在半导体制造中，干法蚀刻是一种重要的工艺，用于去除硅片表面不需要的材料。干法蚀刻主要依赖于等离子体技术，它利用气体在高频电场的激发下形成等离子体，从而实现材料的去除。下面是干法蚀刻的几种主要类型及其工作原理的详细说明。

干法蚀刻概述

主要类型的干法蚀刻

1.离子束蚀刻 (IBE)

物理性质的优点是激励波明显分离加速并且具有较强的定向性，这使得蚀刻轮廓清晰且具有良好的宽度和高各向异性。然而，由于纯物理冲击会导致暴露在等离子体中的金属涂层也被蚀刻，因此选择性比较差。另外，由于受冲击的材料通常是固体颗粒，这些颗粒可能会沉积在蚀刻膜的表面和侧壁上，导致膜下的材料表面出现污染。

2.等离子刻蚀 (PE)

这种蚀刻方式的优点包括良好的选择性比率、各向同性的蚀刻以及相对较低的成本。与湿法蚀刻类似，纯化学反应蚀刻能够实现较好的选择性，但蚀刻轮廓通常是各向同性的。

3.反应离子蚀刻 (RIE)

此外，它还具有两个主要优点：首先，刻蚀膜中的分子键被粘合或断裂，使蚀刻速度更容易提高；其次，沉积在刻蚀膜上的聚合物和反应产物被蚀刻下来，使等离子体扩散回刻蚀膜中进行化学反应。这些再次沉淀的聚合物或化学反应产物不仅出现在被蚀刻的薄层上，还会在整个硅片上沉积，这样就可以在覆膜的侧壁上形成一层保护性的钝化层，防止侧壁进一步被蚀刻，从而提供各向异性蚀刻的效果。

反应离子蚀刻的机制包括：

• 进入蚀刻室的反应气体通过辉光放电排出，形成一组化学活性等离子体分子。

• 这些等离子体分子扩散并吸附到膜层中，被膜中的电场加速并撞击膜的表面层。

• 分子的输入能量通常较小（小于 1 keV），对膜的影响深度通常不超过 20 纳米。

• 膜表面吸收离子的动能，促进化学反应的发生，产生的物质随后与残余气体结合并被排出。

• 每个反应点都有一个入射的离子质量，它加速了最基本反应的速率，从而将能量转移到吸附在膜层上的各种自由基，增加了蚀刻速率的选择性。

• 在离子入射区，化学反应和物理侵蚀之间具有高选择性比率。

• 为了改善各向异性蚀刻，正离子束的辐射水平必须高于基态。基本模型的速度随温度降低而降低，因此这种过程被称为低温蚀刻过程。通过调整工艺参数，比如不同刻蚀气体比列，可以控制各向同性和各向异性蚀刻的比例，以适应不同的应用需求。

  通过这些不同的干法蚀刻技术，芯片制造可以根据具体的需求选择最适合的蚀刻方法，以实现所需的结构和特性。