Травление кремния методом плазменно-реактивного ионного травления (RIE)

Описание

RIE (Reactive Ion Etching) — комбинированный метод сухого травления, в котором удаление материала происходит за счёт химических реакций в плазме и физической бомбардировки ионами. Для кремния это ключевой процесс в микро‑ и наноэлектронике.

Физико‑химические основы процесса
В камере создаётся низкотемпературная плазма из фторуглеродных газов (чаще всего SF6, CF4, C4 F8). На подложку подаётся отрицательное смещение (сотни вольт), ускоряющее положительные ионы к поверхности.

Основные механизмы:
Химический: свободные атомы фтора (F) и радикалы (CFx) реагируют с кремнием, образуя летучие продукты (SiF4).
Физический: ионы (SF5+, CF3+ и др.) бомбардируют поверхность, выбивая атомы и активируя химические реакции.

Совместное действие механизмов даёт неаддитивный эффект: скорость травления выше суммы парциальных скоростей химического и физического процессов.

Типовые параметры процесса для кремния:
-Рабочее давление: 1–100 мТорр (оптимально 10–30 мТорр для анизотропии).
-Радиочастотная мощность: 100–500 Вт (определяет энергию ионов).
-Состав газа:
SF6 (высокая скорость, но возможное осаждение полимеров);
CF4 + O2 (лучшая селективность к фоторезисту);
C4F8 + O2 (контролируемое полимерное покрытие стенок).
-Температура подложки: 20–80 °C (влияет на скорость химических реакций).
-Скорость травления: 0,1–1 мкм/мин (зависит от режима).

Ключевые характеристики процесса:
-Анизотропия: 5–20 (отношение скорости травления по нормали к боковой скорости). Достигается за счёт направленного потока ионов и полимерного пассивирования боковых стенок.
-Селективность: 5–50 (по отношению к фоторезисту или SiO2). Регулируется составом газа и мощностью.
-Профиль травления: вертикальные стенки (угол 85–90°).
-Подтравливание под маску: минимально (близко к нулю при оптимальных условиях).

Этапы процесса:
Загрузка подложки и вакуумирование камеры до 10 −5  Торр.
Напуск газа и зажигание плазмы RF‑полем (13,56 МГц).
Стабилизация параметров (давление, мощность, поток газа).
Травление с контролем времени (определяет глубину).
Остановка процесса, вентиляция камеры, выгрузка образца.