Atomic layer etching (ALE) is a technique for removing thin layers of material using sequential reaction steps that are self-limiting. ALE has been studied in the laboratory for more than 25 years. Today, it is being driven by the semiconductor industry as an alternative to continuous etching and is viewed as an essential counterpart to atomic layer deposition. As we enter the era of atomic-scale dimensions, there is need to unify the ALE field through increased effectiveness of collaboration between academia and industry, and to help enable the transition from lab to fab. With this in mind, this article provides defining criteria for ALE, along with clarification of some of the terminology and assumptions of this field. To increase understanding of the process, the mechanistic understanding is described for the silicon ALE case study, including the advantages of plasma-assisted processing. A historical overview spanning more than 25 years is provided for silicon, as well as ALE studies on oxides, III–V compounds, and other materials. Together, these processes encompass a variety of implementations, all following the same ALE principles. While the focus is on directional etching, isotropic ALE is also included. As part of this review, the authors also address the role of power pulsing as a predecessor to ALE and examine the outlook of ALE in the manufacturing of advanced semiconductor devices.

In direct-current (DC) discharge, it is well known that hysteresis is observed between the Townsend (gas breakdown) and glow regimes. Forward and backward voltage sweep is performed using a one-dimensional particle-in-cell Monte Carlo collision (PIC-MCC) model considering a ballast resistor. When increasing the applied voltage after reaching the breakdown voltage (Vb), transition from Townsend to glow discharges is observed. When decreasing the applied voltage from the glow regime, the discharge voltage (Vd) between the anode–cathode gap can be smaller than the breakdown voltage, resulting in a hysteresis, which is consistent with experimental observations. Next, the PIC-MCC model is used to investigate the self-sustaining voltage (Vs) in the presence of finite initial plasma densities between the anode and cathode gap. It is observed that the self-sustaining voltage coincides with the discharge voltage obtained from the backward voltage sweep. In addition, the self-sustaining voltage decreases with increased initial plasma density and saturates above a certain initial plasma density, which indicates a change in plasma resistivity. The decrease in self-sustaining voltage is associated with the electron heat loss at the anode for the low pd (rarefied) regime. In the high pd (collisional) regime, the ion energy loss toward the cathode due to the cathode fall and the inelastic collision loss of electrons in the bulk discharge balance out. Finally, it is demonstrated that the self-sustaining voltage collapses to a singular value, despite the presence of a initial plasma, for microgaps when field emission is dominant, which is also consistent with experimental observations.