Nederlands
Menu

Nat- versus droogetsen: richtingsgevoeligheid, selectiviteit en toepassingen vergeleken

Etsen is het proces waarbij materiaal van de wafer wordt verwijderd om een patroon te vormen. Bij natetsen wordt het materiaal opgelost in een chemische vloeistof. Het is eenvoudig, snel en zeer selectief, maar het etst ook zijwaarts en niet alleen in de diepte (isotroop), waardoor het ongeschikt is voor fijne structuren. Droogetsen gebruikt het plasma van reactieve gassen in een vacuümkamer. Door de werking van ionen kan het sterk richtingsgevoelig (anisotroop) zijn, wat onmisbaar is om de smalle, verticale structuren van moderne chips te etsen.

KenmerkNatetsenDroogetsen
MediumChemische vloeistof. HF voor oxide, hete fosforzuur voor nitride, KOH voor silicium enzovoortPlasma van reactieve gassen in een vacuümkamer (RIE enzovoort)
RichtingsgevoeligheidMeestal isotroop. Etst ook zijwaarts en onder het masker (KOH-etsen van silicium volgt de kristalvlakken, een uitzondering)Kan sterk anisotroop zijn. Ionenbombardement en bescherming van de zijwanden geven vrijwel verticale zijwanden
SelectiviteitMeestal zeer hoog, omdat de chemische reactie beperkt is tot specifieke materialenLager dan bij nat. Instelbaar via gassoort en plasmacondities
Minimale afmetingBeperkt door onderetsing. Gebruikt voor grote patronen en het verwijderen van lagenOnmisbaar voor patronen op nanometerschaal
DoorvoerHoog. In baden kunnen veel wafers tegelijk worden verwerktLager. Meestal wordt één wafer per keer verwerkt
ProcesbeheersingHangt af van badtemperatuur, concentratie en tijdNauwkeurig. Het eindpunt is te detecteren aan de plasma-emissie
SchadeGeen plasmaschadeMogelijk plasmaschade en opladingseffecten (antenne-effect)
Apparatuur en afvalEenvoudige apparatuur, maar er komt vloeibaar afval vrijComplexe vacuümapparatuur en verwerking van afgassen zijn nodig, met hogere kosten
Belangrijkste toepassingenWafercleaning, verwijderen van lagen (oxide, nitride), bulk-siliciumetsen voor MEMSPatroonvorming van gates, contacten, trenches en vias in geavanceerde IC's

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

Natetsen
Wanneer selectiviteit belangrijker is dan de vorm, of bij het verwijderen of reinigen van een hele laag. Oxide verwijderen, nitride verwijderen, bulketsen voor MEMS.
Droogetsen
Wanneer de patronen fijn zijn en verticale wanden nodig zijn. Transistorgates, contacten, trenches, vias.
Combinatie
Bij de chipproductie worden beide gebruikt. Droogetsen maakt de fijne patronen en natte stappen worden gebruikt voor de reiniging en het verwijderen van lagen daarna.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen isotroop en anisotroop etsen?

Isotroop etsen verwijdert materiaal in alle richtingen even snel, waardoor het onder het masker doorgaat. Anisotroop etsen verwijdert voornamelijk in één richting (omlaag) en laat verticale zijwanden achter. Natetsen is meestal isotroop en droogetsen kan anisotroop zijn.

Waarom wordt droogetsen voor fijne patronen gebruikt?

De ionen in het plasma geven droogetsen een sterke richtingsgevoeligheid, zodat smalle, verticale structuren kunnen worden geëtst. Natetsen gaat onder het masker door en kan geen patronen op nanometerschaal maken.

Waarom wordt natetsen nog gebruikt?

Het is eenvoudig en snel, er kunnen veel wafers tegelijk worden verwerkt en de selectiviteit is zeer hoog. Het wordt gebruikt voor reiniging, het verwijderen van lagen en bulk-siliciumetsen voor MEMS.

Wat is etsselectiviteit?

De verhouding waarmee het doelmateriaal sneller wordt geëtst dan het materiaal dat moet blijven staan. Natetsen heeft meestal een zeer hoge selectiviteit, bij droogetsen is die instelbaar via gassoort en plasmacondities.

Test uw begrip

Welke uitspraak over anisotroop etsen is juist?

