反应离子刻蚀

反应离子刻蚀 (RIE) 是一种用于微细加工的蚀刻技术。 RIE 是一种干法蚀刻，具有与湿法蚀刻不同的特性。 RIE 使用化学反应等离子体去除沉积在晶圆上的材料。 等离子体是在低压（真空）下通过电磁场产生的。 来自等离子体的高能离子攻击晶圆表面并与其发生反应。

一个典型的（平行板）RIE 系统由一个圆柱形真空室和一个位于真空室底部的晶圆盘组成。 晶圆盘与腔室的其余部分电隔离。 气体通过腔室顶部的小入口进入，并通过底部排出到真空泵系统。 所用气体的类型和数量因蚀刻工艺而异； 例如，六氟化硫通常用于蚀刻硅。 通过调节气体流速和/或调节排气孔，气体压力通常保持在几毫托和几百毫托之间的范围内。

存在其他类型的 RIE 系统，包括电感耦合等离子体 (ICP) RIE。 在这种类型的系统中，等离子体是由射频 (RF) 驱动的磁场产生的。 可以实现非常高的等离子体密度，尽管蚀刻剖面趋向于更加各向同性。

平行板和电感耦合等离子体 RIE 的组合是可能的。 在该系统中，ICP 被用作提高蚀刻速率的高密度离子源，而单独的 RF 偏压应用于基板（硅晶片）以在基板附近产生定向电场，从而实现更多各向异性的蚀刻轮廓。

通过将强大的 RF（射频）电磁场应用于晶圆盘，在系统中启动等离子体。 该场通常设置为 13.56 兆赫兹的频率，以几百瓦的功率施加。 振荡电场通过剥离电子使气体分子电离，从而产生等离子体。

在场的每个周期中，电子在腔室中上下电加速，有时会撞击腔室的上壁和晶圆盘。 同时，质量大得多的离子响应射频电场而移动得相对较少。 当电子被吸收到室壁中时，它们只是简单地馈送到地面并且不会改变系统的电子状态。 然而，沉积在晶圆盘上的电子会导致盘片由于其 DC 隔离而积聚电荷。 这种电荷积累会在盘片上形成一个大的负电压，通常约为几百伏。 与自由电子相比，由于正离子浓度更高，等离子体本身会产生轻微的正电荷。

由于电压差大，正离子倾向于漂移到晶圆盘，在那里它们与要蚀刻的样品发生碰撞。

离子与样品表面的材料发生化学反应，但也可以通过转移部分动能来击落（溅射）某些材料。 由于反应离子的大部分垂直输送，反应离子蚀刻可以产生非常各向异性的蚀刻剖面，这与湿法化学蚀刻的典型各向同性剖面形成对比。

RIE 系统中的蚀刻条件在很大程度上取决于许多工艺参数，例如压力、气流和射频功率。 RIE 的改进版本是深反应离子蚀刻，用于挖掘深层特征。