Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Метод, используемый для относительно точного удаления материала контролируемым и деликатным способом.
Method used to relatively precisely remove material in a controlled and fine fashion
Реактивное ионное травление (RIE) – это технология травления, применяемая в микропроизводстве. RIE является типом сухого травления, обладающим характеристиками, отличными от влажного травления. RIE использует химически реактивную плазму для удаления материала, нанесенного на подложки. Плазма генерируется при низком давлении (в вакууме) электромагнитным полем. Высокоэнергетические ионы из плазмы воздействуют на поверхность подложки и вступают с ней в реакцию.
Reactive ion etching (RIE) is an etching technology used in microfabrication. RIE is a type of dry etching which has different characteristics than wet etching. RIE uses chemically reactive plasma to remove material deposited on wafers. The plasma is generated under low pressure (vacuum) by an electromagnetic field. High energy ions from the plasma attack the wafer surface and react with it.
Оборудование
Типичная система RIE (с параллельными пластинами) состоит из цилиндрической вакуумной камеры с держателем пластин, расположенным в нижней части камеры. Держатель пластин электрически изолирован от остальной части камеры. Газ поступает через небольшие отверстия в верхней части камеры и удаляется в вакуумную систему через нижнюю часть. Типы и количество используемого газа варьируются в зависимости от процесса травления; например, гексафторид серы обычно используется для травления кремния. Давление газа обычно поддерживается в диапазоне от нескольких миллиторр до нескольких сотен миллиторр путем регулирования расхода газа и/или регулирования выпускного отверстия. Существуют и другие типы систем RIE, включая RIE с индуктивно связанной плазмой (ICP). В этом типе системы плазма генерируется с помощью радиочастотного (RF) магнитного поля. Можно достичь очень высокой плотности плазмы, однако профили травления, как правило, более изотропны. Возможно сочетание RIE с параллельными пластинами и RIE с индуктивно связанной плазмой. В такой системе ICP используется как источник ионов высокой плотности, который увеличивает скорость травления, в то время как к подложке (кремниевой пластине) подается отдельное RF-напряжение для создания направленных электрических полей вблизи подложки и получения более анизотропных профилей травления. Мощность RF, подаваемая на подложку, часто является настраиваемым параметром, называемым "мощностью пластины", и контролирует энергию ионов, бомбардирующих поверхность.
A typical (parallel plate) RIE system consists of a cylindrical vacuum chamber, with a wafer platter situated in the bottom portion of the chamber. The wafer platter is electrically isolated from the rest of the chamber. Gas enters through small inlets in the top of the chamber, and exits to the vacuum pump system through the bottom. The types and amount of gas used vary depending upon the etch process; for instance, sulfur hexafluoride is commonly used for etching silicon. Gas pressure is typically maintained in a range between a few millitorr and a few hundred millitorr by adjusting gas flow rates and/or adjusting an exhaust orifice. Other types of RIE systems exist, including inductively coupled plasma (ICP) RIE. In this type of system, the plasma is generated with a radio frequency (RF) powered magnetic field. Very high plasma densities can be achieved, though etch profiles tend to be more isotropic. A combination of parallel plate and inductively coupled plasma RIE is possible. In this system, the ICP is employed as a high density source of ions which increases the etch rate, whereas a separate RF bias is applied to the substrate (silicon wafer) to create directional electric fields near the substrate to achieve more anisotropic etch profiles. The RF power given to the substrate is often a tunable parameter called 'platen power', and controls the energy of ions bombarding the surface.
Способ работы
Плазма в системе инициируется путем приложения сильного радиочастотного электромагнитного поля к подложке. Частота поля обычно устанавливается на уровне 13,56 мегагерц при мощности в несколько сотен ватт. Колеблющееся электрическое поле ионизирует молекулы газа, отрывая от них электроны и создавая плазму. В каждом цикле поля электроны электрически ускоряются вверх и вниз в камере, иногда сталкиваясь как с верхней стенкой камеры, так и с подложкой. В то же время, гораздо более массивные ионы практически не перемещаются под воздействием радиочастотного электрического поля. Когда электроны поглощаются стенками камеры, они просто отводятся на землю и не изменяют электронное состояние системы. Однако электроны, осаждающиеся на подложке, приводят к накоплению заряда на ней из-за её DC-изоляции. Это накопление заряда формирует значительное отрицательное напряжение на подложке, обычно около нескольких сотен вольт. Сама плазма приобретает небольшой положительный заряд из-за более высокой концентрации положительных ионов по сравнению со свободными электронами. Из-за большой разности потенциалов положительные ионы стремятся к подложке, где сталкиваются с образцами, предназначенными для травления. Ионы химически взаимодействуют с материалами на поверхности образцов, но также могут выбивать (распылять) часть материала, передавая ему часть своей кинетической энергии. Благодаря преимущественно вертикальной доставке реактивных ионов, реактивное ионное травление позволяет получать высокоанизотропные профили травления, в отличие от типично изотропных профилей, получаемых при мокром химическом травлении. Условия травления в системе RIE сильно зависят от множества параметров процесса, таких как давление, потоки газа и радиочастотная мощность. Модифицированным вариантом RIE является глубокое реактивное ионное травление, используемое для создания глубоких структур.
Plasma is initiated in the system by applying a strong RF (radio frequency) electromagnetic field to the wafer platter. The field is typically set to a frequency of 13.56 Megahertz, applied at a few hundred watts. The oscillating electric field ionizes the gas molecules by stripping them of electrons, creating a plasma. In each cycle of the field, the electrons are electrically accelerated up and down in the chamber, sometimes striking both the upper wall of the chamber and the wafer platter. At the same time, the much more massive ions move relatively little in response to the RF electric field. When electrons are absorbed into the chamber walls they are simply fed out to ground and do not alter the electronic state of the system. However, electrons deposited on the wafer platter cause the platter to build up charge due to its DC isolation. This charge build up develops a large negative voltage on the platter, typically around a few hundred volts. The plasma itself develops a slightly positive charge due to the higher concentration of positive ions compared to free electrons. Because of the large voltage difference, the positive ions tend to drift toward the wafer platter, where they collide with the samples to be etched. The ions react chemically with the materials on the surface of the samples, but can also knock off (sputter) some material by transferring some of their kinetic energy. Due to the mostly vertical delivery of reactive ions, reactive ion etching can produce very anisotropic etch profiles, which contrast with the typically isotropic profiles of wet chemical etching. Etch conditions in an RIE system depend strongly on the many process parameters, such as pressure, gas flows, and RF power. A modified version of RIE is deep reactive ion etching, used to excavate deep features.