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