反应离子刻蚀
➢反应离子刻蚀（Reactive ion etch）是在等 离子中发生的。
➢随着材料表层的“反应－剥离－排放”周 期循环，材料被逐层刻蚀到制定深度。
➢衡量反应离子刻蚀的指标：
➢掩模的刻蚀比 ➢刻蚀的各向异性程度 ➢其它：刻蚀速率、刻蚀均匀性等
等离子腐蚀
利用气体辉光放电电离和分解稳定的原子所形 成的离子和活性物质，与被腐蚀的固体材料作 用，产生挥发性的物质或气态产品。
四、干法腐蚀
湿法腐蚀的缺点：图形受晶向限制，深宽比较差， 倾斜侧壁，小结构粘附。
➢狭义的干法刻蚀主要是指利用等离子体放 电产生的化学过程对材料表面的加工
➢广义上的干法刻蚀则还包括除等离子体刻 蚀外的其它物理和化学加工方法，例如激 光加工、火花放电加工、化学蒸汽加工以 及喷粉加工等。
➢干法刻蚀的优点：
反应离子深刻蚀
➢改善刻蚀的方向性，即各向异性，一直是反 应离子刻蚀技术发展过程中不懈追求的目标。
➢完全化学刻蚀是各向同性的，完全的物理刻 蚀虽然有很好的方向性，但有很差的选择性， 即掩模本身经受不了长时间的刻蚀。
➢电感耦合等离子体（ICP），Bosch工艺
➢反应离子深刻蚀的要求：
➢需要较高的刻蚀速率，否则刻穿500um厚的硅 片需要太长的时间；
高压直流电源
15%
CO2激光器示意图
激光加工特点
➢ 加工材料范围广，适用于加工各种金属材料和非金属材料， 特别适用于加工高熔点材料，耐热合金及陶瓷、宝石、金刚 石等硬脆材料。
➢ 加工性能好，工件可离开加工机进行加工，可透过透明材 料加工，可在其他加工方法不易达到的狭小空间进行加工。
➢ 非接触加工方式，热变形小，加工精度较高。
➢通入刻蚀气体SF6刻蚀 掉底部钝化层，并进一 步刻蚀硅。新暴露的侧 壁被新的钝化层覆盖。
离子溅射刻蚀
➢离子溅射刻蚀是纯粹的物理刻蚀过程，氩 气是最通用的离子源气体。
反应气体刻蚀
➢利用二氟化氙XeF2在气态可以直接与硅反 应生成挥发性SiF4产物的性质，可以对硅表 面进行各向同性刻蚀。
干法刻蚀与湿法腐蚀对比
非常好（<0.1µm）
差
昂贵
较昂贵
慢（0.1µm/min）到快（6µm/min） 快（1µm/min以上）
多
很少
在缓慢腐蚀时好
困难
其它物理刻蚀技术
➢激光微加工技术
➢飞秒激光对材料表面的辐照时间如此之 短，激光的能量没有时间转化为热量扩 散到相邻区域；
➢激光微加工是一种快速成型技术，不需 要曝光、显影、刻蚀的中间步骤，不受 材料形状与大小的限制；
➢需要极好的各向异性，即刻蚀的边壁垂直。
➢除了离子物理溅射之外，反应离子刻蚀从 本质上是各向同性，为了阻止或减弱侧向 刻蚀，只有设法在刻蚀的侧向边壁沉积一 层抗刻蚀的膜。
Bosch工艺和Cryogenic工艺
➢所谓Bosch工艺就是在反应离子刻蚀的过程 中，不断在边壁上沉积抗刻蚀层或边壁钝化
➢八氟环丁烷离化后在底 面和侧壁形成聚合物钝 化层。
参数 方向性 生产自动化程度 环境影响 掩模层粘附特性 选择性 待腐蚀材料 工艺规模扩大 清洁度 临界尺寸控制 装置成本 典型的腐蚀率 操作参数 腐蚀速率控制
干法腐蚀
湿法腐蚀
对大多数材料好
