反应离子刻蚀

刻蚀速率(nm/min)
SiO2
CHF3、O2
45.66
GaAs AlAs DBR Pt电极 Si3N4 Si
BCl3 BCl3 BCl3 SF6、O2 CHF3、CF4、O2 SF6、C4F8
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↑，
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
刻蚀速率
选择比
刻蚀均匀性 刻蚀剖面
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
结果
待处理 材料
通入气体
但同时离子轰击的能量↑ ，→轰击损伤↑;
• 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。
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三级式反应离子刻蚀机
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
反应离子刻蚀
Reactive Ion Etching
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：
湿法 刻蚀技术 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）
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 抑制剂沉积或形成 成聚合物或二氧化硅保护膜，使侧壁不受刻蚀
刻蚀 反复进行 最终 形状 (a)抑制剂沉积速率 比刻蚀速率快 (a)抑制剂沉积速率 比刻蚀速率慢 反复进行
刻 蚀 过 程 示 意 图
抑制剂沉积或形成
刻蚀
RIE 刻 蚀 术 语
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。
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
谢谢
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
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。