反應(yīng)離子刻蝕（RIE）

通常,干法刻蝕可分為三類:濺射（物理）刻蝕,等離子刻蝕PIE（PE）和反應(yīng)離子刻蝕RIE。

物理刻蝕
濺射（物理）刻蝕的特點(diǎn)是物理作用,惰性氣體經(jīng)電離后的氣體離子轟擊刻蝕樣品表面發(fā)生濺射,從而達(dá)到刻蝕的目的。其方向性好,但選擇性差,刻蝕的速率決定于刻蝕膜的濺射率。

化學(xué)刻蝕
等離子刻蝕（化學(xué)刻蝕）工藝是利用氣體在高頻電場(chǎng)中輝光時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)活性基與欲刻蝕的材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行選擇性刻蝕的方法,反應(yīng)生成揮發(fā)性物質(zhì)被抽走:另一方面,輝光放電等離子體具有一定的電離氣體離子,在電場(chǎng)的作用下會(huì)向樣品表面轟擊,起到促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的作用,加速刻蝕的進(jìn)行。總的來說,這種工藝的各向異性差,且過刻蝕時(shí)產(chǎn)生倒蝕現(xiàn)象。PE是各向同性腐蝕技術(shù),即同一種材料沿多個(gè)方向進(jìn)行均勻腐蝕,腐蝕后金屬化層與介質(zhì)層間的接觸面積減小,金屬化層會(huì)向上升高,脫離介質(zhì)層,容易造成樣品新的失效模式。

反應(yīng)離子刻蝕
把物理作用的濺射刻蝕與化學(xué)反應(yīng)的等離子刻蝕結(jié)合起來,就是反應(yīng)離子刻蝕(RIE)。反應(yīng)離子刻蝕的機(jī)理就是RF濺射刻蝕工藝通過以反應(yīng)性氣體或摻入反應(yīng)性氣體于惰性氣體中,因而使RIE既有離子轟擊作用,又有化學(xué)反應(yīng)。速度快,方向性均好。

例如氮化硅反應(yīng)離子刻蝕(RIE)的原理如下：

反應(yīng)離子刻蝕與等離子刻蝕去鈍化層有相似之處,在RIE過程中,既有輝光放電條件下活性氣體粒子與固態(tài)si表面的化學(xué)反應(yīng)過程,也有這些能量很大的粒子轟擊濺射si表面的物理過程。后一過程有助于清除表面吸附物,并引起固體表面晶格損傷,在表面幾個(gè)原子層內(nèi)形成激活點(diǎn),這些活性點(diǎn)便于游離基的化學(xué)反應(yīng),增加腐蝕速率。同時(shí),這種轟擊腐蝕作用有助于提離刻蝕側(cè)墻的垂直性。

氮化硅反應(yīng)離子刻蝕（RIE）是主要利用氟基氣體，以及氧氣氬氣等組合，通過啟輝放電，使得反應(yīng)腔室氣體產(chǎn)生等離子體，其主要包括分裂形成具有化學(xué)活性的活性自由基，電離形成更多的電子和離子。RIE系統(tǒng)原理如圖1所示，啟輝放電過程中，產(chǎn)生的活性自由基F到達(dá)薄膜表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)隨廢氣排出，而帶電離子則對(duì)薄膜進(jìn)行物理轟擊，二者相互促進(jìn)刻蝕，以得到良好的形貌。

SF6 刻蝕氮化硅原理

例如采用SF6作為氮化硅的刻蝕氣體，SF6與氮化硅進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，具體反應(yīng)過程機(jī)理如下：
SF₆+e^-→SF₅⁺+F+2e^-
SiNx+4F→SiF₄↑+N₂↑
式中:SF₅⁺表示具有物理轟擊作用的帶電離子，F(xiàn)表示較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)性的活性自由基，反應(yīng)產(chǎn)生的SiF4是極易揮發(fā)的氣體,通過真空系統(tǒng)及尾氣處理裝置排出反應(yīng)腔室,以達(dá)到刻蝕目的。

RIE兼具了材料選擇性和方向性，是各向異性刻蝕技術(shù)，刻蝕方向垂直于材料表面，刻蝕后金屬化層與介質(zhì)層之間的接觸面積不會(huì)減小。

PE（等離子蝕刻）模式和RIE（反應(yīng)離子蝕刻）模式之間的差異：

PE蝕刻過程是各向同性的，這意味著等離子體從各個(gè)方向沖擊到工件上。腐蝕是無方向性的。
RIE反應(yīng)離子刻蝕

RIE刻蝕過程是各向異性的;這意味著定向等離子幾乎垂直地撞擊工件