Grabado con iones reactivos

El grabado iónico reactivo ( RIE ) es una tecnología de grabado utilizada en la microfabricación . El RIE es un tipo de grabado en seco con características diferentes al grabado húmedo . El 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 una placa para obleas ubicada en la parte inferior. La placa está aislada eléctricamente del resto de la cámara. El gas entra por pequeñas entradas en la parte superior y sale hacia el sistema de bomba de vacío por la parte inferior. El tipo y la cantidad de gas utilizado varían según el proceso de grabado; por ejemplo, el hexafluoruro de azufre se usa comúnmente para el grabado de silicio . La presión del gas se mantiene normalmente en un rango de entre unos pocos militorr y unos cientos de militorr ajustando los caudales de gas o un orificio de escape.

Existen otros tipos de sistemas RIE, incluido el RIE por plasma acoplado inductivamente (ICP). En este tipo de sistema, el plasma se genera mediante un campo magnético alimentado por radiofrecuencia (RF) . Se pueden alcanzar densidades de plasma muy elevadas, aunque los perfiles de grabado tienden a ser más isotrópicos .

Es posible una combinación de grabado iónico reactivo (RIE) con placas paralelas y plasma acoplado inductivamente (ICP). 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 radiofrecuencia (RF) independiente al sustrato (oblea de silicio) para crear campos eléctricos direccionales cerca del sustrato y lograr perfiles de grabado más anisotrópicos. ^{[ 1 ]} La potencia de RF suministrada al sustrato suele ser un parámetro ajustable denominado «potencia de la placa» y controla la energía de los iones que bombardean la superficie. ^{[ 2 ]}

El plasma se inicia en el sistema aplicando un campo electromagnético de radiofrecuencia (RF ) intenso al plato de la oblea. El campo se suele ajustar a una frecuencia de 13,56 megahercios y se aplica con una potencia de unos pocos cientos de vatios . El campo eléctrico oscilante ioniza las moléculas de gas al despojarlas de electrones, creando así un plasma .

En cada ciclo del campo, los electrones se aceleran eléctricamente hacia arriba y hacia abajo dentro de la cámara, impactando a veces tanto la pared superior de la cámara como el plato de la oblea. Al mismo tiempo, los iones, mucho más masivos, se mueven relativamente poco en respuesta al campo eléctrico de radiofrecuencia. Cuando los electrones son absorbidos por las paredes de la cámara, simplemente se descargan a tierra y no alteran el estado electrónico del sistema. Sin embargo, los electrones depositados en el plato de la oblea provocan que este acumule carga debido a su aislamiento de corriente continua. Esta acumulación de carga genera una gran tensión negativa en el plato, típicamente de unos cientos de voltios. El plasma en sí 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 la oblea, donde colisionan 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 ) parte del material transfiriendo parte de su energía cinética . Debido a la distribución mayoritariamente vertical de los 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 numerosos parámetros del proceso, como la presión, los flujos de gas y la potencia de radiofrecuencia. Una versión modificada del RIE es el grabado iónico reactivo profundo , que se utiliza para excavar estructuras profundas.

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