1. RIE（反应离子刻蚀）的介绍
• 定义：RIE是一种在半导体加工等领域广泛使用的干法刻蚀技术。它通过射频（RF）电源激发刻蚀气体，使其形成等离子体。等离子体中的活性离子在电场作用下加速撞击被刻蚀材料表面，并且这些离子和材料表面原子发生化学反应，产生的挥发性产物脱离材料表面，从而实现材料的刻蚀。
• 原理举例：以刻蚀硅为例，常用的刻蚀气体如SF6（六氟化硫），在等离子体状态下，SF6分解产生氟离子（F⁻），氟离子在电场加速下轰击硅表面，发生反应Si + 4F⁻→SiF₄↑，生成的四氟化硅（SiF₄）是挥发性气体，会离开硅表面，达到刻蚀的目的。
2. PECVD（等离子体增强化学气相沉积）的介绍
• 定义：PECVD是一种用于在衬底材料表面沉积薄膜的化学气相沉积技术。它借助射频功率使反应气体电离形成等离子体，等离子体中的活性粒子降低了反应所需的活化能，使得原本需要高温才能进行的化学气相沉积反应可以在较低温度下进行。反应气体在等离子体环境中分解、反应，生成的物质沉积在衬底表面形成薄膜。
• 原理举例：比如在沉积二氧化硅（SiO₂）薄膜时，常用的反应气体是硅烷（SiH₄）和氧气（O₂）。在等离子体环境下，硅烷和氧气发生反应：SiH₄ + O₂→SiO₂+ 2H₂↑，生成的二氧化硅沉积在衬底表面形成薄膜。
3. 相似之处
• 等离子体的运用
• 两者都利用等离子体来驱动工艺过程。在RIE中，等离子体产生的活性离子和自由基是刻蚀的关键因素，离子轰击和化学反应共同作用实现刻蚀。在PECVD中，等离子体激活反应气体，使它们能够在较低温度下发生反应，从而沉积薄膜。
• 工艺环境条件
• 它们都需要在真空或者低压环境下工作。这样的环境有利于等离子体的产生和维持，因为在真空或低压下，气体分子的平均自由程增大，气体分子间的碰撞几率降低，使得等离子体更容易产生。同时，这种环境也能减少杂质的引入，并且便于精确控制反应气体的流量、压力等参数。
• 工艺参数的重要性
• 对于RIE和PECVD来说，射频功率、气体流量、反应时间和反应室压力等工艺参数都非常关键。在RIE中，射频功率大小影响离子的能量和密度，进而影响刻蚀速率和刻蚀轮廓；气体流量决定了参与反应的气体量，也会影响刻蚀效果。在PECVD中，这些参数同样重要，例如，射频功率会影响等离子体的强度，从而影响沉积薄膜的质量；气体流量和反应时间决定了薄膜的厚度和沉积速率。
4. 不同之处
• 工艺目的差异
• RIE是减法工艺：主要用于去除材料，是按照预先设计的图案从基底材料上去除不需要的部分。例如在集成电路制造中，通过RIE刻蚀晶体管的栅极、沟槽等结构，精确地去除多余的材料，以形成特定的微观结构。
• PECVD是加法工艺：主要是在基底材料表面添加材料，即沉积一层薄膜。这层薄膜可以是绝缘材料（如二氧化硅、氮化硅等）用于芯片中的介质层、钝化层，也可以是半导体材料或其他功能材料。例如在平板显示器制造中，PECVD用于沉积透明导电氧化物薄膜，以实现电极功能。
• 反应气体的区别
• RIE的反应气体：主要是和被刻蚀材料发生化学反应能生成挥发性产物的气体。不同的被刻蚀材料需要不同的刻蚀气体，如刻蚀硅用氟基气体（如SF6），刻蚀二氧化硅可能会用到含氟和碳的气体（如CF4）等。
• PECVD的反应气体：根据要沉积的薄膜材料来选择反应气体。例如沉积氮化硅（Si3N4）薄膜，常用硅烷（SiH4）和氨气（NH3）作为反应气体；沉积非晶硅薄膜可能会使用硅烷（SiH4）等。
• 设备结构重点不同
• RIE设备结构重点：在于对离子产生和轰击能量的控制。其主要部件包括等离子室（产生等离子体的场所）、射频电源和电极（产生等离子体并控制离子能量）、气体输送系统（引入刻蚀气体）、晶圆卡盘（固定晶圆并可能辅助冷却）、气体排气和清洗系统（处理刻蚀后的废气）、压力和温度控制系统等。
• PECVD设备结构重点：更侧重于为薄膜沉积提供良好的反应环境。主要包括反应室（沉积薄膜的场所）、气体入口系统（输送反应气体）、射频电源（激发等离子体）、衬底加热系统（有些薄膜沉积需要一定的温度）、真空系统（维持低压环境）和尾气处理系统等。其中衬底加热系统在PECVD设备中相对更重要，因为合适的温度有助于薄膜的均匀沉积。
其他区别
区别1：从化学的角度讲，RIE和PECVD没有本质的区别，它们都是化学反应。只不过，在RIE中，化学反应后的产物是挥发的，能被泵抽出工艺室；在PECVD中，化学反应后的产物是非挥发的，会留在样品表面。所以区别1就是反应物是挥发的和非挥发的。
区别2：PECVD样品台的温度设为250～350℃。而RIE样品台一般保持室温，这样就可以用光刻胶作刻蚀的掩蔽膜。所以区别2就是样品台温度不同。
区别3：PECVD的工艺压力范围是500mTorr～5Torr，这么高的压力，使得等离子体的浓度高，膜沉积过程中产生的颗粒致密。另外，高压力使得直流偏压小从而减少了对生长膜的表面轰击。而RIE的压力一般为5～50mTorr，RIE的压力之所以低，这是由于在干法刻蚀时，希望刻蚀气体有较大的平均自由程，使得气体在到达样品表面前，不被或者较少地互相碰撞，从而改变直线的运动方向，对刻蚀产生不利的影响。
区别4：RIE的射频电源连到样品台，工艺室中的电场方向是从淋浴头指向样品台，和刻蚀气体的运动方向一致，对样品的物理轰击强。PECVD的射频电源连接到淋浴头，工艺室中的电场方向是从样品台指向淋浴头，和沉积气体的运动方向相反，对样品的物理轰击弱。高压和连接到淋浴头的电源，进一步减少了膜在沉积过程中所受到的物理轰击，这对膜的质量是有好处的。
区别5：RIE设备显示直流偏压，PECVD设备不显示直流偏压。
区别6：RIE功率一般设置为50~200W，有较强的物理轰击；PECVD功率一般设置为20~100W，物理轰击较弱。
区别7：对RIE而言，其化学反应发生在样品表面，气体只需要进入到工艺室，所以RIE的淋浴头的孔洞少（见图14-8）。对PECVD而言，其化学反应发生在淋浴头和样品台之间的空间中，为了满足均匀膜生长的要求，PECVD淋浴头的孔洞多（见图15-16）。
