Nasschemische Prozesse

Wafer-Reinigung und isotropes Ätzen dünner Schichten

Die nasschemischen Prozesse sind notwendig für Aufgabenstellungen der Halbleiterforschung des Institutes und beinhalten folgende Standard-Techniken:

Standard-Reinigung für Silizium-Wafer	RCA-1-(SC-1)-Reinigung (NH4OH/H2O2/H2O) RCA-2-(SC-2)-Reinigung (HCl/H2O2/H2O) Piranha-(SPM)-Reinigung (H2SO4/H2O2)
Spezielle Reinigungs-Techniken	Hydrophilierung von Si-Oberflächen (z. B. für Silizium-Wafer-Bonden)
Standard Siliziumdioxid-Ätzung	Verdünnte HF (DHF), (HF/H2O) Gepufferte Oxid-Ätzung (BOE), (HF/NH4F/H2O)
Isotrope Si-Ätzung	HF/HNO3 Lösung mit definierter Ätzrate zwischen 6 und 1000 nm/min
Standard Siliziumnitrid-Ätzung	Heiße H3PO4
Metal--Kontaktschicht-Ätzung	H3PO4/HNO3/H2O und H3PO4/HNO3/H2O + TMAH entsprechend für Al-Kontaktschicht-Ätzung und Al/Si-Kontaktschicht-Ätzung
Spezielle Ätz-Techniken für:	Metalle,Gläser, poly-Si, etc.

Anisotropes und selektives Ätzen für die Silizium-Mikromechanik

Das anisotrope nasschemische Ätzen erlaubt eine präzise dreidimensionale Formgebung von Silizium-Strukturen auf IC-kompatible Art und Weise. Die drei Hauptmerkmale des Verfahrens für eine breite Anwendung sind die Abhängigkeit der Ätzrate von der Kristall-Orientierung, von der Dotanden-Konzentration im Kristall und vom angelegten elektrischen Probenpotential im Falle des elektrochemischen anisotropen Ätzens. Aufgrund der kristallografischen Anisotropie ist eine präzise laterale und vertikale Formgebung von mikromechanischen Bauelementen durch geeignete Ausrichtung der Strukturkonturen (Masken) bezüglich schnell und langsam ätzender Kristallebenen möglich. Die Abhängigkeit der Ätzrate von der Dotanden-Konzentration und/oder vom angelegten elektrischen Probenpotential erlaubt die Herstellung gut definierter Ätzstop-Schichten einerseits unter Verwendung hoher Bor-Konzentrationen von N_B > 5×10¹⁹ cm^-3 oder andererseits unter Ausnutzung des Potentialabfalls über einem pn-Übergang.

SiO₂- und/oder Si₃N₄ -Schichten können problemlos als Maskierungsschichten bei der 3D-Ätzung von sehr tiefen Strukturen verwendet werden.

Die entsprechenden Dotierungs- und Ätzstop-Schichten werden im Institut mittels konventioneller Ionenimplantation, durch Implantation mit einem schreibenden fein-fokusierten Ionenstrahl (FIB) und nachfolgender Temperung oder Drive-In-Diffusion erzeugt.

Die wichtigsten Ätzparameter des entwickelten Verfahrens sind:

Ätz-Lösung	KOH/H2O-Lösung der Konzentration c = 30 %
Ätz-Temperatur	T = (80±1) °C
Ätz-Proben	2", 3", 4" Si-Wafer Einseitig bereits prozessierte Wafer mit Bauelemente-Strukturen können geätzt werden.

Ätzrate R (µm/h)	Anisotropie	Selektivität	Oberflächen-Rauhigkeit r (µm)
R<100> = 69,8  R<111> = 1,4 RSiO2 = 0,15 RSi3N4 = 0	R<100>/R<111> = 49,8 R<100>/R<110> = 0,5-2	R<100>/RSiO2 = 465 R<100>p/R<100>p+ = 10...103 R<100>n/R<100>p+ = 103	ra = 0,033 rp = 0,11 rv = 0,12 rt = 0,24