Principe et déroulement du procédé de gravure sèche
Le principe de base de la technologie de gravure sèche RIE
La gravure ionique réactive (RIE), en tant que technologie de gravure sèche courante, grave sélectivement la surface des matériaux grâce aux substances actives du plasma afin d'éliminer précisément les matériaux.
La gravure RIE appartient à la famille des procédés de gravure sèche assistée par plasma. Lors de ce procédé, le gaz de gravure est ionisé et excité pour former un plasma par introduction du gaz dans la cavité de réaction et application d'un champ électrique radiofréquence. Les substances actives présentes dans ce plasma, notamment les ions et les radicaux libres, réagissent chimiquement avec la surface du matériau à graver ou l'abrasent par bombardement physique. La gravure RIE, combinant action physique et réaction chimique, présente ainsi d'excellentes caractéristiques de gravure anisotrope.
Génération de plasma et rôle du gaz gravé
Les systèmes de gravure RIE utilisent généralement une alimentation RF de 13,56 MHz pour générer le plasma. Sous l'action d'un champ électrique, le gaz à graver est excité et dissocié, formant ainsi des radicaux libres et des ions de haute énergie. Par exemple, dans les gaz CF₄, l'ionisation produit des substances telles que le radical F et le CF₂. Le radical F réagit chimiquement avec le silicium pour former le SiF₄ volatil, permettant ainsi l'élimination du silicium. Simultanément, le CF₂ peut former un dépôt polymère sur la surface de la plaquette, limitant la gravure excessive des parois latérales.
Synergie entre réaction chimique et bombardement physique
Le procédé de gravure RIE résulte de l'action synergique d'une réaction chimique et d'un bombardement physique. Les ions du plasma, accélérés par un champ électrique, percutent la surface du matériau, affaiblissant ses liaisons chimiques et rendant la réaction chimique plus efficace. Simultanément, les produits de cette réaction, plus volatils, sont rapidement éliminés de la surface, ce qui accélère encore la gravure. Ce double mécanisme physico-chimique garantit à la gravure RIE une vitesse et une direction de gravure élevées.
Le procédé RIE comprend généralement les étapes suivantes :
Tout d'abord, le matériau à graver doit être prétraité, par exemple en formant une couche d'oxyde sur un substrat de silicium ou en déposant une couche métallique avant la gravure. Ensuite, un masque de photorésine est formé dans la zone à graver par photolithographie.
La plaquette traitée est placée dans l'unité de gravure ionique réactive (RIE), mise sous vide, puis le gaz de gravure approprié est introduit. Ce gaz est excité par l'alimentation RF pour former un plasma, et la gravure commence. Durant ce processus, le bombardement ionique et la réaction chimique agissent de concert pour éliminer sélectivement la matière dans les zones non recouvertes par la résine photosensible.
Sur-gravure et contrôle sélectif du rapport
Une fois la gravure terminée, une sur-gravure appropriée est généralement effectuée afin de garantir l'élimination complète du matériau dans toutes les zones gravées. Ce procédé exige un taux de sélection élevé, défini comme le rapport des vitesses de gravure entre le film à graver et le substrat ou le masque. Un taux de sélection élevé permet de réduire les dommages causés au masque ou au substrat lors de la sur-gravure, assurant ainsi la précision et la régularité du procédé.
Post-traitement
Une fois la gravure terminée, la résine photosensible est généralement retirée et la surface gravée est nettoyée afin d'éliminer tout sous-produit de gravure pouvant subsister.
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