Reactive-ion etching

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 reactiveplasma 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.

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.^[1] The RF power given to the substrate is often a tunable parameter called 'platen power', and controls the energy of ions bombarding the surface.^[2]

يتم توليد البلازما في النظام بتطبيق مجال كهرومغناطيسي قوي بترددات الراديو على قرص الرقاقة. يُضبط المجال عادةً على تردد 13.56 ميجاهرتز ، ويُطبق بقدرة بضع مئات من الواط . يعمل المجال الكهربائي المتذبذب على تأيين جزيئات الغاز عن طريق نزع الإلكترونات منها، مما يُنتج البلازما .

في كل دورة من دورات المجال، تتسارع الإلكترونات كهربائيًا صعودًا وهبوطًا داخل الحجرة، وقد تصطدم أحيانًا بالجدار العلوي للحجرة وبصفيحة الرقاقة. في الوقت نفسه، تتحرك الأيونات، ذات الكتلة الأكبر بكثير، حركة طفيفة نسبيًا استجابةً للمجال الكهربائي بترددات الراديو. عندما تُمتص الإلكترونات في جدران الحجرة، تُطرد ببساطة إلى الأرض دون أن تُغير الحالة الإلكترونية للنظام. مع ذلك، تتسبب الإلكترونات المترسبة على صفيحة الرقاقة في تراكم الشحنة عليها نتيجةً لعزلها بتيار مستمر. يُولد هذا التراكم للشحنة جهدًا سالبًا كبيرًا على الصفيحة، يصل عادةً إلى بضع مئات من الفولتات. أما البلازما نفسها، فتكتسب شحنة موجبة طفيفة نتيجةً لارتفاع تركيز الأيونات الموجبة مقارنةً بالإلكترونات الحرة.

بسبب فرق الجهد الكبير، تميل الأيونات الموجبة إلى الانجراف نحو صفيحة الرقاقة، حيث تصطدم بالعينات المراد حفرها. تتفاعل الأيونات كيميائيًا مع المواد الموجودة على سطح العينات، ولكنها قد تقتلع ( تذرية ) بعض المواد بنقل جزء من طاقتها الحركية . ونظرًا لأن الأيونات التفاعلية تُنقل عموديًا في الغالب، فإن الحفر بالأيونات التفاعلية قد يُنتج ملامح حفر شديدة التباين ، وهو ما يتناقض مع ملامح الحفر المتجانسة عادةً في الحفر الكيميائي الرطب .

تعتمد ظروف الحفر في نظام الحفر التفاعلي الأيوني (RIE) بشكل كبير على العديد من معايير العملية، مثل الضغط وتدفقات الغاز وقوة الترددات الراديوية. ويُعدّ الحفر الأيوني التفاعلي العميق نسخةً مُعدّلة من الحفر التفاعلي الأيوني ، ويُستخدم لحفر التفاصيل العميقة.

• عملية الحفر العميق باستخدام تقنية بوش
• جهاز حفر بالبلازما

• غرفة التنظيف بجامعة بريغام يونغ – حفر RIE
• عملية بوش
• أنظمة الحفر الأيوني التفاعلي
• أساسيات وتطبيقات الحفر التفاعلي الأيوني بالبلازما