仅对单晶材料（深宽比高达100）
好
差
低
高
不是关键因素
非常关键
相对差
非常好
仅特定材料
所有
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ困难
容易
有条件地清洁
好到非常好
激光器
➢ 固体激光器 ◎YAG（结晶母材由钇、铝和石榴石构成）激光器 ◎红宝石激光器
➢ 气体激光器——CO2激光器
◎混合气体：氦 约80%，氮约15%，
电极 放电管
冷却水进口 CO2气体
CO2 约5%
激光
◎通过高压直流
放电进行激励
◎波长10.6μm， 为不可见光
反射 凹镜
冷却水出口
反射平镜
◎能量效率5%～
主要特点
（1）速率高
ER : 7m / min
（2）环境清洁，工艺兼容性好。
（3）掩膜选择性好 >30：1
（4）表面光洁度好，应力集中少
（5）无晶向限制
适应性
（1）好的截面形状，易于满足铸模要求。 （2）高的腐蚀速率，适于体硅要求。 （3）利用各向同性腐蚀，满足牺牲层腐蚀要 求。 （4）可用于活动结构制作。 （5）可用于高深宽比结构制作。
➢具有分辨率高、各向异性腐蚀能力强、腐蚀的 选择比大、能进行自动化操作等
➢干法刻蚀的过程：
➢腐蚀性气体离子的产生 ➢离子向衬底的传输 ➢吸附及反应 ➢衬底表面的腐蚀 ➢钝化及去除 ➢腐蚀反应物的排除
➢干法腐蚀的主要形式：
➢*纯化学过程：（等离子体腐蚀 ) ➢*纯物理过程： (离子刻蚀、离子束腐蚀） ➢*物理化学过程：反应离子腐蚀RIE ，感应
➢ 可进行微细加工。激光聚焦后焦点直径理论上可小至1μ以 下，实际上可实现φ0.01mm的小孔加工和窄缝切割。
➢ 加工速度快，效率高。
➢刻蚀过程主要是化学反应刻蚀，是各向同 性的，主要作为表面干法清洗工艺。
➢ • 离子轰击的作用： ➢ 1.将被刻蚀材料表面的原子键破坏； ➢ 2.将再淀积于被刻蚀表面的产物或聚合物打掉
DRIE、ICP刻蚀工艺
等离子体腐蚀的主要现象和特点
1.现象 （1）各向同性腐蚀 （2）各向异性腐蚀 （3）溅射腐蚀
➢喷墨打印头上的孔
激光加工
工作原理 ➢ 激光是一种受激辐射而得 到的加强光。其基本特征： ◎强度高，亮度大 ◎波长频率确定，单色性好 ◎相干性好，相干长度长 ◎方向性好，几乎是一束平 行光
激光器
光阑 反射镜
电源
Real
聚焦镜
工件 工作台
➢激光加工原理图
➢当激光束照射到工件表面时，光能被吸收，转化成热能， 使照射斑点处温度迅速升高、熔化、气化而形成小坑，由于 热扩散，使斑点周围金属熔化，小坑内金属蒸气迅速膨胀， 产生微型爆炸，将熔融物高速喷出并产生一个方向性很强的 反冲击波，于是在被加工表面上打出一个上大下小的孔。
耦合等离子体刻蚀ICP.
➢在物理腐蚀方法中，利用放电时所产生的高能 惰性气体离子对材料进行轰击，腐蚀速率与轰 击粒子的能量、通量密度以及入射角有关；
➢在化学腐蚀中，惰性气体（如四氟化碳）在高 频或直流电场中受到激发并分解（如形成氟离 子），然后与被腐蚀材料起反应形成挥发性物 质；
➢在物理化学结合的方法中，既有粒子与被腐蚀 材料的碰撞，又有惰性气体与被腐蚀材料的反 应。