反應性離子蝕刻
最為各種反應器廣泛使用的方法，便使是結合(1)物理性的離子轟擊與(2)化學反應的蝕刻。此種方式兼具非等向性與高蝕刻選擇比等雙重優點，蝕刻的進行主要靠化學反應來達成，以獲得高選擇比。加入離子轟擊的作用有二：一是將被蝕刻材質表面的原子鍵結破壞，以加速反應速率。二是將再沈積於被蝕刻表面的產物或聚合物(Polymer)打掉，以使被蝕刻表面能再與蝕刻氣體接觸。而非等向性蝕刻的達成，則是靠再沈積的產物或聚合物，沈積在蝕刻圖形上，在表面的沈積物可為離子打掉，故蝕刻可繼續進行，而在側壁上的沈積物，因未受離子轟擊而保留下來，阻隔了蝕刻表面與反應氣體的接觸，使得側壁不受蝕刻，而獲得非等向性蝕刻。如圖（九）所示 
應用乾式蝕刻主要須注意蝕刻速率，均勻度、選擇比、及蝕刻輪廓等。蝕刻速率越快，則設備產能越快，有助於降低成本及提升競爭力。蝕刻速率通常可藉由氣體種類、流量、電漿源及偏壓功率所控制，在其他因素尚可接受的條件下，越快越好。均勻度是晶片上不同位置的蝕刻率差異的一個指標，較佳的均勻度意謂著晶圓將有較佳的良率(Yield)，尤其當晶圓從3吋、4吋、一直到12吋，面積越大，均勻度的控制就顯的更加重要。選擇比是蝕刻材料的蝕刻速率對遮罩或底層蝕刻速率的比值，控制選擇比通常與氣體種類與比例、電漿或偏壓功率、甚至反應溫度均有關係。至於蝕刻輪廓一般而言愈接近九十度越佳，除了少數特例，如接觸窗或介層洞(Contact Window and Via Hole)，為了使後續金屬濺鍍能有較佳的階梯覆蓋能力(Step Coverage)，而故意使其蝕刻輪廓小於九十度。通常控制蝕刻輪廓可從氣體種類、比例、及偏壓功率來進行。
圖（九） 非等向性蝕刻示意圖
電漿離子的濃度和能量是決定蝕刻速率的兩大要素，為了增加離子的濃度，在乾式蝕刻系統設計了兩種輔助設備：(1)電子迴轉加速器(Electron Cyclotron)，(2)磁圈(Magnet Coil)。前者是利用2.54GHz的微波來增加電子與氣體分子的碰撞機率；而後者則是在真空腔旁加入一個與二次電子運動方向垂直的磁場，使得電子以螺旋狀的行徑來增加與氣體分子的碰撞機率。
9-7 磁場強化反應性離子蝕刻 (Magnetic Enhanced RIE 簡稱MERIE)
MERIE是在傳統的RIE中，加上永久磁鐵或線圈，產生與晶片平行的磁場，而此磁場與電場垂直，因為自生電壓(Self Bias)垂直於晶片。電子在此磁場下，將以螺旋方式移動，如此一來，將會減少電子撞擊腔壁，並增加電子與離子碰撞的機會，而產生較高密度的電漿，然而因為磁場的存在，將使離子與電子偏折方向不同而分離，造成不均勻及天線效應的發生。因此，磁場常設計為旋轉磁場。MERIE的操作壓力，與RIE相似，約在0.01~1Torr之間，當蝕刻尺寸小於0.５μm以下時，須以較低的氣體壓力以提供離子較長的自由路徑，確保蝕刻的垂直度，因氣體壓力較低，電漿密度也隨著降低，因而蝕刻效率較差。所以較不適合用於小於0.5μm以下的蝕刻。
圖（十） 磁場強化RIE(MERIE)示意圖
9-8 電子迴旋共振式離子反應電漿蝕刻 (Electron Cyclotron Resonance Plasma Etching 簡稱ECR Plasma Etching)
ECR利用微波及外加磁場來產生高密度電漿。電子迴旋頻率可以下列方程式表示：
ωe=Ve/r (1)
其中Ve是電子速度，r是電子迴旋半徑。另外電子迴旋是靠勞倫茲力所達成，亦即
F=eVeB=MeVe2/r (2)
其中，e是電子電荷，Me荷為電子質量，B是外加磁場；可得
r=MeVe/eB (3)
將(3)代入(1)可得電子迴旋頻率
ωe=eB/Me
當此頻率ωe等於所加的微波頻率時，外加電場與電子能量，發生共振耦合，因而產生高的密度電漿。
ECR的設備如圖（十一）所示，共有二個腔，一個是電漿產生腔，另一個是擴散腔。微波藉由微波導管，穿越石英或氧化鋁做成的窗進入電漿產生腔中，另外磁場隨著與磁場線圈距離增大而縮小，電子便隨著此不同的磁場變化而向晶片移動，正離子則是靠濃度不同而向晶片擴散，通常在晶片上也會施加一個RF或直流偏壓，用來加速離子，提供離子撞擊晶片的能量，藉此達到非等向性蝕刻的效果。
圖（十一） 電子迴旋共振電漿蝕刻示意圖
9-9 未來展望
當元件越做越小，(<0.18μm)，而晶圓尺寸愈來越大(>8吋)，蝕刻選擇率與均勻度就變得很重要。傳統RIE因為操作壓力高，無法達到垂直側壁蝕刻，以及在大尺寸晶圓上不易維持良好的均勻度，將不再適用，取而代之的是高電漿密度電漿系統。這類電漿系統不但能在極低壓下產生高密度電漿，並且能分別控制電漿密度與離子能量，減少離子轟擊損壞，在大尺寸晶圓上亦能保持良好的均勻性，提高生產良率。另外因為尺寸縮小，使得蝕刻圖形高的高寬比(Aspect Ratio)增加，再加上光阻的厚度將使得蝕刻更加困難，例如0.25μm寬的鋁線，厚度大約0.5μm，而光阻厚約原0.5~1μm，整個高寬比將高達4~6，因此使用除了光阻以外的材料來作為遮罩，或稱為硬遮罩(Hard Mask)來改善。另外，圖形間距越小或氧化層接觸窗的面積越小，蝕刻系統中的反應物或帶能量的離子無法到達接觸底部，或者反應的產物無法順利排出接觸窗外，使得蝕刻速率降低。面積越小，此現象越嚴重，亦即所謂的微負載效應(Micro loading Effect)。除此之外，如何減少電漿電荷導致損壞，使用淨電吸附夾具，使用多腔設計系統，均是未來蝕刻機趨勢。多腔設計可以避免相互污染，並增進生產速率。使用靜電吸附夾具可以降低粒子污染，增進晶片冷卻效率，而減少電漿導致損壞可使製程上的設計變得更單純，並提高元件的可靠度。
本文标签：反應性離子蝕刻
* 由于无法获得联系方式等原因，本网使用的文字及图片的作品报酬未能及时支付，在此深表歉意，请《反應性離子蝕刻》相关权利人与机电之家网取得联系。
：林先生
：18903216831
：永一阀门集团有限公司
