反应离子刻蚀的研究

PAGEADDINCNKISM.UserStyle老反应离子刻蚀的研究摘要：反应离子刻蚀（RIE）是一种物理作用和化学作用共存的刻蚀工艺，兼有离子溅射刻蚀和等离子化学刻蚀的优点，不仅分辨率高，同时兼有各向异性和选择性好的优点，而且刻蚀速率快。通过改变RIE刻蚀参数如：射频功率、腔体压强、气体流量、气体组分等可以调整两种刻蚀过程所占比重。因此，优化刻蚀工艺就是要选择最优的刻蚀参数组合，在减小刻蚀损伤的同时保证光滑的刻蚀表面和一定的刻蚀速率以及方向性。本文归纳总结了常见薄膜的刻蚀优化方法。关键词：反应离子刻蚀；离子溅射；刻蚀速率；均匀性ResearchofReactiveIonEtchingLuDongmei,YangFashun(CollegeofScience,GuizhouUniversity,GuiYangofGuizhou,550025)Abstract:Reactiveionetching(RIE)isakindofphysicalfunctionandchemicaletching,highresolution,anisotropicandgoodselectivity,andtheetchingrateisfast.BychangingtheRIEetchingparameters:suchas,RFpower,cavitypressure,gascomposition,canadjustthetwoetchingprocess.Therefore,optimizetheetchingprocessistoselecttheoptimaletchingparameterscombination,reducingtheetchingdamageatthesametimeensuresmoothetchedsurfaceandcertainetchingrate.Thisarticlesummarizesthecommonofthinfilmetchingmethod.Keywords:Reactiveionetching;ionsputtering;etchingrate;uniformity引言用光刻方法制成的微图形，只给出了电路的行貌，并不是真正的器件结构。因此需将光刻胶上的微图形转移到胶下面的各层材料上去，这个工艺叫做刻蚀。通常是用光刻工艺形成的光刻胶作掩模对下层材料进行腐蚀，去掉不要的部分，保留需要的部分。刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀两类。湿法刻蚀是将硅片浸泡在可与被刻蚀薄膜进行反应的溶液中，用化学方法除去不要部分的薄膜。干法刻蚀主要利用气体辉光放电产生化学活性基、原子、离子等多种化学成分和被腐蚀物质表面发生作用，是一复杂的物理、化学过程。随着图形的微细化对刻蚀分辨率的要求不断提高，干法刻蚀以其可控性好、精确度高、较好的表面形貌、宜批量生产等特点受到普遍重视。干法刻蚀加工方法主要有溅射与离子束铣蚀、等离子刻蚀(PlasmaEtching)、反应离子刻蚀(RIE)等。RIE是一种物理作用和化学作用共存的刻蚀工艺，兼有离子溅射刻蚀和等离子化学刻蚀的优点，不仅分辨率高，同时兼有各向异性和选择性好的优点，而且刻蚀速率快。RIE的各向异性可以实现细微图形的转换，随着大规模集成电路工艺技术的发展，为满足越来越小的尺寸要求，RIE已成为亚微米及以下尺寸最主要的刻蚀方式。结构尺寸越小，对刻蚀工艺的要求也就越高。一方面，要求高度的各向异性以得到刻蚀图形垂直的侧壁；另一方面，要求很高的选择性和均匀性，使得图形层在刻蚀穿透的瞬间达到终止刻蚀过程；再者，还需要高的刻蚀速率以及良好的刻蚀截面和表面形貌[1,2]。1RIE的基本原理RIE是一种物理作用和化学作用共存的刻蚀工艺，反应室的剖面如图1，其刻蚀机理为：射频辉光放电，反应气体被击穿，产生等离子体。等离子体中包含正、负离子，长短寿命的游离基和自由电子，可与刻蚀样品表面发生化学反应；同时离子在电场作用下射向样品表面，并对其进行物理轰击。物理和化学的总和作用，完成对样品的刻蚀。在平行电极等离子体反应腔体中，被刻蚀物是被置于面积较小的电极上，在这种情况下，一个直流偏压会在等离子体和该电极间形成，并使带正电的反应气体离子加速撞击被刻蚀物质表面，这种离子轰击可大大加快表面的化学反应和反应生成物的脱附，从而导致很高的刻蚀速率，也正是由于离子轰击的存在才使得各向异性刻蚀得以实现[3]。图1反应离子刻蚀设备简图Figure1Reactiveionetchingequipmentdiagram反应离子刻蚀的工艺处方2.1RIE的工艺处方RIE中包含物理作用和化学作用，物理碰撞利用被加速的离子去撞击材料表面，是刻蚀损伤的主要来源。如果物理过程占主导，刻蚀损伤较大；如果化学过程占主导，刻蚀速度较慢，各向同性，而且刻蚀表面粗糙。通过改变RIE刻蚀参数如：射频功率、腔体压强、气体流量等可以调整两种刻蚀过程所占比重。因此，优化刻蚀工艺就是要选择