简述

举例

简述

RIE，全称是Reactive Ion Etching，反应离子刻蚀，一种微电子干法腐蚀工艺。

是干蚀刻的一种，这种蚀刻的原理是，当在平板电极之间施加10～100MHZ的高频电压（RF，radio frequency）时会产生数百微米厚的离子层（ion sheath），在其中放入试样，离子高速撞击试样而完成化学反应蚀刻，此即为RIE（Reactive Ion Etching）。

为得到高速而垂直的蚀刻面，经加速的多数离子不能与其他气体分子等碰撞，而直接向试样撞击。为达到此目的，必须对真空度，气体流量，离子加速电压等进行最佳调整，同时，为得到高密度的等离子体，需用磁控管施加磁场，以提高加工能力。

蚀刻的垂直度和条痕很大程度上受到蚀刻掩模的选择比及其掩模图样形状的影响。有了高选择比且优异图样形状的掩模就能保证蚀刻面的性质。但很多时候，两者很难兼得。对石英系列波导，通常用CF4，C3F8等CF系列的气体来蚀刻，这些气体与Cr的选择比是数千，比非晶硅高一个数量级，然而Cr本身很难形成无条痕的掩模，亦即它的图样形状不好，因此，高选择比反而会把其掩模的条痕反应到刻蚀面上，带来刻蚀面粗糙度的劣化。虽然非晶硅形成层必须比Cr掩模厚，但由于容易得到良好形状，因此仍使用该掩模得到粗糙度为20nm的良好刻蚀面。

电荷交换的平均自由程与气体分子密度成反比关系，因此密度过高，平均自由程太小（和离子层相近或相等），会使得离子之间碰撞的几率变大，离子垂直碰撞试样的几率也就变小，不利于蚀刻形成垂直壁，因此气体分子密度不能过大。

为实现高速且高深宽比的刻蚀，需要产生高密度的等离子体；而离子层内的离子，也要尽量不碰撞其他气体分子而直接撞击试样。前者需要产生的电子在真空室内与其他气体分子反复碰撞；后者，需要尽量增大离子层内的平均自由程，即要求离子层内有低的气体分子密度。要使得离子层内离子充分发挥离子性能，就需要满足：

1、必须有反应生成物容易挥发的高真空，即低压；或者，生成在低真空中也容易挥发的反应生成物，这样，便有离子层内低的气体分子密度，形成大的平均自由程；

2、大的离子体密度；

3、反应气体与掩模的蚀刻选择比高；

干法刻蚀中，所用气体，与衬底构成化学元素反应，生成挥发性气体。它的大致标准即为反应生成物的蒸气压和沸点。如三族氟化物有高沸点，及低的蒸气压，从试样表面就不易挥发，因此，不适用做反应刻蚀的气体。

为实现高真空，真空泵用一般的涡轮分子泵，就不胜任了。需要能达到更高真空的低温泵和溅射离子泵相结合来抽真空。

而为产生高密度离子，可以施加磁场，用洛伦兹力使电子沿着摆线轨迹与气体分子更剧烈的碰撞。也有报道从外部将加速的大电流电子束打入等离子室，产生高密度的电子束来来激励等离子体的（EBEP，electron beam excited plasma）。

举例

早期的干法腐蚀为溅射腐蚀和离子铣蚀，利用放电时产生的高能惰性离子(如Ar+离子)对材料进行物理轰击，实现对材料的腐蚀，因此选择性差。反应离子腐蚀(Reactive Ion Etching, 简称RIE)中反应气体(如CF4)在RF或直流电场中被激发分解，产生活性粒子(如游离的F原子)，活性粒子与被腐蚀材料反应，生成挥发性物质，再用抽气泵将挥发性物质排除反应腔室。RIE常用的反应气体有SF6、CHF3、CCl4等。MEMS应变式结冰传感器腐蚀氮化硅和氧化硅，开湿法腐蚀的窗口，所用反应气体为SF6，发生的反应如下。

分解反应：电离反应：吸附反应：SF6对硅的腐蚀主要是由SF6分解产生的游离F基引起的。

(x=0~3)

腐蚀硅产生的挥发性物质挥发将硅带走，其中其主要作用的是SiF4。氟的等离子体硅腐蚀反应自发进行，不需要离子轰击。因此自由氟基产生高的腐蚀速率，但由于是自发腐蚀，腐蚀外形近似各向同性(侧面腐蚀速率几乎与垂直速率相等)。