Травление кремния методом плазменно-реактивного ионного травления (RIE)

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.