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氮化硅（Si3N4）是一種物理、化學性能都非常優秀的半導體材料?在微機械加工工藝中常被用作絕緣層、表面鈍化層、最后保護膜和結構功能層。氮化硅薄膜刻蝕工藝是芯片制造業中的關鍵工藝之一。刻蝕過程是經過顯影制程后,在基片的表面刻畫出IC電路圖案的晶圓,用化學腐蝕或物理撞擊的方式,及兩種方式的結合去除不需要的部分材質,留下所需的IC電路結構。換種方式說,在制作電路的過程中,必須將光刻膠圖形轉移到器件的薄膜層上,轉移圖形時選擇性地清除薄膜層上暴露部分的圖形過程稱為刻蝕。刻蝕工藝一般有干法刻蝕和濕法刻蝕兩種方法,反應離子刻蝕是目前干法刻蝕技術中最先進的技術,因為它同時具有化學和物理刻蝕方法的優點。反應離子刻蝕是利用荷能的活性粒子轟擊表面,這樣在動量的作用下,一部分分子被轟擊出去,另一方面也伴隨著化學反應。反應離子刻蝕是干法刻蝕技術,與離子束刻蝕相比具有反應面積大、針對性好、操作方便以及快速節能等諸多優點,因此更受歡迎。

反應離子刻蝕氮化硅薄膜原理

圖1 反應離子刻蝕設備簡圖

圖1是RIE設備的結構示意圖。陽極和反應腔接地,陰極作為功率電極,射頻功率源的頻率是13.56MHz。刻蝕過程是將硅片放在功率電極上,反應室內的氣體受到高頻電場的作用發生輝光放電,產生等離子體。等離子體中含有的電子、離子及游離基等與表面的原子發生一系列的化學反應,形成揮發性物質,達到刻蝕的作用。同時,高能量的離子在固定的工作壓力作用下,頻繁射向樣品的表面,進行物理轟擊及刻蝕,使反應離子刻蝕具備很好的各向異性。

能刻蝕氮化硅的氣體很多?通常能產生氟、氯活性基的氣體均可以刻蝕氮化硅?如CHF₃、CF₄、SF₆、NF₃等。氟碳化合物是刻蝕氮化硅的常用氣體?如采用CHF₃、CF₄作為刻蝕氣體?刻蝕氮化硅的主要過程為：

CHF₃→CHF₂*，CF₃*，F*，?H*

CF₄→CF₃*＋CF₂*＋CF*＋F*

F*＋H*→HF↑

Si＋F*→SiF₄↑

Si₃N₄＋F*→SiF₄↑＋N₂↑

式中有上標星號的CF₃??CF₂??CF??F?表示具有強化學反應活性的活性基。反應生成的SiF₄↑、HF↑、N₂↑等揮發性氣體被真空系統抽離反應腔體?完成對氮化硅的刻蝕。可見刻蝕氮化硅主要是氟原子活性基的作用。反應氣體中氟活性原子的比例大則有利于刻蝕的進行。