离子刻蚀原理，纯化学刻蚀、纯物理刻蚀及反应式离子刻蚀介绍

很多朋友对离子刻蚀原理，纯化学刻蚀、纯物理刻蚀及反应式离子刻蚀介绍不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

纯化学蚀刻、纯物理蚀刻和反应离子蚀刻有三种：纯化学蚀刻、纯物理蚀刻和介于两者之间的反应离子蚀刻(RIE)。

纯化学蚀刻包括湿法蚀刻和远程等离子体光刻胶去除。纯化学刻蚀没有物理轰击，通过化学反应去除物质。根据工艺要求，纯化学蚀刻的速率可高可低。纯化学蚀刻必然具有各向同性的蚀刻轮廓，因此当图案尺寸小于3um时，不可能使用纯化学蚀刻用于薄膜图案化技术。纯化学蚀刻因其良好的蚀刻选择性通常用于剥离工艺。

例如光致抗蚀剂去除、氮化硅去除、衬垫氧化物层、屏蔽氧化物层和牺牲氧化物层。远程等离子体(RP)刻蚀是一种纯化学刻蚀，利用等离子体在远程反应室产生自由基，然后将自由基送入反应室与晶圆发生反应。

氯气轰击属于纯物理刻蚀，广泛应用于介质溅射回蚀中，使开口变平，以利于后续的间隙填充。在金属PVD之前的清洗过程中也使用氯轰击来去除氧化物以降低接触电阻。氯气是惰性气体，制造时不会发生化学反应。材料在受到氯离子轰击后脱离表面，就好像是用锤子敲下来的一样。纯物理刻蚀的速率一般很低，主要取决于离子轰击的通量和能量。

因为离子轰击并去除任何与衬底接触的材料，所以纯物理蚀刻的选择性非常低。在等离子蚀刻中，离子轰击的方向通常垂直于晶片表面。所以纯物理刻蚀主要是垂直刻蚀，是一种各向异性的刻蚀工艺。

反应离子蚀刻(RIE)的名称可能有些误导。这类刻蚀工艺的正确名称应该是离子辅助刻蚀，因为这种刻蚀工艺中的离子不一定会发生化学反应。例如，在许多情况下，氯离子用于增加离子轰击。氯离子作为惰性原子，没有化学反应。大多数蚀刻过程中的化学活性物质是中性自由基。在半导体刻蚀等离子体中，中性自由基的浓度远远高于离子的浓度。

这是因为电离活化能明显高于离解活化能，物种浓度与活化能指数有关。不过RIE这个词在半导体行业已经用了很久了，可能没人会改。下图显示了离子辅助蚀刻的原理和早期实验的结果。

首先，XeF2气体仅从阻断阀注入。二氟化氙是一种不稳定的气体。螯合物是惰性气体，所以不会和其他原子形成化学键。干法化学蚀刻通常用于传输氟自由基。当二氟化氙与加热的单晶硅接触时，它会分解并释放出两个氟自由基。因为氟自由基只有一个不成对电子，所以可以从其他原子获得一个电子，在化学上容易反应。氟将与样品表面的硅反应，形成挥发性四氟化硅(SiF4)。

下图的测量结果显示，这种纯化学蚀刻的蚀刻速率非常低。

然后打开氯离子枪。结合物理离子束轰击和氟自由基的化学刻蚀，硅的刻蚀速率明显提高。当阀关闭且二氟化氙气流停止时，硅仅被氯离子溅射和蚀刻。这是纯物理蚀刻，并且蚀刻速率比使用XeF2气流的纯化学蚀刻慢。审计刘清

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