Nass- vs. Trockenätzen: Die wichtigsten Unterschiede in der Halbleiterfertigung
Ätzen trägt Material vom Wafer ab, um Strukturen zu bilden. Beim Nassätzen wird das Material in einer flüssigen Chemikalie aufgelöst; es ist einfach, schnell und hochselektiv, ätzt aber meist auch seitwärts und nicht nur nach unten (isotrop). Das Trockenätzen nutzt ein Plasma reaktiver Gase in einer Vakuumkammer, und Ionen können es stark gerichtet (anisotrop) machen, was für schmale, senkrechte Strukturen in modernen Chips unverzichtbar ist.
| Aspekt | Nassätzen | Trockenätzen |
|---|---|---|
| Medium | Flüssige Chemikalien, etwa HF für Oxid, heiße Phosphorsäure für Nitrid und KOH für Silizium | Plasma reaktiver Gase in einer Vakuumkammer, wie bei RIE |
| Richtungsabhängigkeit | Meist isotrop: Es ätzt auch seitwärts und unterätzt die Maske (KOH auf Silizium ist eine Ausnahme, die den Kristallebenen folgt) | Kann stark anisotrop sein und liefert durch Ionenbeschuss und Seitenwandschutz nahezu senkrechte Flanken |
| Selektivität | Meist sehr hoch, da die Chemie spezifisch ist | Niedriger, einstellbar über Gaschemie und Plasmabedingungen |
| Kleinste Strukturen | Durch das Unterätzen begrenzt; für größere Strukturen und das Entfernen von Schichten | Für Muster im Nanometerbereich erforderlich |
| Durchsatz | Hoch: Viele Wafer können gemeinsam in einem Bad bearbeitet werden | Niedriger: meist ein Wafer nach dem anderen |
| Prozesskontrolle | Abhängig von Badtemperatur, Konzentration und Zeit | Präzise, mit Endpunkterkennung über die Plasmaemission |
| Schädigung | Keine Plasmaschäden | Mögliche Plasmaschäden und Aufladung (Antenneneffekt) |
| Ausrüstung und Abfall | Einfache Ausrüstung, aber flüssiger Chemikalienabfall | Komplexe Vakuumanlagen und Abgasbehandlung, daher höhere Kosten |
| Typische Einsatzgebiete | Waferreinigung, Entfernen von Schichten (Oxid, Nitrid), Bulk-Siliziumätzen für MEMS | Strukturierung von Gates, Kontakten, Gräben und Vias in fortgeschrittenen ICs |
Die Zahlenangaben sind typische Größenordnungen und variieren je nach Prozessgeneration und Produkt.