Techniklexikon

Ätzverfahren

Verfahren des Materialabtrags durch chemisch aktive Teilchen, Reagenzien oder Teilchen hoher Energie. Der Materialabtrag erfolgt entweder vom ganzen Wafer oder mit Hilfe einer Ätzmaske. Die naßchemischen Ä. sind die ältesten in der Fertigung eingesetzten Verfahren. Sie zeichnen sich durch niedrige Kosten, hohe Produktivität und einfache Prozeßführung aus. Meist erfolgt das Ätzen durch Tauchen des gesamten Loses (Anzahl gleichzeitig zu bearbeitender Wafer) in eine Säure oder Lauge, den Ätzer. Für hohe Ansprüche an die Toleranzen und die Reproduzierbarkeit werden die Wafer einzeln im Sprühverfahren bearbeitet. Ein weiterer Vorteil naßchemischer Ä. ist die meist sehr hohe Selektivität (Unterschied der Ätzgeschwindigkeiten verschiedener Materialien). Wegen der nicht zu vermeidenden Unterätzung, der Verwendung von zum Teil sehr aggressiven und toxischen Chemikalien und der begrenzten Ätzbarkeit resistenter Materialien wie Siliciumnitrid setzt sich das Trockenätzen immer mehr durch. in der Mikrosystemtechnik alle Verfahren, mit denen Strukturen auf Oberflächen (z.B. Silicium-Wafer, Wafer) aufgeätzt werden. Man unerscheidet zwischen nasschemischen Ätzverfahren und physikalischen, trockenen Ätzverfahren. Bei den nasschemischen Verfahren werden die Oberflächen mit einer nichtreaktiven Maske bedeckt und in eine ätzende Lösung getaucht. Besonders bei Strukturen, die kleiner sind als 2 mm, wendet man trockene Verfahren an, wobei sich die Oberflächen in einer verdünnten Gasatmosphäre befinden und mit Ionen beschossen werden. Trockene Verfahren lassen sich wiederum in mehrere Gruppen unterteilen, die zumeist chemische und physikalische Prozesse verbinden. Beim Plasmaätzen beruht die Ätzung auf der chemischen Reaktionen freier, in der Gasentladung erzeugter Radikale, beispielsweise Fluorradikale. Beim Barrelätzen befinden sich die Oberflächen in einem röhrenformigen Behälter und sind durch einen gelochten Zylinder (den sogenannten Ätztunnel) von der Plasmaentladung abgeschirmt (Abb.). Neutrale Radikale können jedoch eintreten und bewirken eine chemische Ätzung auf der Oberfläche. Beim reaktiven Ionenätzen werden mehrere Ionensorten erzeugt, die durch ein elektrisches Feld auf die Oberfläche gelenkt werden und dort gleichzeitig die Ätzung vornehmen. Beim Sputterätzen werden Ionen in der Gasentladung erzeugt und direkt auf die Oberfläche beschleunigt. Hier bewirkt das Einschlagen der Ionen die Zerstäubung der Oberfläche. Beim Ionenstrahlätzen sind schliesslich die Oberflächen und die Gasentladung räumlich getrennt. Die Ionen diffundieren zu einem Hochspannungsfeld, in dem sie auf die Oberflächen beschleunigt werden. Bei Verlassen des Feldes werden die Ionen gleichzeitig neutralisiert, um eine Aufweitung des Strahls zu vermeiden. In der genannten Reihenfolge bilden die Ätztechniken einen kontinuierlichen Übergang im Ätzverhalten von isotrop zu anisotrop.

Ätzverfahren: Schematische Darstellung des Aufbaus zum Barrelätzen.