随着大规模集成电路制造朝着更高集成度、更小关键尺寸以及更大晶圆半径的方向发展，对刻蚀工艺的精度要求越来越高，所以湿法刻蚀的图形保真性不理想、刻蚀线宽难以控制、表面粗糙等不适用于小尺寸器件刻蚀工艺，进而催生出干法刻蚀工艺，本文主要为自身接触设备当今主流干法刻蚀机--RIE的相关知识记录。

一、工作原理

在低气压及放电管两极电场的作用下，电子和正离子分别向阳极、阴极运动，并堆积在两极附近形成空间电荷区，但正离子的漂移速度远小于电子，所以正离子空间电荷区的电荷密度比电子空间电荷区大得多，使得整个极间电压几乎全部集中在阴极附近的狭窄区域内，此时会产生一种现象--辉光放电。

1.RIE刻蚀机

RIE刻蚀机又称反应离子刻蚀机，英文名为ReactiveIonEtching，作为干法刻蚀的一种，主要由真空系统、供气系统、控制系统、计算机操作系统等组成。其利用刻蚀气体进行辉光放电的等离子体进行刻蚀，低真空下刻蚀气体在高频电场的作用下产生辉光放电，使气体分子或原子发生电离，形成等离子体，在等离子体中包含正离子、负离子、游离基和自由电子，同时也包含着物理性的离子轰击，加速反应速率、快速撞击表面生成物，有选择地把没有被掩蔽的材料去除，从而得到和掩蔽层完全相同的图。

▲图一、内部真空系统

内部真空系统如图一所示，一般为圆柱形真空室，托盘位于真空室的底部，上部阳极接地，底部接13.56MHz的射频功率源，要刻蚀的基片放在功率电极上，刻蚀气体通过顶部进入，按照一定的搭配比例和工作压力，刻蚀与保护同时进行，经电压加速暴露在电子区域的气体形成等离子体，由此产生的电离气体和释放高能电子组成的气体，能够在一定的压力下通过电场加速垂直摄入到样品表面，会释放足够的力量对未掩蔽表面材料进行刻蚀，剩余气体及反应生成物气体通过底部抽气系统离开真空室内部，此时若物理作用占主导则刻蚀损伤较大；

若化学作用占主导则刻蚀速率较慢、各向同性明显，容易造成表面粗糙，选择合适的气体组分，不仅可以获得理想的刻蚀选择性和速度，还可以使活性基团的寿命变短，有效地抑制了因这些基团在薄膜表面附近的扩散所能造成侧向刻蚀，大大提高了刻蚀的各向异性特性，所以适当合理的选择气体比例成为干法刻蚀中重要的一环。

二、RIE刻蚀的优缺点

1.优点：

与湿法刻蚀之后的保真性不理想、刻蚀线宽难以控制、表面粗糙等相比具有很好的各向同性，可以加工更加精密的器件，能够保证细小图形转移后的保真性，同时根据不同工艺要求，通过改变刻蚀气体比例、真空室内部压强、射频功率、温度等能够很好的控制侧壁的粗糙度、陡直度、刻蚀速率等。

2.缺点：

湿法刻蚀的适应能力强、表面均匀性好、对沉底损伤小、适用范围广，与之相比RIE设备造价高、射频等离子的离化率低、工作气压高、刻蚀后真空室残留物难以去除、离子能量损失较多。

▲牛津RIE设备型号:Oxford PlasmaPro 100 RIE

三、主要应用领域

以为当前操作的牛津RIE刻蚀设备、型号为Oxford PlasmaPro 100 RIE，主要用于微电子、光电子、通讯、微机械、新材料等领域的器件研发和制造，最大支持6寸片，主要以zep520A胶为掩膜基于CHF3+Ar、CHF3+SF6刻蚀SiO和SiN，适用于微米级和纳米级制程工艺刻蚀，同时可以根据客户不同要求，对工艺参数（包括刻蚀气体比例、真空室内部压强、射频功率、温度等）进行调整达到预期结果。

END

不积珪步，无以至千里；不积细流，无以成江海。做好每一份工作，都需要坚持不懈的学习。

2020-02-11-2小刘科研笔记之RIE反应离子刻蚀机