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RIE,全稱是ReactiveIonEtching,即反應(yīng)離子刻蝕,它是一種微電子干法腐蝕工藝(也即一種常見的干法刻蝕)。反應(yīng)離子刻蝕的原理是在極低的氣壓(1.3-13Pa)下,利用高頻電場將氣體分子或原子電離成由電子、離子和自由基組成的等離子體。由于垂直電場的作用,反應(yīng)室中電離后的離子定向運動,釋放足夠的能量刻蝕表面?？涛g過程中除了離子的物理刻蝕之外,還有自由基的化學(xué)反應(yīng)參與。因此反應(yīng)離子刻蝕具有各向異性的特點,具有較好的方向選擇性。

反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備主要包括三個部分:電源、反應(yīng)腔室、真空泵系統(tǒng)(機械泵和分子泵)。待處理樣品放入反應(yīng)室,并通過真空泵對反應(yīng)室進行抽真空。隨后,通入?yún)⑴c反應(yīng)的氣體,并控制氣體流量。氣體被電離成等離子體,在電場作用下到達樣品表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng),并將副產(chǎn)物排出反應(yīng)腔。樣品處理過程中除了離子的物理刻蝕之外,還有自由基的化學(xué)反應(yīng)參與。反應(yīng)離子刻蝕屬于各向異性刻蝕,具有較好的方向選擇性。

反應(yīng)離子刻蝕的特點:

(1) 刻蝕過程中物理刻蝕和化學(xué)刻蝕一同參與,具有各向異性的特點。

(2) 氣壓較低,氣體的自由程大,離子被電場作用的距離長,因此離子的動能增大,物理濺射作用和化學(xué)反應(yīng)都被增強,刻蝕速率被極大提高。

(3)通過選用不同的氣體對不同的材料進行刻蝕,比如選用SF6、CF4等氣體對硅、氮化硅、鎢等材料進行刻蝕,CHF3對二氧化硅進行刻蝕,以及O2對聚合物進行刻蝕。

對于反應(yīng)離子刻蝕來說,影響刻蝕速率的因素主要有:

(1)參與反應(yīng)的氣體流量越大,電離產(chǎn)生的活性離子濃度越高,刻蝕速率會增大。但是當反應(yīng)腔室中的壓強過大時,會導(dǎo)致離子的平均自由程減小,刻蝕速率反而會下降。

(2) 射頻功率越大,刻蝕速率越快。

(3) 反應(yīng)室中的溫度越高,刻蝕速率越快。

反應(yīng)離子刻蝕的眾多優(yōu)點，使其成為了目前在微電子工藝中使用的最多一種干法刻蝕方式。作為一種干法刻蝕技術(shù)，反應(yīng)離子刻蝕過程中不使用液體化學(xué)試劑，因此不會產(chǎn)生廢液和化學(xué)污染。同時，刻蝕產(chǎn)物通常為氣態(tài)，可以通過抽氣系統(tǒng)及時排出，保持刻蝕環(huán)境的清潔。這對于要求高純度和無污染的半導(dǎo)體制造等領(lǐng)域非常重要。