DRIE: Deep Reactive Ion Etching

Anisotropes KOH/TMAH-Ätzen liefert präzise, aber durch die Kristallstruktur fest vorgegebene Geometrien – bei (100)-Silicium immer den 54,74°-Winkel, unabhängig davon, wie schmal oder tief die gewünschte Struktur eigentlich sein soll. Für viele MEMS-Anwendungen, etwa enge, senkrandige Gräben mit hohem Aspektverhältnis (Tiefe zu Breite), reicht diese Formfreiheit nicht aus.

DRIE (Deep Reactive Ion Etching) löst dieses Problem mit einem trockenen, plasmabasierten Verfahren, das nahezu beliebige laterale Geometrien mit nahezu senkrechten Wänden erzeugen kann – unabhängig von der Kristallorientierung des Substrats.

Das heute dominierende DRIE-Verfahren ist der nach seinem Erfinder benannte Bosch-Prozess. Er löst das grundlegende Dilemma des reaktiven Ionenätzens – hohe Ätzrate gegen hohe Anisotropie – durch schnellen Wechsel zweier Teilschritte. Im Ätzschritt greift ein Fluor-basiertes Plasma (meist SF₆) das Silicium isotrop an, also in alle Richtungen etwa gleich schnell, für wenige Sekunden. Im darauffolgenden Passivierungsschritt scheidet ein anderes Gas (meist C₄F₈, chemisch verwandt mit Teflon) eine dünne, polymerartige Schutzschicht auf allen freiliegenden Flächen ab, auch auf dem Boden des gerade geätzten Grabens.

Im nächsten Ätzschritt trifft ein gerichteter Ionenbeschuss die Passivierungsschicht am Grabenboden stärker als an den Seitenwänden und entfernt sie dort bevorzugt, sodass das Ätzen am Boden weitergeht, während die Seitenwände geschützt bleiben. Dieser Zyklus aus Ätzen und Passivieren wiederholt sich hunderte bis tausende Male und treibt den Graben Schritt für Schritt in die Tiefe.