Trockenätzen ist einer von zwei Hauptätzprozessen, die in der Mikroelektronik und einigen Halbleiterprozessen verwendet werden. Anders als beim Nassätzen taucht das Trockenätzen das zu ätzende Material nicht in flüssige Chemikalien ein. Stattdessen verwendet es Gas oder physikalische Prozesse, um kleine Schnittkanäle in das Material zu ätzen oder zu erzeugen. Trockenätzen ist teurer als Nassätzen, ermöglicht jedoch eine höhere Präzision bei der Art der erzeugten Kanäle.
Hersteller entscheiden sich oft zwischen Trocken- oder Nassätztechniken zunächst aufgrund der erforderlichen Präzision der geätzten Kanäle. Wenn die Kanäle besonders tief sein müssen oder eine bestimmte Form haben – beispielsweise mit vertikalen Seiten – ist Trockenätzen erwünscht. Allerdings spielen auch die Kosten eine Rolle, da Trockenätzen deutlich mehr kostet als Nassätzen.
Sowohl beim Nass- als auch beim Trockenätzen wird der Bereich auf dem Material, der vom Hersteller nicht geätzt werden soll – in der mikroelektronischen Verarbeitung normalerweise Wafer genannt – mit einer nicht reaktiven Substanz bedeckt oder maskiert. Nach der Maskierung wird das Material entweder einer Art Plasmaätzung unterzogen, bei der es einer gasförmigen Chemikalie wie Fluorwasserstoff ausgesetzt wird, oder einem physikalischen Verfahren wie dem Ionenstrahlfräsen unterzogen, bei dem die Ätzung ohne Verwendung von Gas erfolgt.
Es gibt drei Arten von Plasmaätzen. Die erste, Reaktionsionenätzung (RIE), erzeugt Kanäle durch eine chemische Reaktion, die zwischen den Ionen im Plasma und der Waferoberfläche auftritt, wodurch kleine Mengen des Wafers entfernt werden. RIE ermöglicht eine Variation der Kanalstruktur, von nahezu gerade bis vollständig abgerundet. Der zweite Prozess des Plasmaätzens, die Dampfphase, unterscheidet sich von RIE nur durch seinen einfachen Aufbau. Die Dampfphase erlaubt jedoch weniger Variationen in der Art der erzeugten Kanäle.
Die dritte Technik, das Sputterätzen, verwendet ebenfalls Ionen, um die Wafer zu ätzen. Die Ionen in RIE und Dampfphase sitzen auf der Oberfläche des Wafers und reagieren mit dem Material. Im Gegensatz dazu bombardiert das Sputterätzen das Material mit Ionen, um die spezifizierten Kanäle herauszuschneiden.
Nebenprodukte, die während des Ätzprozesses entstehen, müssen Hersteller immer schnell entfernen. Diese Nebenprodukte können die vollständige Ätzung verhindern, wenn sie auf der Waferoberfläche kondensieren. Häufig werden sie entfernt, indem sie in einen gasförmigen Zustand zurückgeführt werden, bevor der Ätzprozess abgeschlossen ist.
Eine Eigenschaft des Trockenätzens ist die Fähigkeit, dass die chemische Reaktion nur in eine Richtung abläuft. Dieses Phänomen, das als Anisotropie bezeichnet wird, ermöglicht das Ätzen von Kanälen, ohne dass die Reaktion die maskierten Bereiche des Wafers berührt. Dies bedeutet in der Regel, dass die Reaktion in vertikaler Richtung erfolgt.