Nasses Ätzen

Das Nassätzen ist eine Technik zur Strukturierung von Metallschichten zu funktionalen Bauteilen. Ein Metallfilm, der mit einem strukturierten Fotolack bedeckt ist, wird in eine Flüssigkeit getaucht, die die freiliegenden Bereiche des Metalls selektiv entfernt. Bei dieser Form des Ätzens handelt es sich um ein isotropes Verfahren, d. h. das Metall wird in alle Richtungen mit gleicher Geschwindigkeit abgetragen. 

Tauch- und Sprühätzung sind die beiden Hauptformen der Oberflächenstrukturierung. Bei der Tauch-Nassätzung werden Wafer oder Glasscheiben für eine bestimmte Zeit in eine Ätzlösung getaucht. Um die Substratoberfläche gründlich zu bedecken, wird oft leicht gerührt. Auf das Rühren folgt ein Spül- und Trocknungsschritt. Bei der Sprühätzung wird ein Ätzmittel direkt auf ein Substrat gesprüht und anschließend mit DI-Wasser abgespült. Im Allgemeinen wird die Nassätzung zur Strukturierung von Strukturen mit einer Größe von mehr als 5 µm verwendet. Die Temperatur und die Konzentration des Ätzmittels werden verwendet, um die Ätzrate des Metalls zu steuern.

Die Nassätzung wird üblicherweise für die Herstellung von mikroelektronische Geräte. Dieses Verfahren ist aufgrund hoher und kontrollierbarer Ätzraten relativ schnell. Es ist auch wirksam bei der Entfernung von Material auf größeren Flächen. Der Nachteil des Nassätzens liegt vor allem darin, dass flüssige Chemikalien benötigt werden. Um ein Substrat vollständig zu durchdringen, sind oft große Mengen an Ätzmittel erforderlich, was die Produktionskosten erhöht. Die meisten Ätzmittel enthalten außerdem eine Säure, was zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen erfordert. Im Vergleich zu anderen Verfahren wie dem mechanischen Ätzen und dem Trockenätzen hat das Nassätzen jedoch vorteilhafte Eigenschaften. Beim mechanischen Ätzen entsteht keine glatte Oberfläche, da die Oberfläche zu stark belastet wird. Das Trockenätzen hat oft niedrige Ätzraten.  

Zu den Variablen, die beim Nassätzen eine Rolle spielen, gehören der Fotolack, das Metall und das Substratmaterial (in der Regel Glas oder Silizium). Die Ätzrate kann je nach Art des verwendeten chemischen Ätzmittels variieren. Einige Ätzmittel haben eine konstante Ätzrate, während andere eine parabolische Abweichung aufweisen. Ein Prozess, der als Kühlen bekannt ist, kann ebenfalls die Ätzrate von Glas beeinflussen. Beim Kühlen werden Wafer oder Glas auf eine bestimmte Temperatur erhitzt. Es dient dazu, Verunreinigungen auf der Oberfläche zu entfernen und innere Spannungen zu verringern. Zu den üblichen Defekten, die beim Nassätzen auftreten können, gehören Kerben an den Kanten und Nadellöcher. Pinholes können durch Zugspannungen und Defekte entstehen, die bei der Metallabscheidung entstehen. Kerben entstehen durch spannungsinduzierte Rissbildung.  

Bei Platypus Technologies werden hauptsächlich zwei Formen des Nassätzens im Tauchverfahren durchgeführt: das Gold- und das Titan-Ätzen. Das Goldätzmittel besteht aus Kaliumjodid, wobei die Ätzzeit von der Dicke des Goldes abhängt. Das verwendete Goldätzmittel hat eine Ätzrate von 2,8 nm/s bei Raumtemperatur und verdoppelt sich mit jeder Temperaturerhöhung um 10 °C. Das Titan-Ätzmittel hat eine viel höhere Ätzrate von 5 nm/s bei 85 °C, was auf das Vorhandensein einer Säure in der Lösung zurückzuführen ist. Die Ätzraten werden sorgfältig festgelegt, um saubere Strukturen zu erzeugen, und die Protokolle wurden perfektioniert, um qualitativ hochwertige Ergebnisse für Ihr nächstes Projekt zu erzielen.  

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