RIE,全称是ReactiveIonEtching,即反应离子刻蚀,它是一种微电子干法腐蚀工艺(也即一种常见的干法刻蚀)。反应离子刻蚀的原理是在极低的气压(1.3-13Pa)下,利用高频电场将气体分子或原子电离成由电子、离子和自由基组成的等离子体。由于垂直电场的作用,反应室中电离后的离子定向运动,释放足够的能量刻蚀表面。刻蚀过程中除了离子的物理刻蚀之外,还有自由基的化学反应参与。因此反应离子刻蚀具有各向异性的特点,具有较好的方向选择性。

反应离子刻蚀设备主要包括三个部分:电源、反应腔室、真空泵系统(机械泵和分子泵)。待处理样品放入反应室,并通过真空泵对反应室进行抽真空。随后,通入参与反应的气体,并控制气体流量。气体被电离成等离子体,在电场作用下到达样品表面发生化学反应,并将副产物排出反应腔。样品处理过程中除了离子的物理刻蚀之外,还有自由基的化学反应参与。反应离子刻蚀属于各向异性刻蚀,具有较好的方向选择性。

反应离子刻蚀的特点:

(1) 刻蚀过程中物理刻蚀和化学刻蚀一同参与,具有各向异性的特点。

(2) 气压较低,气体的自由程大,离子被电场作用的距离长,因此离子的动能增大,物理溅射作用和化学反应都被增强,刻蚀速率被极大提高。

(3)通过选用不同的气体对不同的材料进行刻蚀,比如选用SF6、CF4等气体对硅、氮化硅、钨等材料进行刻蚀,CHF3对二氧化硅进行刻蚀,以及O2对聚合物进行刻蚀。

对于反应离子刻蚀来说,影响刻蚀速率的因素主要有:

(1)参与反应的气体流量越大,电离产生的活性离子浓度越高,刻蚀速率会增大。但是当反应腔室中的压强过大时,会导致离子的平均自由程减小,刻蚀速率反而会下降。

(2) 射频功率越大,刻蚀速率越快。

(3) 反应室中的温度越高,刻蚀速率越快。

反应离子刻蚀的众多优点，使其成为了目前在微电子工艺中使用的最多一种干法刻蚀方式。作为一种干法刻蚀技术，反应离子刻蚀过程中不使用液体化学试剂，因此不会产生废液和化学污染。同时，刻蚀产物通常为气态，可以通过抽气系统及时排出，保持刻蚀环境的清洁。这对于要求高纯度和无污染的半导体制造等领域非常重要。