Reaktives Ionenätzen
(„Reactive Ion Etching“ RIE)
Stephan Schneider 31.01.2014
Einleitung
• RIE ist ein spezielles „Trockenes Ätzverfahren“ (Gasphase) von Halbleiterschichten
• Wichtigstes Ätzverfahren in der Halbleitertechnik
• Kombination aus zwei Ätztechniken:
– Ionenstrahlätzen
– Plasmaätzen
Wichtige Größen
• Ätzrate: Abtrag pro Zeit [nm/min]
• Anisotropiefaktor: Verhältnis zwischen horizontaler und vertikaler Ätzrate
• Selektivität: Verhältnis der Ätzraten zwischen zwei Materialien
Ionenstrahlätzen
• Beschuss des Materials mit einem hochenergetischen Ionenstrahl (Argon)
• Sputterprozess am Wafer wodurch Material herausgeschlagen wird
• Partikelablagerung wird durch Zuführen eines weiteren reaktiven Gases verhindert
• Problem: Geringe Selektivität und Ätzrate, Scheibenoberfläche wird beschädigt
• Ätzung ist anisotrop
Ionenstrahlätz-Reaktor
Plasmaätzen
• Rein chemisches Ätzverfahren
• Plasma durch hochfrequente Spannung und Stoßionisation
• Erzeugung von freien Radiakalen in der Plasmazone und chemische Reaktion mit Oberfläche
• Problem: Nur isotropes Ätzen möglich
• höhere Ätzrate und Selektivität als bei Ionenstrahlätzen
Down-Stream-Reaktor
Vergleich zwischen Plasma- und Ionenstrahlätzen
Plasma Pro
• Hohe Ätzrate
• Hohe Selektivität
• Keine Schädigung des Wafers
• Keine Ablagerung
Contra
• Isotropes Ätzen
Ionenstrahl Pro
• Anisotropes Ätzen
Contra
• Geringe Ätzrate
• Geringe Selektivität
• Partikelablagerung
• Beschädigung des Wafers
Reaktives Ionenätzen
• Kombination aus Plasma- und Ionenstrahlätzen
• Physikalischer Teil: – HF-Signal erzeugt Plasma durch Stoßionisation
– HF-Elektrode läd sich negativ auf
– Ionenbeschuss
• Chemischer Teil: – Gleichzeitig chemische Reaktion von Radikalen an der
Oberfläche
– Erhöhung des Drucks → Geringere freie Weglänge → Isotropes Ätzen
• Vorteile: – Kein „Undercutting“
– Erhöhte Ätzrate
– Anistrop und Isotropes Ätzen
• Nachteil: – Konflikt zwischen
einer hohen Ätzrate und Anistropes Ätzprofil
Prozessparameter
• Ätzrate: – Druck
– Leistung des HF-Generators
– Verwendetes Gas und Gasdurchfluss
– Temperatur des Wafers und der Elektrode
• Anistropie: – HF-Leistung
– Druck und Temperatur
• Homogenität: – Gas
– Elektrodenabstand und Material
Tiefes Reaktives Ionenätzen (DRIE)
• Zwei verschiedene alternierende Gase im Reaktor
– Erstes Gas bildet eine Polymerschicht (Bsp:CF4)
– Zweites Gas ätzt das Substrat (SF6)
• Polymerschicht wird nur an horizontalen Stellen durch die hochenerg. Ionen weggeätzt.
• Vertikale Schicht bleibt und schützt Substrat vor dem chemischen Ätzen.
• höhere Ätzrate
Beispiele für Strukturierungen • Erhöhte Speicherkapazität
für Aktoren und Sensoren
• Einkristallines Silizium
Quellen
• http://www.siliconfareast.com/dryetch.htm
• http://www.halbleiter.org/trockenaetzen/
• http://www.memsnet.org/mems/processes/etch.html
• http://www.eng.utah.edu/~gale/mems/Lecture%2008%20Dry%20Etching.pdf