是应用最广泛的刻蚀技术,最早于1974年被提出。它很好地结合了物理和化学的刻蚀机制,具有二者共同的优点,是半导体工艺与微纳加工技术中的主流刻蚀技术之一。相比于湿法刻蚀和离子束刻蚀,反应离子刻蚀具有很多突出的优点:刻蚀速率高,各向异性好,选择比高,大面积均匀性好,可实现高质量的精细线条刻蚀,并能够获得较好的刻蚀剖面质量。
反应离子刻蚀的基本原理(见图)是:在很低的压强下(0.1~10帕),反应气体在射频电场的作用下辉光放电产生的等离子体,通过等离子体形成的直流自偏压作用,使离子轰击阴极材料上的目标材料,并实现离子的物理轰击溅射和活性粒子的化学反应,从而完成高精度的图形刻蚀。
反应离子刻蚀的过程中,不仅包括离子的物理轰击作用,还可以通过预先选择结合的反应气体使离子、自由基或化学活性气体与待刻蚀材料发生化学反应并生成挥发性的产物,从而达到刻蚀的目的。其中,离子的轰击不仅包括溅射刻蚀,而且对刻蚀中的化学反应往往还有显著的增强作用。
通常的反应离子刻蚀中大多数以氟基和氯基气体为主,其中氟基气体常用于硅与硅氧化物的刻蚀,氯基气体常用于Ⅲ-Ⅴ族材料的刻蚀。此外,氧气、溴化氢气体、氢气和甲烷等气体也常被用作反应离子刻蚀的气体。
除了反应气体的选择,反应离子刻蚀中对刻蚀结果产生影响的主要因素还包括以下几个:气体流量、射频功率、反应室压强、样品材料的表面温度、电极材料及腔体环境以及辅助气体等。
除了上述主要的因素外,电极形状和大小、反应室的材质和体积、气体进出口位置和真空泵抽速等设备因素以及压力、温度、周边电磁场等环境因素也有可能对刻蚀结果造成影响。不过在大多数情形下这些因素影响较小,因此一般不作考虑。
可见,反应离子刻蚀的刻蚀速率、选择比以及方向性受到很多因素的制约,而且这些因素不是孤立的,而是相互依存、相互影响的。因此,要获得一个理想的刻蚀条件,达到理想的刻蚀效果,需要大量的工艺试验进行摸索。