反应离子刻蚀教学资料.ppt

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1、反应(fnyng)离子刻蚀Reactive Ion Etching第一页，共17页。刻 蚀 方 法 简 介RIE 刻 蚀 原 理RIE 刻 蚀 术 语RIE 刻蚀的工艺(gngy)优化RIE 刻 蚀 机RIE刻蚀不足(bz)与损伤第二页，共17页。刻蚀技术刻蚀技术(jsh)(jsh)湿法湿法干法干法(n(n f)f)化学化学(huxu)(huxu)刻蚀刻蚀电解刻蚀电解刻蚀离子束溅射刻蚀（物理作用）离子束溅射刻蚀（物理作用）等离子体刻蚀（化学作用）等离子体刻蚀（化学作用）反应离子刻蚀（物理化学作用）反应离子刻蚀（物理化学作用）刻蚀技术分类：第三页，共17页。干法刻蚀特点特点:利用刻蚀气体辉光放电

2、形成的等离子体进行刻蚀。利用刻蚀气体辉光放电形成的等离子体进行刻蚀。优点优点:各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性好，细各向异性好，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。污染，洁净度高。缺点缺点(qudin)(qudin)：成本高，设备复杂。：成本高，设备复杂。第四页，共17页。Reactive Ion Etching什么是反应离子刻蚀？是一种微电子干法腐蚀工艺(gngy)。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

3、试样而完成化学反应刻蚀。第五页，共17页。反应离子(lz)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。子轰击改善化学刻蚀作用。设备设备(shbi)(shbi)：反应离子刻蚀机（：反应离子刻蚀机（RIE)RIE)传统的传统的RIERIE设备设备(shbi)(shbi)结构简单、价格较低廉。通过适当选结构简单、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。速率和良好的各向异性。特点：特点：.选择

4、比较高；各向异性较好；刻蚀速度较快选择比较高；各向异性较好；刻蚀速度较快第六页，共17页。离子轰击的作用(zuyng)A.离子轰击将被刻蚀材料离子轰击将被刻蚀材料(cilio)表面的原子键破表面的原子键破坏使化学反应增强。坏使化学反应增强。B.再将淀积于被刻蚀表面再将淀积于被刻蚀表面(biomin)的产物或聚合物的产物或聚合物打掉打掉第七页，共17页。反应(fnyng)离子刻蚀在RIE设备中，使用非对称腔体。为了保持电流(dinli)连续性，小电极处应有更高的电场(更高的RF电流(dinli)密度）。自由基反应各向同性自由基反应各向同性(xin tn xn)刻蚀，刻蚀，高能离子轰击各向异性刻蚀

5、高能离子轰击各向异性刻蚀第八页，共17页。光刻光刻抑制剂沉积抑制剂沉积(chnj)或形成或形成刻蚀刻蚀抑制剂沉积抑制剂沉积(chnj)或或形成形成刻蚀刻蚀反复(fnf)进行最终最终形状形状(a)(a)抑制剂沉积速率比刻抑制剂沉积速率比刻抑制剂沉积速率比刻抑制剂沉积速率比刻蚀速率快蚀速率快蚀速率快蚀速率快(a)(a)抑制剂沉积速率抑制剂沉积速率抑制剂沉积速率抑制剂沉积速率比刻蚀速率慢比刻蚀速率慢比刻蚀速率慢比刻蚀速率慢刻蚀过程示意图反复进行为了获得高度的各项异性，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护

6、膜，使侧壁不受刻蚀成聚合物或二氧化硅保护膜，使侧壁不受刻蚀第九页，共17页。RIE 刻刻 蚀蚀 术术 语语刻蚀速率刻蚀速率(sl)选择选择(xunz)比比刻蚀均匀刻蚀均匀(jnyn)性性刻蚀剖面刻蚀剖面第十页，共17页。RIE工艺(gngy)参数的优化 刻蚀工艺参数：射频功率、腔体压强、气体流量刻蚀工艺参数：射频功率、腔体压强、气体流量(liling)等等1.若物理作用占主导则刻蚀损伤较大；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，表面粗若化学作用占主导则刻蚀速度较慢，各项同性，表面粗糙。糙。因此，选择最优的刻蚀参数的组合可以因此，选择最优的刻蚀参数的组合可

7、以 在保证表面光滑在保证表面光滑和一定的速率和方向性。和一定的速率和方向性。第十一页，共17页。条件 结果待处理材料通入气体刻蚀速率(nm/min)SiO2CHF3、O245.66GaAsBCl3400AlAsBCl3350DBRBCl3340Pt电极SF6、O212.4Si3N4CHF3、CF4、O240SiSF6、C4F8300第十二页，共17页。工作气压较高，离子(lz)沾污较大。RIE的不足的不足(bz)射频射频(sh pn)等离子体的离化率较低等离子体的离化率较低.刻蚀速度刻蚀速度 等离子体密度等离子体密度，但同时离子轰击的能量但同时离子轰击的能量，轰击损伤轰击损伤轰击损伤轰击损伤;

8、线条线条，深宽比深宽比；气压；气压 离子的自离子的自由程由程 刻蚀的垂直度刻蚀的垂直度，但，但刻蚀效率刻蚀效率刻蚀效率刻蚀效率。第十三页，共17页。RIE中的物理(wl)损伤和杂质驱进在含碳的RIE刻蚀后，顶部30埃由于大量(dling)的Si-C键缺陷引起大量(dling)损伤，严重损伤可达300埃深。第十四页，共17页。三级式反应(fnyng)离子刻蚀机解决RIE离子能量随等离子体密度(md)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(dnglzt)的产生与离子的加速分开控制。第十五页，共17页。磁场(cchng)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(cti)或线圈，产生与晶片平行、与电场垂直的磁场第十六页，共17页。谢谢(xi xie)第十七页，共17页。