Etsen is een proces dat in de microfabricage wordt gebruikt om materiaal van het oppervlak van een wafer te verwijderen, en kan worden uitgevoerd door middel van nat of droog etsen. In dit artikel bespreken we de verschillen tussen deze twee etstypen en hun respectievelijke voordelen en nadelen:
• Nat etsen maakt gebruik van vloeibare chemicaliën of etsmiddelen om materiaal van het substraat te verwijderen.
• Droog etsen maakt gebruik van plasma's of reactieve gassen om materiaal van het substraat te verwijderen.
Wat is het verschil tussen nat en droog etsen?
Etsen is een proces dat wordt gebruikt bij microfabricage, waarbij een of meer materiaallagen van het oppervlak van een wafer worden verwijderd. Etsen is een kritieke en uiterst belangrijke stap in de vervaardiging van micro-elektronische componenten, aangezien elke wafer talrijke etsstappen kan ondergaan. Voor veel etsstappen wordt een deel van het subtrate beschermd tegen het etsmiddel door een zogenaamd maskeermateriaal dat bestand is tegen etsen. In sommige gevallen is het maskeermateriaal een fotoresistent dat is gevormd door middel van fotolithografie. Andere situaties vereisen een duurzamer maskser, zoals siliciumnitride. Indien het etsen wordt uitgevoerd om een holte in een materiaal te maken, kan de diepte van de holte onder meer worden geregeld door de etstijd en etssnelheid te moduleren. Niettemin vereist etsen gewoonlijk dat de gehele bovenste laag van een meerlagige structuur wordt verwijderd zonder de onderliggende of maskerende lagen te beschadigen. Het vermogen van het etssysteem om dit te doen hangt af van de verhouding tussen de etssnelheden in de twee materialen: dit wordt selectiviteit genoemd. De twee basistypen etsmiddelen bevinden zich in de vloeibare fase of de plasmafase. Het etsproces waarbij vloeibare chemicaliën of etsmiddelen worden gebruikt om materiaal van het substraat te verwijderen, wordt nat etsen genoemd. Bij het plasma-etsproces, ook bekend als droog etsen, worden plasma's of etsgassen gebruikt om materiaal van het substraat te verwijderen. Droog etsen produceert gasvormige producten, die moeten diffunderen naar het hoofdgas en moeten worden afgevoerd door het videsysteem. Er zijn drie typen droog etsen: chemische reacties (met behulp van een plasma of reactieve gassen), fysieke verwijdering (gewoonlijk door impulsoverdracht), en een combinatie van chemische reacties en fysieke verwijdering. Nat etsen daarentegen is uitsluitend een chemisch proces.
Wat is nat etsen in de microfabricage?
De belangrijkste natte etstechniek is de zogenaamde "chemische natte etstechniek". Het gedeeltelijk beschermde substraat wordt ondergedompeld in een oplossing die het oppervlak van de onbeschermde wafer chemisch etst. Dit is over het algemeen een zuur zoals waterstoffluoride voor een siliciumsubstraat (het enige dat kan reageren met de siliciumdioxide-laag die zich van nature op het siliciumoppervlak vormt), of zoutzuur voor een galliumarsenidesubstraat (het chloride-ion reageert sterk met het gallium) of een zwakker zuur, zoals citroenzuur.Wat zijn de voordelen van nat etsen? ✅
- De eenvoud van de apparatuur.
- Eenvoudig te implementeren.
- Kan eenvoudig worden geïndustrialiseerd.
- De etssnelheid is bijzonder hoog, wat het etsen snel maakt en zo voorkomt dat de beschermende laag wordt vernietigd.
- Goede materiaalselectiviteit.
Wat zijn de nadelen van nat etsen? 📉
- Zeer hoge kosten.
- Dit etsen is sterk isotroop = het zuur zal het substraat in alle richtingen aantasten, wat een bijna halfsferisch etsprofiel oplevert.
- Vereist grote hoeveelheden etschemicaliën.
- De etschemicaliën moeten regelmatig worden ververst om dezelfde initiële etssnelheid te behouden
Wat is droog etsen in de microfabricage?
De etsen die met plasma worden gemaakt, kunnen variëren afhankelijk van de gebruikte plasmaperameters. Gewoon plasma-etsen werkt tussen 0,1 en 5 Torr (ongeveer 133,3 Pa). Het plasma produceert energetische, neutrale vrije radicalen die reageren op het waferoppervlak. Omdat de neutrale deeltjes de wafer van alle kanten aantasten, is dit proces isotroop. Het plasmagas bevat moleculen die rijk zijn aan chloor of fluor. Zo staat koolstoftetrachloride (CCl4) erom bekend silicium en aluminium aan te tasten, terwijl trifluormethaan siliciumdioxide en siliciumnitride aantast. Een zuurstofplasma wordt daarentegen gebruikt om de fotoresistent te oxideren en de verwijdering ervan te vergemakkelijken. Een andere techniek wordt eveneens op grote schaal gebruikt: ionenstralen. Ook bekend als sputteretsen (of sputteren) , deze techniek maakt gebruik van lagere drukken van ongeveer 10-4 Torr (10 mPa). Het bestaat uit het bombarderen van de wafer met energetische ionen van edelgassen zoals Ar+, die de atomen van het substraat losmaken door overdracht van kinetische energie. Aangezien het etsen wordt uitgevoerd door het unidirectionele bombardement van de ionen op de wafer, is dit proces anisotropisch. Desondanks heeft dit proces een lage selectiviteit. De bekende techniek waarbij reactieve ionen worden gebruikt (RIE voor Reactive Ion Etching) werkt onder intermediaire omstandigheden tussen sputtering en plasma-etsen (tussen 10-3 en 10-1 Torr). Deep reactive ion etching (DRIE) is vergelijkbaar met RIE, maar kan diepere en narrowere structuren produceren.🧠 Wat u moet onthouden over nat en droog etsen
Kortom, nat etsen en droog etsen zijn twee verschillende technieken die in de microfabricage worden gebruikt om materiaal van het oppervlak van een wafer te verwijderen. Nat etsen is eenvoudiger en makkelijker te implementeren, maar brengt hoger kosten met zich mee en vereist grote hoeveelheden etschemicaliën. Droog etsen is duurder en vereist complexe apparatuur, maar is efficiënter en nauwkeuriger. Beide processen hebben hun eigen voor- en nadelen, dus de keuze van het te gebruiken proces hangt af van de toepassing.
Ongeacht welke techniek wordt gekozen, beide zijn essentiële stappen bij de fabricage van micro-elektronische componenten.
