反应离子刻蚀教学教材.ppt

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1、反应离子刻蚀反应离子刻蚀刻 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 机RIE刻蚀不足与损伤刻蚀技术刻蚀技术湿法湿法干法干法化学刻蚀化学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：干法刻蚀特点特点:利用刻蚀气体辉光放电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、重复性各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性好，细线条操

2、作安全，易实现自动化，无化学废液，处理好，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。过程未引入污染，洁净度高。缺点缺点：成本高，设备复杂。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：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。反应离子刻蚀（物理化学作用）机理：机理：物理性的物理性的离子轰击离子轰击和和化学反应化学反应相结合实现的刻蚀。相结合实现的刻蚀。离子轰击改善化学刻蚀作用。离子轰击改善化学刻蚀作用。设备：设备：反应离子刻蚀机（

3、反应离子刻蚀机（RIE)RIE)传统的传统的RIERIE设备结构简单、价格较低廉。通过适当选择反应设备结构简单、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。和良好的各向异性。特点：特点：.选择比较高；各向异性较好；刻蚀速度较快选择比较高；各向异性较好；刻蚀速度较快离子轰击的作用 A.离子轰击离子轰击将被刻蚀材料表将被刻蚀材料表面的原子键破坏面的原子键破坏使化学反应使化学反应增强。增强。B.再将淀积于被刻蚀表再将淀积于被刻蚀表面的产物或聚合物打掉面的产物或聚合物打掉反应离子刻蚀在RIE设备中，使

4、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）。自由基反应自由基反应各向同性各向同性各向同性各向同性刻蚀，刻蚀，高能离子轰击高能离子轰击各向异性各向异性刻蚀刻蚀光刻光刻抑制剂沉积或形成抑制剂沉积或形成刻蚀刻蚀抑制剂沉积或形成抑制剂沉积或形成刻蚀刻蚀反复进行最终最终形状形状(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快比刻蚀速率快比刻蚀速率快比刻蚀速率快(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

5、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RIE刻刻蚀蚀术术语语刻蚀速率刻蚀速率选择比选择比刻蚀均匀性刻蚀均匀性刻蚀剖面刻蚀剖面RIE工艺参数的优化 刻蚀工艺参数：刻蚀工艺参数：射频功率、腔体压强、气体流量等射频功率、腔体压强、气体流量等1.若物理作用物理作用占主导则刻蚀损伤损伤较大；2.若化学作用化学作用占主导则刻蚀速度较慢速度较慢，各项同性同性，表面粗糙粗糙。因此，选择因此，选择最优的刻蚀参数最优的刻蚀参数最优的刻蚀参数最优的刻蚀参数的组合可以的组合可以在保证

6、表面光在保证表面光滑和一定的速率和方向性。滑和一定的速率和方向性。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 工作气压较高，离子沾污较大工作气压较高，离子沾污较大工作气压较高，离子沾污较大工作气压较高，离子沾污较大。RIE的不足的不足射频等离子体的射频等离子体的离化率较低离化率较低.刻蚀速度刻蚀速度刻蚀速度刻蚀速度 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;线条线条线条线条，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。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。三级式反应离子刻蚀机解决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结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！18