Reaktives Ionenätzen ( RIE ) ist eine Ätztechnologie , die in der Mikrofertigung eingesetzt wird . RIE ist eine Form des Trockenätzens und unterscheidet sich in seinen Eigenschaften vom Nassätzen . Beim RIE wird chemisch reaktives Plasma verwendet, um auf Wafern abgelagertes Material abzutragen . Das Plasma wird unter niedrigem Druck ( Vakuum ) durch ein elektromagnetisches Feld erzeugt . Hochenergetische Ionen aus dem Plasma greifen die Waferoberfläche an und reagieren mit ihr.
Ausrüstung
Ein typisches RIE-System (mit Parallelplatten) besteht aus einer zylindrischen Vakuumkammer, in deren unterem Teil sich ein Waferträger befindet. Der Waferträger ist elektrisch vom Rest der Kammer isoliert. Gas tritt durch kleine Einlässe an der Oberseite der Kammer ein und verlässt sie durch den Boden, um zum Vakuumpumpensystem zu gelangen. Art und Menge des verwendeten Gases variieren je nach Ätzprozess; beispielsweise wird Schwefelhexafluorid häufig zum Ätzen von Silizium verwendet . Der Gasdruck wird typischerweise durch Anpassen der Gasflussraten und/oder einer Auslassdüse in einem Bereich zwischen wenigen Millitorr und einigen hundert Millitorr gehalten.
Es existieren weitere RIE-Systeme, darunter das induktiv gekoppelte Plasma- RIE (ICP-RIE). Bei diesem Systemtyp wird das Plasma mithilfe eines durch Hochfrequenz (HF) gespeisten Magnetfelds erzeugt . Es lassen sich sehr hohe Plasmadichten erzielen, allerdings sind die Ätzprofile tendenziell isotroper .
Eine Kombination aus Parallelplatten- und induktiv gekoppeltem Plasma-RIE ist möglich. In diesem System dient das induktiv gekoppelte Plasma (ICP) als Quelle hoher Ionendichte, wodurch die Ätzrate erhöht wird. Gleichzeitig wird eine separate HF-Vorspannung an das Substrat (Siliziumwafer) angelegt, um gerichtete elektrische Felder in Substratnähe zu erzeugen und so anisotropere Ätzprofile zu erzielen. [ 1 ] Die dem Substrat zugeführte HF-Leistung ist oft ein einstellbarer Parameter, die sogenannte Plattenleistung, und steuert die Energie der auf die Oberfläche auftreffenden Ionen. [ 2 ]
Funktionsweise
Die Plasmaerzeugung im System erfolgt durch Anlegen eines starken elektromagnetischen Hochfrequenzfeldes (HF- Feld ) an die Waferplatte. Das Feld hat typischerweise eine Frequenz von 13,56 Megahertz und eine Leistung von einigen hundert Watt . Das oszillierende elektrische Feld ionisiert die Gasmoleküle, indem es ihnen Elektronen entreißt und so ein Plasma erzeugt .
In jedem Feldzyklus werden die Elektronen in der Kammer elektrisch beschleunigt und bewegen sich dabei auf und ab. Dabei treffen sie mitunter sowohl auf die obere Kammerwand als auch auf den Waferteller. Die wesentlich massereicheren Ionen hingegen reagieren relativ geringfügig auf das Hochfrequenzfeld. Werden Elektronen von den Kammerwänden absorbiert, werden sie einfach gegen Masse abgeleitet und verändern den elektronischen Zustand des Systems nicht. Auf dem Waferteller deponierte Elektronen führen jedoch aufgrund der Gleichstromisolation zu einer Ladungsbildung. Diese Ladungsbildung erzeugt eine hohe negative Spannung auf dem Teller, typischerweise einige hundert Volt. Das Plasma selbst weist aufgrund der höheren Konzentration positiver Ionen im Vergleich zu freien Elektronen eine leicht positive Ladung auf.
Aufgrund der großen Spannungsdifferenz driften die positiven Ionen zur Waferplatte, wo sie mit den zu ätzenden Proben kollidieren. Die Ionen reagieren chemisch mit den Materialien auf der Probenoberfläche, können aber durch Übertragung eines Teils ihrer kinetischen Energie auch Material abtragen ( Sputtern ) . Da die reaktiven Ionen überwiegend vertikal zugeführt werden, können beim reaktiven Ionenätzen stark anisotrope Ätzprofile entstehen, die sich von den typischerweise isotropen Profilen des nasschemischen Ätzens unterscheiden .
Die Ätzbedingungen in einem RIE-System hängen stark von zahlreichen Prozessparametern wie Druck, Gasfluss und HF-Leistung ab. Eine modifizierte Form des RIE ist das Tiefen-Reaktivionenätzen ( RIE ), das zur Erzeugung tiefer Strukturen eingesetzt wird.
Siehe auch
- Tiefen-RIE (Bosch-Verfahren)
- Plasmaätzer
Referenzen
- ^ Yoo, Jinsu; Yu, Gwonjong; Yi, Junsin (01.01.2011). „Herstellung großflächiger multikristalliner Siliziumsolarzellen mittels reaktivem Ionenätzen (RIE)“ . Solar Energy Materials and Solar Cells . 95 (1): 2–6 . doi : 10.1016/j.solmat.2010.03.029 . ISSN 0927-0248 .
- Rawal , DS; Agarwal, Vanita R.; Sharma, HS; Sehgal, BK; Muralidharan, R. (30.09.2008). „Ein reproduzierbares ICP-Verfahren mit hoher Ätzrate zum Ätzen von Via-Loch-Masseflächen in 200 µm dicken GaAs-MMICs“. Journal of Semiconductor Technology and Science . 8 (3). The Institute of Electronics Engineers of Korea: 244–250 . doi : 10.5573/jsts.2008.8.3.244 . ISSN 1598-1657 .
