
反应性离子刻蚀
反应性离子刻蚀 (reaction ionetching;RIE)是製作半导体积体电路的蚀刻工艺之一。在除去不需要的积体电路板上的保护膜时,利用反应性气体的离子束,切断保护膜物质的化学键,使之产生低分子物质,挥发或游离出板面,这样的方法称为反应性离子刻蚀。
基本介绍
- 中文名:反应性离子刻蚀
- 外文名:reaction ionetching
- 简称:RIE
- 套用:製作半导体积体电路
- 属于:刻蚀
- 优点:较高的选择比、可以接受的刻速率
简介
离子刻蚀是利用高能量惰性气体离子轰击被刻蚀物体的表面,达到溅射刻蚀的作用。因为採用这种方法,所以可以得到非常小的特徵尺寸和垂直的侧壁形貌。这是一种“通用”的刻蚀方式,可以在任何材料上形成图形。它的弱点是刻蚀速度较低,选择性比较差。
传导耦合性电浆刻蚀的优势在于刻蚀速率高、良好的物理形貌和通过对反应气体的选择,达到针对光刻胶和衬底的高选择比。一般用于对特徵形貌没有要求的去胶(ashing,灰化)工艺。
反应离子刻蚀是上述两种刻蚀方法相结合的产物,它是利用有化学反应性气体产生具有化学活性的基团和离子。经过电场加速的高能离子轰击被刻蚀材料,使表面受损,提高被刻蚀材料表面活性,加速与活性刻蚀反应基团的反应速度,从而获得较高的刻蚀速度。这种化学和物理反应的相互促进,使得反应离子刻蚀具有上述两种乾法刻蚀所没有的优越性:良好的形貌控制能力(各向异性)、较高的选择比、可以接受的刻蚀速率。因此在于法刻蚀工艺中反应性离子刻蚀得到广泛套用。
反应性离子刻蚀特点及设备
套用了基子和离子碰撞的平面式反应器也被使用。至于化学电浆刻蚀,这个作为协同电浆刻蚀系统的名字不总是合适的。与利用高压(>100mTorr)操作的等离子刻蚀机(PE)相区别,经常把低压的、不对称的平面反应器叫做反应性离子刻蚀机(RIE)。当然,电浆刻蚀正发生在流体上,离子不再是主要的刻蚀剂。我们想用离子束辅助基子刻蚀(IBARE)这个名字来代替反应性离子刻蚀。在IBARE中,独立地控制温度和离子流量是困难的。这就是报导关于氟基IBARE对硅加工中一致性较差的原因。不过,IBARE是现在最重要的等离子技术。IBARE系统中,普遍套用的是二极体反应器。在反应式刻蚀器的条件下,作为IBARE工艺的平面式反应器可以是对称的,此时阴极区和阳极区是相同的,也可以是不对称的,此时它们在大小上是不同的。
在对称的低压系统中,电浆势是高的,并且两个电极被高能的离子撞击。由于被等电极区引起的零偏置的存在,这种类型的刻蚀机经常与真正的RE(没有碰撞)混淆。通常,在不对称系统中,带负载晶片的射频源电极与接地的表面区域有很少的联繫。这些系统的特徵是低的电浆势(10~50V)和在射频激励电极上的高偏置电压(10~1000V),这些特徵增加了离子能量,提高了刻蚀过程中的定向性。因为低的电浆势,所以来自接地表面的溅射杂质相对就少。而且,因为靶电极被作为接地端而被反向充电,这种类型的系统也被叫做“阴极负载IBARE系统”,与阳极负载PE系统相反。
刻蚀气体的选择
对于多晶硅栅电极的刻蚀,腐蚀气体可用Cl2或SF6,要求对其下层的栅氧化膜具有高的选择比。刻蚀单晶硅的腐蚀气体可用Cl2/SF6或SiCl4/Cl2;刻蚀SiO2的腐蚀气体可用CHF3或CF4/H2;刻蚀Si3N4的腐蚀气体可用CF4/O2、SF6/O2或CH2F2/CHF3/O2;刻蚀Al(或Al-Si-Cu合金)的腐蚀气体可用Cl2、BCl3或SiCl4;刻蚀W的腐蚀气体可用SF6或CF4;刻蚀光刻胶的腐蚀气体可用氧气。
对于石英材料,可选择气体种类较多,比如CF4、CF4+ H2、CHF3 等。我们选用CHF3 气体作为石英的腐蚀气体。其反应过程可表示为:CHF3 + e——CHF+2 + F (游离基) + 2e,SiO 2 + 4F SiF4 (气体) + O 2 (气体)。SiO 2 分解出来的氧离子在高压下与CHF+2 基团反应, 生成CO ↑、CO 2↑、H2O ↑、O F↑等多种挥发性气体。