机
刻蚀技术分类：
刻蚀技术
湿法 干法
化学刻蚀 电解刻蚀
离子束溅射刻蚀（物理作用） 等离子体刻蚀（化学作用） 反应离子刻蚀（物理化学作用）
干法刻蚀
特点: 利用刻蚀气体辉光放电形成的等离子体进行刻蚀。 优点: 各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性
Reactive Ion Etching
什么是反应离子刻蚀？ 是一种微电子干法腐蚀工艺。 原理：当在平板电极之间施加高频电压时会
产生数百微米厚的离子层，在其中放入试 样，离子高速撞击试样而完成化学反应刻 蚀。
RIE工艺参数的优化
刻蚀工艺参数：射频功率、腔体压强、气体流量等 1.若物理作用占主导则刻蚀损伤较大； 2.若化学作用占主导则刻蚀速度较慢，各项同性，表面 粗糙。 因此，选择最优的刻蚀参数的组合可以 在保证表面光 滑和一定的速率和方向性。
条件
待处理 材料
通入气体
SiO2
CHF3、O2
Leabharlann Baidu
GaAs AlAs DBR
反应离子刻蚀（物理化学作用）
• 机理：物理性的离子轰击和化学反应相结合实现的刻蚀。 离子轰击改善化学刻蚀作用。
• 设备：反应离子刻蚀机（RIE) 传统的RIE设备结构简单、价格较低廉。通过适当选择反应
气体、气压、流量和射频功率，可以得到较快的刻蚀速率 和良好的各向异性。 • 特点：.选择比较高；各向异性较好；刻蚀速度较快
BCl3 BCl3 BCl3
Pt电极 SF6、O2
Si3N4 Si
CHF3、CF4、O2 SF6、C4F8
结果
刻蚀速率(nm/min)
45.66 400 350 340 12.4 40 300
RIE的不足
• 射频等离子体的离化率较低.
• 刻蚀速度↑ → 等离子体密度↑， 但同时离子轰击的能量↑ ，→轰击损伤↑;
离子轰击的作用
A.离子轰击将被刻蚀材料表 面的原子键破坏使化学反应 增强。
B.再将淀积于被刻蚀表 面的产物或聚合物打掉
反 应 离 子 刻 蚀
在RIE设备中，使用非对称腔体。 为了保持电流连续性，小电极处应有更高 的电场(更高的RF电流密度）。
自由基反应各向同性刻蚀， 高能离子轰击各向异性刻蚀
光刻
它有三个电极可以将等离子体的产生与离子的加 速分开控制。
磁场强化活性离子刻蚀机（MERIE）
在传统RIE的基础上加上永久性的磁铁或线圈， 产生与晶片平行、与电场垂直的磁场
• 线条↓，深宽比↑；气压↓ →离子的自 由程↑→ 刻蚀的垂直度↑，但刻蚀效率↓。
• 工作气压较高，离子沾污较大。
RIE中的物理损伤和杂质驱进
在含碳的RIE刻 蚀后，顶部30埃 由于大量的Si-C 键缺陷引起大量 损伤，严重损伤 可达300埃深。
三级式反应离子刻蚀机
解决RIE离子能量随等离子体密度增加使 得刻蚀效率变差的问题。
刻
蚀
过
程
抑制剂沉积或形成
示
意
图
刻蚀
为了获得高度的各项异性，
通常利用侧壁钝化技术，即在刻蚀露出的侧壁上形 成聚合物或二氧化硅保抑护制剂膜沉，积或使形侧成 壁不受刻蚀
反复进行
(a)抑制剂沉积速率 比刻蚀速率快
刻蚀
最终 形状
反复进行
(a)抑制剂沉积速率 比刻蚀速率慢
刻蚀速率
选择比 刻蚀均匀性 刻蚀剖面
RIE 刻 蚀 术 语
反应离子刻蚀
刻蚀方法简介 RIE 刻 蚀 原 理 RIE 刻 蚀 术 语 RIE 刻蚀的工艺优化 RIE刻蚀不足与损伤 RIE 刻 蚀 机
刻蚀技术分类：
刻蚀技术
湿法 干法
化学刻蚀 电解刻蚀
离子束溅射刻蚀（物理作用） 等离子体刻蚀（化学作用） 反应离子刻蚀（物理化学作用）
干法刻蚀
特点: 利用刻蚀气体辉光放电形成的等离子体进行刻蚀。 优点: 各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性