ICP-RIE

ICP-RIE-etsausprosessin toiminta ja ominaisuudet

ICP-RIE-prosessissa prosessikammiossa oleva käsiteltävä kappale painetaan sen paksuudesta riippuvalla voimalla alapinnastaan kiinni elektrodiin, jota jäähdytetään nesteheliumilla tai -typellä käytettävästä laitteistosta ja prosessista riippuen. Prosessikammion paine on pidettävä alle kymmenessä millitorrissa, jotta ionit osuisivat kohteen pintaan suorassa kulmassa. Mikäli paine nousee yli sallitun rajan, ionien törmäykset kammiossa olevien kaasumolekyylien kanssa saavat aikaan ionien suunnanmuutoksia ja ionien kulmajakauma kohteen pinnan suhteen levenee. Prosessikaasujen virtaus ei saa nousta liian suureksi tai prosessikammion paine nousee yli edellä mainitun 10 millitorrin rajan. 
ICP-RIE-prosessissa käytetään kahta erikseen säädettävissä olevaa tehonlähdettä. ICP:llä (induktiivisesti kytketty plasmalähde) saadaan aikaan plasman korkea radikaali- ja ionitiheys, koska sen kehittämä voimakas RF-kenttä ionisoi, virittää ja hajottaa reaktiokaasujen molekyylejä ja atomeja. CCP:llä (kapasitiivisesti kytketty plasmalähde) puolestaan ohjataan plasmassa olevat ionit ja radikaalit kohteen pintaan, joten sen tehoa säätämällä hallitaan pintaan kohdistuvan ionipommituksen voimakkuutta. Kuvassa oleva kaavio havainnollistaa ICP-RIE-reaktorin rakennetta. Korkeilla ICP:n tehoilla etsausnopeus alkaa kasvaa lineaarisesti SF₆-virtauksen funktiona.
ICP-RIE-etsausprosessin toiminta perustuu plasmassa olevien radikaalien ja ionien reaktioihin kohdemateriaalin atomien kanssa. Kaasuuntuvat reaktiotuotteet kuljettavat reagoineet kohdemateriaalin atomit pois etsattavan kohteen pinnalta. Etsausreaktio voi tapahtua vain, jos reaktion lopputuotteen atomien välinen sidos on vahvempi kuin kohdemateriaalin atomien väliset sidokset. Matalissa lämpötiloissa kohteen pintaan osuvilla ioneilla ja radikaaleilla ei ole riittävästi lämpöenergiaa reaktion aktivointienergian ylittämiseksi, jolloin etsausprosessin vaatima reaktio voi tapahtua vain törmäyksessä saatavan energian avulla. Tällöin sivuseinillä ei voi tapahtua etsausreaktioita, vaikka niihin saattaakin muodostua passivointikalvo ja saatava profiili on suorakaiteen muotoinen. Kuvassa 1 havainnollistetaan edellä kuvattua kryogeenisen DRIE-prosessin (deep reactive ion etching, reaktiivinen ionisyväetsaus) ideaa. Ionipommituksella voidaan myös aiheuttaa reaktioita, jotka eivät normaalisti sovellu etsaukseen. 
Kidesuunnista riippuva etsaus vaatii sen, että kokonaisreaktionopeus määräytyy pitkälti pintareaktioiden nopeudesta. Kuljetusprosessit voivat kätkeä edellä kuvatun ilmiön. Mahdollisen maskin alle-etsaantumisen voi minimoida käyttämällä sopivia prosessiparametrejä. Käytännössä tämä tarkoittaa etsausnopeuden alentamista. Selektiivisyyteen maskimateriaalin suhteen vaikuttavat lähinnä käytetyt prosessikaasut ja niiden osuudet kokonaisvirtauksesta sekä CCP:n teho.
Etsausprofiilin hallinta on tasapainoilua etsauksen ja passivoivan SiOₓFy-kerroksen kasvatuksen välillä. Etsausprofiili käyttäytyy samalla tavalla sekä SF₆- ja O₂-virtausten että ICP- ja CCP-parametrien suhteen funktiona. ICP-RIEn kyky tehdä suoria seinämiä ei-kryogeenisissa lämpötiloissa johtuu pitkälti kohteen pintaan syntyvästä passivointikerroksesta, joka suojaa muita kuin ionipommituksen kohteena olevia alueita kemiallisilta reaktioilta. Passivointikerros syntyy kun SF₆- ja O₂-radikaalit reagoivat kohdemateriaalin atomien kanssa. Plasmaetsaukselle ei ole olemassa käyttökelpoisia simulaattoreita lopputuloksen ennustamiseen lähtien tunnetuista prosessiparametreistä, koska kaikkia prosessimekanismeja ei tunneta riittävästi . 
Yhtälössä   esitetään empiirinen lauseke piin etsausnopeudelle ICP-RIEssä SF₆-virtauksen  ja ICP:n tehon  funktiona. Etsausnopeuden käänteisluvun havaitaan olevan osoittajassa olevien tulontekijöiden käänteislukujen summa. Etsausnopeuden voi pitää vakiona muuttamalla molempia prosessiparametrejä sopivassa suhteessa. Suhteellisen pienillä SF₆-virtauksilla erityisesti isoilla ICP:n tehoilla etsausnopeuden havaitaan kasvavan lineaarisesti SF₆-virtauksen funktiona. Tämän suoran kulmakerroin on . Suurilla SF₆-virtauksilla etsausnopeus kasvaa lineaarisesti ICP:n tehon funktiona. Tämän suoran kulmakerroin on . Vakiot  ja  ovat laitekohtaisia parametrejä, jotka on määritettävä kokeellisesti.