Reaktív marás tulajdonképpen egy plazma (RF vagy DC) előállító villamos egység és egy kémiai reaktor egyesített rendszerében megy végbe [4.2.]. A villamos rész igen hasonlít a RF illetve DC porlasztásnál alkalmazott elrendezéshez azzal a különbséggel, hogy most a marandó minták töltik be a porlasztás target szerepét. Ennélfogva a minta felülete a kisebb és az van feszültség alatt, míg a nagyobb felületű elektróda csupán 0 potenciálú elektróda szerepét tölti be. A reaktor is földelt, hogy porlódását elkerüljük. Itt is, mint a porlasztásnál a minta a plazmához képest 200-500 V negatív potenciálra kerül, az ionizált reaktív gyökök nagy energiával a felületen reakcióba lépnek a minta anyagával, azzal gázhalmazállapotú terméket képez, mely a reaktorból elszívható.
Marógáznak legtöbbször halidokat (kloridokat, fluoridokat) ritkán egyéb gázokat használnak. A lejátszódó folyamatok eléggé összetettek:
a.) telítetlen gyökök képződése
b.) ezek bomlása és szabad atomok vagy ionok keletkezése
c.) ezek reakciója a minta felületével.
A marás sebességét, szelektivitását, profilját, egyenletességét sok tényező befolyásolja, legfontosabbak az ionenergia (RF teljesítmény), gáznyomás, minta hőmérséklete.
Különböző anyagokból álló rétegrendszer esetében elsőrendű követelmény a lehető legnagyobb szelektivitás, mivel így lehet egyrészt elég vékony maszkoló réteget használni, másrészt elkerülhető az egyidejű marása két vagy több rétegnek. A további fejtegetések helyett a leggyakrabban használt anyagok konkrét marási kérdéseit tárgyaljuk.
Si elterjedt alkalmazása miatt igen sok vizsgálat történt a reaktív ionmarásával kapcsolatban. A marások egyik csoportja freonokat, CF4, CF4+O2, C2F+O2 használ [4.3.]. A reakció eredménye SiF2, SiF4 és CO illetve CO2. Az oxigén hozzáadás növeli a marás sebességét, másrészt gázfázisú szénvegyületeket képez. Az atomos fluor is képes marni a Si-ot, plazma nélkül is, azonban a marási sebesség igen kicsi. A plazma hatásmechanizmusáról megoszló a kutatók véleménye. Valószínű, hogy plazma nélkül stabil fluorinátok képződhetnek a felületen, amelyek gátolják a marást.
A freonos marás hátránya, hogy a SiO2-t is marja kisebb mértékben, így maszkrétegként kevésbé használható.
Másik marási lehetőség kloridok alkalmazása. Legelterjedtebb a CCl4+O2 illetve CCl4+N2 marógáz [4.4.]. A keletkezett termék SiCl4+CO illetve SiCl4+CO2. Marás folyamán és utána gyakran találhatók a felületen kisebb-nagyobb piramisok. Ennek oka, hogy szénrészecskék, polimerek jutnak a felületre és parányi maszkoló felületeket alkotnak. Használható még HCl, tiszta klór, BCl3+O2.
Kloridok előnye, hogy a SiO2-t nem marják, így maszkoló rétegként használható.
A fent említett marási eljárások, mind a polikristályos, mind az egykristályos Si marására alkalmasak. Egykristályok esetében a kloridos marás sebessége nagyobb az adalékolt Si esetében, ugyanez kisebb mértékben fennáll a polikristályosra is.
Fluorinos marás kisebb szelektivitása miatt szükség van végpont detektálásra is.
SiO2 alkalmazásairól esett már szó. Marása kontaktusablakok nyitása esetén kerül előtérbe, mely kontaktusok IC elemek összeköttetéseit, kivezetéseket biztosítják, továbbá ellenállások, aktív elemek diffúzióval, implantációval történő előállításánál, ahol is diffúziót illetve implantációt maszkolja a réteg.
Az előbbiekből következik, hogy a marásnak szelektívnek kell lennie a Si-SiO2 rendszerben a Si javára. Kb. 30:1 szelektivitás érhető el, ha a CF4-be kb. 40% H2-t keverünk be [4.3.] vagy CF4 helyett CHF3 [4.2.] a marógáz. A termék Si fluoridja + CO, CO2. Mindegyik gázfázisú, tehát maradék nélkül eltávozik. Hidrogénes keverékben ezen felül HF is képződik, ami a marási sebességet növeli.
