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離子刻蝕簡介

離子刻蝕是利用高能量惰性氣體離子轟擊被刻蝕物體的表面，達到濺射刻蝕的作用。因為采用這種方法，所以可以得到非常小的特征尺寸和垂直的側壁形貌。這是一種“通用”的刻蝕方式，可以在任何材料上形成圖形。它的弱點是刻蝕速度較低，選擇性比較差。傳導耦合性等離子體刻蝕的優勢在于刻蝕速率高、良好的物理形貌和通過對反應氣體的選擇，達到針對光刻膠和襯底的高選擇比。一般用于對特征形貌沒有要求的去膠(ashing，灰化)工藝。反應離子刻蝕是上述兩種刻蝕方法相結合的產物，它是利用有化學反應性氣體產生具有化學活性的基團和離子。經過電場加速的高能離子轟擊被刻蝕材料，使表面受損，提高被刻蝕材料表面活性，加速與活性刻蝕反應基團的反應速度，從而獲得較高的刻蝕速度。這種化學和物理反應的相互促進，使得反應離子刻蝕具有上述兩種干法刻蝕所沒有的優越性：良好的形貌控制能力(各向異性)、較高的選擇比、可以接受的刻蝕速率。因此在于法刻蝕工藝中反應性離子刻蝕得到廣泛應用。

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刻蝕氣體的選擇

對于多晶硅柵電極的刻蝕，腐蝕氣體可用Cl2或SF6，要求對其下層的柵氧化膜具有高的選擇比。刻蝕單晶硅的腐蝕氣體可用Cl2/SF6或SiCl4/Cl2；刻蝕SiO2的腐蝕氣體可用CHF3或CF4/H2；刻蝕Si3N4的腐蝕氣體可用CF4/O2、SF6/O2或CH2F2/CHF3/O2；刻蝕Al（或Al-Si-Cu合金）的腐蝕氣體可用Cl2、BCl3或SiCl4；刻蝕W的腐蝕氣體可用SF6或CF4；刻蝕光刻膠的腐蝕氣體可用氧氣。對于石英材料，可選擇氣體種類較多，比如CF4、CF4 H2、CHF3 等。我們選用CHF3 氣體作為石英的腐蝕氣體。其反應過程可表示為：CHF3 e——CHF 2 F (游離基) 2e，SiO 2 4F SiF4 (氣體) O 2 (氣體)。SiO 2 分解出來的氧離子在高壓下與CHF 2 基團反應， 生成CO ↑、CO 2↑、H2O ↑、O F↑等多種揮發性氣體 [3]  。

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離子束刻蝕的入射角

在離子束刻蝕過程中，選擇合適的入射角可以提高刻蝕效率，這只是一個方面。另一個方面是靠合適的入射角度控制刻蝕圖形的輪廓。下圖給出了不同角度的刻蝕結果。

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離子束刻蝕

離子束刻蝕是利用具有一定能量的離子轟擊材料表面，使材料原子發生濺射，從而達到刻蝕目的.把Ar、Kr或Xe之類惰性氣體充入離子源放電室并使其電離形成等離子體，然后由柵極將離子呈束狀引出并加速，具有一定能量的離子束進入工作室，射向固體表面撞擊固體表面原子，使材料原子發生濺射，達到刻蝕目的，屬純物理過程。