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1、第6卷第2期光学精密工程Vol.6,No.21998年4月OPTICSANDPRECISIONENGINEERINGApril,1998离子刻蚀技术现状与未来发展任延同(中国科学院长春光学精密机械研究所长春130022)摘要目前国内外出现的几种离子刻蚀技术——等离子体刻蚀、反应离子束刻蚀、离子束铣、聚焦离子束刻蚀等分别作了详细介绍,并指出今后离子刻蚀技术的发展方向。关键词离子刻蚀技术等子体刻蚀反应离子刻蚀离子束铣聚焦离子刻蚀1引言自1948年发明晶体管,随后出现集成电路,直到整个六十年代的二十年里,半导
2、体器件光刻工艺中对各种材料均采用不同的试剂进行腐蚀,惯称湿法腐蚀。然而,当器件集成度进入中规模,结构尺寸小于10Lm时,惯用的湿法腐蚀由于毛细现象和各向同性的腐蚀性就难以保证精度和重复性,迫切需要寻找新的途径。虽然人们早已认识到原子和游离基具有远强于分子的化学活性,但一直没有应用到固体材料的腐蚀技术上。直到六十年代人们才发现氧等离子体可用于去除残留碳化物,并成功地用于等离子体去胶工艺中。随后很快发展了半导体器件工艺中的干法刻蚀技术。自七十年代初,以辉光放电产生的气体等离子体进行腐蚀加工,至今二十多年,经
3、历了多样化的发展过程,使技术不断得到完善和创新。干法刻蚀是一个惯称,它指的是在低气压下与等离子体有关的腐蚀方法。而其它一些技术,如汽相腐蚀、激光诱导腐蚀,以及无掩膜的聚焦离子束腐蚀等,虽然亦有别于“湿法腐蚀”,但已自成体系,一般不列入干法刻蚀中。经过二十多年的发展,出现过多种干法刻蚀形式,它们各有各自的时代背景,也各有所长。表1列出的曾经得到较多应用的、具有一定普遍性的形式,其中:(1)屏蔽筒式——直到目前仍是等离体去胶机的基本结构形式;(2)下游式——属纯游离基的化学腐蚀;收稿日期:1997-10-0
4、6修稿日期:1998-01-098光学精密工程6卷(3)平行板式——带低能离子轰击的游离基腐蚀;(4)反应离子式——兼有离子轰击和游离基腐蚀,是目前实验室和生产中应用最多的结构;(5)磁控反应离子式——比反应离子刻蚀有更高的腐蚀速率;(6)三级式——可分别控制离子能量和离子密度;(7)离子束铣——对所有材料,包括铁磁和陶瓷材料均能腐蚀;(8)反应离子束——可调整离子入射角度,独立控制离子能量和离子密度;(9)化学辅助离子束——可调节腐蚀过程中的游离基腐蚀和离子轰击腐蚀成分。按腐蚀原理来分,(1)、(2)
5、、(3)可统称为等离子刻蚀,主要是化学反应过程;(4)、(5)、(6)属反应离子刻蚀,是物理-化学反应过程;(7)、(8)、(9)属离子束腐蚀,除了离子束铣是纯物理过程外,其余为物理-化学反应过程。Table1Featureofnormalion-etchingtechnologyPrincipleplasmaerosion(PE)reactionion-etching(RIE)ionbeametching(IBE)oferosionreactionionionbeamlowerparallelreac
6、tionthreereactionerosionmodeshieldrubcontrolledbyionmilingaidedbyreachesplantionpoleionbeammagneticchemicaldateofappear707572747684757881actingchemical-chemical-chemical-chemical-chemical-chemicalchemicalchemicalphysicalprinciplephysicalphyscialphyscialp
7、hysicalphyscialpowerof0010～10050～70050～70050～700200～2000100～150030～1500ioneVreactionmid.,lowermid.,highmid.,highmid.,highhighmid.,highmid,highmiddlemiddleparticalpowerhighpowerpowerpowrpowerpowercontrolledbymid-mid-mid-mid-mid-neutralindependentindepende
8、ntindpendentindependentindependentindpendentindpententindependentparticlecontrollingiormid-mid-mid-mid---independentindependentindependentbeamflowindpendentindpendentindependentindependentcontrollingmid-mid-mid-mid---indep