Szénvegyületek plazmakezelésénél gyakran keletkeznek polimerek, amik a marást fékezhetik. Megelőzhető, ha a H2 hányad 40%-ot nem haladja meg és egy kevés O2-t adunk a gázhoz.
RIE alkalmazásával gyakran károsodik a Si felület, ami a marás befejezése után vékony oxidréteg képződését okozza és egyéb szennyezések is visszamaradhatnak. Ennek legjobb ellenszere az, hogy nem marjuk el teljesen az oxidot, hanem 50-100 nm-t meghagyunk és ez nedves HF-es marással távolítjuk el. Többszintes fémezés új problémákat vet fel a szelektivitás kérdésében. Ez esetben pl. nem lehet adalékolt Si a "fém" vagy via, mivel az erősen adalékolt Si marási sebessége igen nagy. Ilyen esetben előnyös az Al, mivel a felületen képződött fluorid passzíváló hatású.
Al és ötvözeteinek marása az egyik legproblematikusabb RIE eljárás. Nehézség a következő:
Az előzetes marás folyamán el kell távolítani a felületen lévő oxidot. Ha azonban a reaktor alkatrészei nincsenek kellően víztelenítve, újra és újra képződik oxid a felületen, amely gátolja a nagyobb marási sebesség kialakulását. Súlyosbítja a helyzetet, hogy az Al marás végtermékei kloridok, bromidok, melyek higroszkóposak. Ezek az abszorbeált vízzel együtt a hideg reaktorfalon kicsapódnak, de a plazma begyújtása után a víz deszorbeálódik. Ezért a plazma begyújtása előtt lehetőleg olajmentesszivattyúval a lehető legjobb vákuumot kell előállítani, majd inert gázzal átöblíteni a reaktort, majd az inert gázban leporlasztani az oxidot.
Ugyancsak meg kell akadályozni a fotoreziszt degradálását, nehogy passzíváló polimerek keletkezzenek. Ezt is biztosítja az inert gáz vivőgázként való használata, és a szükséges legkisebb porlasztási teljesítmény.
A lehetséges maró gázok: BCl3+Cl2+C3H6, BCl3+PCl3, BCl3+CCl4+O2 [4.4.]. A CCl4 koncentrációja 30-50%. A reziszt esetleges bomlásából származó polimerek a marás befejezése után O2 plazmában elhamvaszthatók. A marás befejezése után a mart felületen visszamaradhatnak kloridok, amelyek nedvesség hatására HCl-lá alakulnak és korrodálják a felületet. Ezt megakadályozza marás utáni plazmás kezelés N2-ben vagy H2-ben.
4.2.4. Magas olvadáspontú fémek
Magas olvadáspontú fémek pl. W, Ta, Mo, valamint ezek szilicidjei a teljesítményelektronikában, IC technológiában játszanak szerepet termikus és kémiai stabilitásuk és aránylag jó elektromos tulajdonságuk miatt.
Ezek a fémek és szilicidjeik jól marhatók fluor tartalmú plazmában, pl CF4+O2, SF6, NF3. E fluoridok illékony vegyületeket képeznek a nevezett fémekkel. A porlasztás folyamán alámaródás tapasztalható, ami annak tudható be, hogy az oldalfalakat passzíváló polimer réteg keletkezésének kicsi a valószínűsége. Ez az alámaródás az ionenergia növelésével csökkenthető.
Kisméretű nyilások (kontaktusablak) jól marható vékony (500 nm) foszforszilikát-üveg maszkon keresztül pl. VLSI eszközök készítése során.
III-V vegyületek RIE történhet CCl2F2-O2-Ar, CCl2F2-He keverékben vagy BCl3-Cl2 illetve Cl2-O2 keverékben [4.5.]. A marás körülményei hasonlóak a Si-ékhoz, de az alámaródás nagyobb és különbözik a marási profil. A marás termékeinek maradéktalan eltávolítása szükségessé teszi a minta melegítését 200-250 oC hőmérsékletre. Ezért maszkanyagként SiO2, Si3N4 vagy poliimid réteg jöhet szóba. Közönséges reziszt nem használható.
A marási paraméterekre, a kialakuló marási profilra jelentős befolyással van a kristálytani orientáció, hasonlóan a nedves kémiai marásokhoz.
4.2.6. Szerves anyagok elhamvasztása
Szerves anyagok pl. fotoreziszt eltávolítható oxigénplazmában való hamvasztással. Akár RIE, akár normál plazmamarás megfelel kb. 5-10 mbar O2 nyomás mellett.