  1. AHet etsen verloopt vooral in verticale richting en nauwelijks in zijwaartse richting
  2. BHet etsen verloopt in alle richtingen met dezelfde snelheid
  3. CAlleen het maskermateriaal wordt selectief weggeëtst
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Het etsen verloopt vooral in verticale richting en nauwelijks in zijwaartse richting

Bij anisotroop etsen verloopt het etsen in verticale richting bij voorkeur, door de inslag van ionen die door een elektrisch veld loodrecht worden versneld en door een beschermende film op de zijwanden, en vindt nauwelijks zijwaarts etsen onder het masker plaats. Het maskerpatroon kan daardoor nauwkeurig worden overgebracht zonder dat de afmetingen veranderen, en fijne, verticale structuren met bijvoorbeeld een breedte van enkele tientallen nm en een diepte van enkele µm kunnen worden gemaakt. Etsen met dezelfde snelheid in alle richtingen is isotroop etsen.

Welke uitspraak over een algemeen kenmerk van nat etsen is juist?

  1. AOmdat plasma wordt gebruikt, is de anisotropie hoog
  2. BHet verloopt over het algemeen isotroop en tast gemakkelijk ook onder het masker aan
  3. CEen vacuümapparaat is vereist
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. Het verloopt over het algemeen isotroop en tast gemakkelijk ook onder het masker aan

Nat etsen lost de film op via een chemische reactie met een chemische oplossing en verloopt daarom over het algemeen in alle richtingen gelijk (isotroop), waarbij ook onder het masker ongeveer evenveel als de laagdikte wordt aangetast (zijwaarts etsen, zogenoemde side-etch). Voordelen zijn de eenvoudige apparatuur, de mogelijkheid veel wafers tegelijk te verwerken en een gemakkelijk hoge selectiviteit door de chemische reactie. Voor fijne patronen wordt droog etsen gebruikt, maar voor het geheel verwijderen van films en voor reiniging blijft nat etsen belangrijk.

Welke uitspraak over reactief ionenetsen (RIE) is juist?

  1. AEr wordt geëtst in een plasma van reactieve gassen met een combinatie van chemische reactie en ionenbombardement
  2. BDe wafer wordt in een chemische oplossing gedompeld om te etsen
  3. CHet waferoppervlak wordt met een polijstkussen weggeslepen
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Er wordt geëtst in een plasma van reactieve gassen met een combinatie van chemische reactie en ionenbombardement

RIE is een vorm van droog etsen die een chemische reactie met radicalen uit een plasma van reactieve gassen (fluorhoudend, chloorhoudend e.d.) combineert met bombardement door ionen die door een elektrisch veld worden versneld. Omdat de ionen loodrecht op de wafer invallen en de reactie op de bodem bevorderen, verloopt het etsen gemakkelijk in verticale richting en is een sterk anisotrope bewerking mogelijk. Anders dan de naam doet vermoeden wordt niet alleen met ionen geëtst; het synergetische effect met radicalen is essentieel.

  1. Welk mechanisme waarmee bij droog etsen anisotropie wordt verkregen is juist?
  2. Hoe heet het verschijnsel dat bij plasma-etsen een geleider zoals een lange bedrading als antenne fungeert, lading verzamelt en daarmee het aangesloten gateoxide beschadigt?
  3. Welke uitspraak over de kenmerken van nat etsen van silicium met een waterige oplossing van kaliumhydroxide (KOH) is juist?

Oefenvragen over Etsen

Belangrijke termen uitgelegd

Natte etsing
Methode waarbij een laag wordt opgelost door onderdompeling in een chemische vloeistof. Hoge selectiviteit en weinig schade, maar doorgaans isotroop en daarom ongeschikt voor fijne structuren.
Droog etsen
Methode waarbij een film met plasma of gas wordt weggeëtst zonder vloeibare chemicaliën. In combinatie met ionenbombardement is anisotrope bewerking mogelijk, wat onmisbaar is voor het vormen van fijne patronen.
Anisotroop etsen
Eigenschap dat het etsen alleen in een bepaalde richting (meestal verticaal) verloopt. Noodzakelijk voor het bewerken van fijne patronen.
Isotroop etsen
Etsen dat verticaal en horizontaal even snel verloopt. Het etst onder het masker door (underetch).
RIE (reactief ionenetsen)
Droog etsen waarbij reactieve deeltjes uit het plasma worden gecombineerd met door een elektrisch veld versnelde ionen. Maakt verticaal anisotroop etsen mogelijk.

Verwante vergelijkingen