Was ist Trockenätzen?
Das Trockenätzen ist einer von zwei Hauptätzprozessen, die in der Mikroelektronik und einigen Halbleiterverarbeitungsprozessen verwendet werden. Im Gegensatz zum Nassätzen taucht das Trockenätzen das zu ätzende Material nicht in flüssige Chemikalien ein. Stattdessen werden Gas- oder physikalische Prozesse zum Ätzen oder Erzeugen kleiner Schnittkanäle im Material verwendet. Trockenätzen ist teurer als Nassätzen, ermöglicht jedoch eine genauere Darstellung der Art der erzeugten Kanäle.
Hersteller entscheiden sich häufig für Trocken- oder Nassätztechniken, basierend auf der Präzision, die in den geätzten Kanälen erforderlich ist. Wenn die Kanäle besonders tief sein müssen oder eine bestimmte Form haben müssen, z. B. vertikale Seiten, ist Trockenätzen erwünscht. Die Kosten spielen jedoch auch eine Rolle, da das Trockenätzen erheblich mehr kostet als das Nassätzen.
Sowohl beim Nass- als auch beim Trockenätzen wird der Bereich auf dem Material, der vom Hersteller nicht geätzt werden soll - in der Mikroelektronik üblicherweise als Wafer bezeichnet - mit einer nicht reaktiven Substanz bedeckt oder maskiert. Nach dem Maskieren wird das Material entweder einer Art Plasmaätzen unterzogen, bei dem es einer gasförmigen Chemikalie wie Fluorwasserstoff ausgesetzt wird, oder es wird physikalischen Prozessen wie Ionenstrahlfräsen unterzogen, bei denen das Ätzen ohne Verwendung von Gas erzeugt wird.
Es gibt drei Arten von Plasmaätzen. Das erste, das Reaktionsionenätzen (RIE), erzeugt Kanäle durch eine chemische Reaktion, die zwischen den Ionen im Plasma und der Oberfläche des Wafers stattfindet und kleine Mengen des Wafers entfernt. RIE ermöglicht eine Variation der Kanalstruktur von nahezu gerade bis vollständig abgerundet. Der zweite Prozess des Plasmaätzens, die Dampfphase, unterscheidet sich von RIE nur durch seinen einfachen Aufbau. Die Dampfphase erlaubt jedoch eine geringere Variation der Art der erzeugten Kanäle.
Die dritte Technik, das Sputterätzen, verwendet auch Ionen, um die Wafer zu ätzen. Die Ionen in RIE und Dampfphase sitzen auf der Oberfläche des Wafers und reagieren mit dem Material. Im Gegensatz dazu bombardiert das Sputter-Ätzen das Material mit Ionen, um die spezifizierten Kanäle herauszuschneiden.
Hersteller müssen immer schnell Nebenprodukte entfernen, die während des Ätzprozesses entstehen. Diese Nebenprodukte können verhindern, dass das vollständige Ätzen stattfindet, wenn sie auf der Oberfläche des Wafers kondensieren. Oft werden sie entfernt, indem sie in einen gasförmigen Zustand zurückgebracht werden, bevor der Ätzvorgang abgeschlossen ist.
Ein Merkmal des Trockenätzens ist die Fähigkeit, dass die chemische Reaktion nur in einer Richtung stattfindet. Dieses als Anisotropie bezeichnete Phänomen ermöglicht das Ätzen von Kanälen, ohne dass die Reaktion die maskierten Bereiche des Wafers berührt. Normalerweise bedeutet dies, dass die Reaktion in vertikaler Richtung stattfindet.