3.反应离子刻蚀（RIE或物理化学刻蚀）工艺

图3. 反应离子刻蚀法的优势（各向异性和高刻蚀速率）

等离子体同时包含各向同性的自由基和各向异性的阳离子，那么它是如何进行各向异性刻蚀呢？

等离子体干法刻蚀主要通过反应离子刻蚀（RIE，Reactive Ion Etching）或基于该方法的应用进行。RIE方式的核心是通过利用各向异性阳离子攻击刻蚀区域，从而弱化薄膜中目标分子之间的结合力。弱化的区域被自由基吸收，与构成该层的粒子结合，转化为气体（一种挥发性化合物）并释放出来。

虽然自由基具有各向同性的特征，但与具有强大结合力的侧壁相比，构成底层表面的分子（其结合力因阳离子的攻击而减弱）更容易被自由基捕获并转化为新的化合物。因此向下刻蚀成为主流。被捕获的粒子变成带有自由基的气体，在真空的作用下从表面解吸并释放出来。

此时，将通过物理作用得到的阳离子和化学作用得到的自由基结合进行物理化学刻蚀，与单独进行阳离子刻蚀或自由基刻蚀的情况相比，刻蚀速率（Etch Rate，一定时间内刻蚀程度）增加了10倍。这种方法不但能够增加各向异性向下刻蚀的刻蚀速率，同时也能够解决刻蚀后聚合物残留的问题。这种方法被称为反应离子刻蚀（RIE）法。RIE刻蚀法成功的关键是找到适合于刻蚀膜的等离子源气体。注意：等离子体刻蚀即RIE刻蚀，两者可视为同一概念。

4.刻蚀速率（Etch Rate）和核心性能指数

图4. 与刻蚀速率相关的核心刻蚀性能指数

刻蚀速率是指刻蚀薄膜一分钟希望达到的刻蚀深度。那么，单个晶圆上各个部分的刻蚀速率互不相同又意味着什么呢？

这意味着晶圆上各个部分的刻蚀深度各不相同。出于这个原因，通过考虑平均刻蚀速率和刻蚀深度来设定应该停止刻蚀的终点（EOP）非常重要。即使设置了EOP，仍有一些区域的刻蚀深度比原计划深（过度刻蚀）或浅（刻蚀不足）。然而，在刻蚀过程中，刻蚀不足比过度刻蚀造成的损害更大。因为在刻蚀不足的情况下，刻蚀不足的部分会妨碍后续工艺，如离子注入。

同时，选择性（Selectivity，通过刻蚀速率衡量）是刻蚀工艺的关键性能指标。对其的衡量标准是根据掩模层（光刻胶膜、氧化膜、氮化硅膜等）与目标层的刻蚀速率对比而制定的。这意味着选择性越高，目标层刻蚀得越快。小型化水平越高，对于选择性的要求越高，以确保可以完美呈现精细图案。由于刻蚀方向呈直线，阳离子刻蚀的选择性低，而自由基刻蚀的选择性高，从而提高了RIE的选择性。