El grabado con iones reactivos ( RIE ) es una tecnología de grabado utilizada en la microfabricación . RIE es un tipo de grabado seco que tiene características diferentes al grabado húmedo . RIE utiliza plasma químicamente reactivo para eliminar el material depositado en las obleas . El plasma se genera a baja presión ( vacío ) mediante un campo electromagnético . Los iones de alta energía del plasma atacan la superficie de la oblea y reaccionan con ella.
Un sistema RIE típico (de placas paralelas) consta de una cámara de vacío cilíndrica, con un plato de oblea situado en la parte inferior de la cámara. El plato de oblea está aislado eléctricamente del resto de la cámara. El gas ingresa a través de pequeñas entradas en la parte superior de la cámara y sale al sistema de bomba de vacío por la parte inferior. Los tipos y la cantidad de gas utilizados varían según el proceso de grabado; por ejemplo, el hexafluoruro de azufre se utiliza habitualmente para grabar silicio . La presión del gas normalmente se mantiene en un rango entre unos pocos militorr y unos cientos de militorr ajustando los caudales de gas y/o ajustando un orificio de escape.
Existen otros tipos de sistemas RIE, incluido el RIE de plasma acoplado inductivamente (ICP). En este tipo de sistemas, el plasma se genera con un campo magnético alimentado por radiofrecuencia (RF) . Se pueden lograr densidades de plasma muy altas, aunque los perfiles de grabado tienden a ser más isotrópicos .
Es posible una combinación de placas paralelas y plasma RIE acoplado inductivamente. En este sistema, el ICP se emplea como una fuente de iones de alta densidad que aumenta la velocidad de grabado, mientras que se aplica una polarización de RF separada al sustrato (oblea de silicio) para crear campos eléctricos direccionales cerca del sustrato para lograr perfiles de grabado más anisotrópicos. [1] La potencia de RF proporcionada al sustrato es a menudo un parámetro ajustable llamado "potencia de la platina" y controla la energía de los iones que bombardean la superficie. [2]
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El plasma se inicia en el sistema aplicando un fuerte campo electromagnético de RF ( radiofrecuencia ) al plato de la oblea. El campo normalmente se establece en una frecuencia de 13,56 megahercios , aplicada a unos pocos cientos de vatios . El campo eléctrico oscilante ioniza las moléculas de gas despojándolas de electrones, creando un plasma .
En cada ciclo del campo, los electrones son acelerados eléctricamente hacia arriba y hacia abajo en la cámara, a veces golpeando tanto la pared superior de la cámara como el plato de oblea. Al mismo tiempo, los iones mucho más masivos se mueven relativamente poco en respuesta al campo eléctrico de RF. Cuando los electrones son absorbidos por las paredes de la cámara, simplemente se envían a tierra y no alteran el estado electrónico del sistema. Sin embargo, los electrones depositados en el plato de oblea hacen que el plato acumule carga debido a su aislamiento de CC. Esta acumulación de carga desarrolla un gran voltaje negativo en el plato, típicamente alrededor de unos pocos cientos de voltios. El propio plasma desarrolla una carga ligeramente positiva debido a la mayor concentración de iones positivos en comparación con los electrones libres.
Debido a la gran diferencia de voltaje, los iones positivos tienden a desplazarse hacia el plato de oblea, donde chocan con las muestras que se van a grabar. Los iones reaccionan químicamente con los materiales de la superficie de las muestras, pero también pueden desprender ( pulverizar ) algunos materiales transfiriendo parte de su energía cinética . Debido a la entrega mayoritariamente vertical de iones reactivos, el grabado con iones reactivos puede producir perfiles de grabado muy anisotrópicos , que contrastan con los perfiles típicamente isotrópicos del grabado químico húmedo .
Las condiciones de grabado en un sistema RIE dependen en gran medida de muchos parámetros del proceso, como la presión, los flujos de gas y la potencia de RF. Una versión modificada de RIE es el grabado profundo con iones reactivos , que se utiliza para excavar elementos profundos.