物理蚀刻法

电干法刻蚀工艺可分为物理性刻蚀与化学性刻蚀两种方式。物理性刻蚀是利用辉光放电将气体（如氩）电离成带正电的离子，再利用偏压将离子加速，溅击在被刻蚀物的表面而将要刻蚀物的原子击出，该过程完全是物理上的能量转移，故称为物理性刻蚀。其特色在于，具有非常好的方向性，可获得接近垂直的刻蚀轮廓。但是由于离子是全面均匀地溅射在芯片上，所以光刻胶和被刻蚀材料同时被刻蚀，造成刻蚀选择性偏低。同时，被击出的物质并非挥发性物质，这些物质容易二次沉积在被刻蚀薄膜的表面及侧壁上。因此，在超大规模集成化制作工艺中，很少使用完全物理方式的干法刻蚀方法。

离子束蚀刻

离子束蚀刻（或用惰性气体铣削）是通过在高真空室中将带电粒子束（离子）引导到具有适当图案化掩模的基板上来实现的。它使高度定向的离子束（其空间电荷被来自中和器的电子中和）在纳米图案化期间控制蚀刻的侧壁轮廓以及径向均匀性优化和特征成形，特别是使用具有轴上旋转的光束的倾斜角为轴对称。 另一方面，倾斜特征可以通过倾斜样品（不旋转）改变离子束冲击方向的独特能力来创建。在这两种情况下，蚀刻过程都可以通过化学（RIBE 和 CAIBE）使用反应气体来辅助，以提高蚀刻速率和对掩模的选择性。

化学蚀刻法

化学蚀刻法或称为等离子体刻蚀，是利用等离子体将刻蚀气体电离并形成带电离子、分子及反应性很强的原子团，它们扩散到被刻蚀薄膜表面后与被刻蚀薄膜的表面原子反应生成具有挥发性的反应产物，并被真空设备抽离反应腔。因这种反应完全利用化学反应，故称为化学性刻蚀。这种刻蚀方式与湿法刻蚀类似，只是反应物的状态从液态改为气态，并以等离子体来加快反应速率。因此，化学性干法刻蚀具有与湿法刻蚀类似的优点与缺点，即具有较高的掩膜底层的选择比及等向性。鉴于化学性刻蚀等向性的缺点，在半导体工艺中，只在刻蚀不需要图形转移的步骠（如光刻胶的去除）中应用纯化学刻蚀方法。

反应离子蚀刻法

反应离子蚀刻( RIE)最为广泛使用的方法。这种方式兼具非等向性与高刻蚀选择比的双重优点。蚀刻主要靠化学反应来实现，同时加入离子轰击的作用。这样既可以破坏被蚀刻材质表面的化学键以提高反应速率。也可以将二次沉积在被蚀刻薄膜表面的产物或聚合物打掉，以使被刻蚀表面能充分与刻蚀气体接触。当反应离子蚀刻法应用干法蚀刻时，主要应注意刻蚀速率、均匀度、选择比及刻蚀轮廓等因素。

反应离子蚀刻工艺

反应离子蚀刻 (RIE) 是结合使用化学和物理反应从基板上去除材料；这是能够进行定向蚀刻的最简单的工艺。通过在等离子体化学蚀刻期间对衬底施加高能离子轰击，可以在 RIE 中实现高度向异性的蚀刻工艺。因此，RIE 工艺提供了高度向异性蚀刻的优点。由于离子在朝着基板表面加速轰击，同时撞击在基板上的活性物质而导致的高蚀刻速率。基材表面。如下图所示，在 RIE 工艺中，离子携带足够的能量来破坏衬底中原子的化学键，它们在降低化学蚀刻反应的活化能时撞击从而增加反应速率。也入射到基材表面的反应性中性物质。在某些蚀刻化学物质中，可能会在表面上形成反应副产物并充当化学蚀刻过程的抑制剂。高能离子还用于通过物理溅射从表面去除这些反应副产物，从而暴露下面要被化学反应性物质去除的材料。因此，RIE 有时也称为离子增强蚀刻或反应离子蚀刻。

RF 功率用于激发等离子体，并且正在处理的基板位于通电电极上。通电电极增强了基板上的负偏压，促进了离子加速和表面轰击。离子在RIE 工艺中所经历的加速电压明显低于物理蚀刻工艺所使用的加速电压，从而大幅度降低损坏基板可能性。与通常用于物理气相沉积 (PVD) 方法的能量远超过 300 eV 相比，RIE 中的离子能量通常在 1 到 30 eV 之间。这种 RIE 系统的主要挑战之一是相同的电源会产生等离子体并将离子设向正在处理的基板。因此这种配置仅限于通常在 10-100 mTorr 压力下运行的电容耦合等离子体。对于更高的蚀刻速率以及额外的工艺灵活性，使用电感耦合等离子体源，其中等离子体的产生通过单独的射频电源控制，而衬底通过第二射频电源偏置。这种系统如图 4 所示，其中电感耦合高密度等离子体通过第一射频电源 (RF1) 进行控制，而衬底偏压通过独立电源 (RF2) 进行控制。这种配置可以实现额外的功能，例如调制脉冲偏置以及在 <10mT 的较低压力下操作，以提高整个半导体衬底的蚀刻均匀性。脉冲功能在解决纵横比相关蚀刻 (ARDE) 问题中特别有用，其中在相同工艺条件下，较小的特征结构（较高的纵横比）以低于相同工艺条件下较宽特征的蚀刻速率，这是由于从高纵横比/窄特征中去除/扩散反应产物的速度较慢。

由于离子垂直于表面入射，因此在垂直方向上的蚀刻速率显著提高，因为离子主要与被蚀刻的沟槽底部表面相互作用，从而激活表面并优先从底部表面去除任何抑制反应的副产物，而侧壁上的沉积物和副产物起到防止来自侧壁的化学蚀刻导致接近垂直蚀刻轮廓的作用。这种高度的各向异性对于半导体制造中紧密间隔特征的定义至关重要，并且对于根据摩尔定律将器件特征缩放到不断缩小的尺寸至关重要。RIE中各向异性的程度直接关系到入射离子的能量和角分布的平衡以及反应副产物的钝化特性。入射离子能量和角度分布与将离子射向基板的电场以及这些离子通过加速场撞击基板时可能遇到的碰撞次数直接相关。较低的压力和较高的衬底偏压是控制离子能量和角度分布的关键因素，而聚合物的形成很大程度上是用作蚀刻剂气体之一的聚合物形成前体分压的函数。