6.1 Ionenstrahlätzen unter Berücksichtigung der Redeposition geätzten Materials



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6.1 Ionenstrahlätzen unter Berücksichtigung der Redeposition geätzten Materials

Die beim physikalischen Ätzen entstehenden nichtflüchtigen Produkte können sich an Seitenwänden der zu ätzenden Struktur ablagern und damit die nachfolgende Ätzung beeinflussen [Leh77], [Sze88], [Sch91c]. Beim Ionenstrahlätzen von Metallen ist dies besonders störend, denn das redeponierte Material kann elektrische Kurzschlüsse verursachen und damit zerstörend auf das Bauelement wirken. Ein zusätzliches Problem entsteht dadurch, daß sich die deponierte Materialschicht anschließend nur schwer ätzen läßt und in den meisten Fällen nach dem Entfernen des Fotolackes in vollständiger Form in der Struktur bestehen bleibt. Abbildung 6.1 veranschaulicht die mit der Redeposition verbundenen Schwierigkeiten.

  
Abbildung 6.1: Redeposition von geätztem Material während des Ionenstrahlätzens; (a) Geometrie vor der Ätzung, (b) Redeposition von geätztem Material, (c) Geometrie nach dem Entfernen des Fotolacks.

Die folgenden Abbildungen zeigen den Effekt der Redeposition anhand von Simulationsergebnissen und Messungen [Str94a]. Die Geometrie besteht aus mehreren Materialschichten, Tabelle 6.1 gibt einen Überblick über die Ätzraten und die Parameter der Sputterertragsfunktionen.

  
Tabelle 6.1: Ätzraten und Parameter der Sputterertragsfunktionen.

Der Substrathalter kann geneigt werden, um den Ätzabtrag zu verändern. Abbildung 6.2 zeigt ein Simulationsergebnis für Einfallswinkel des Ionenstrahls und Ätzzeit. Abhängig von der Oberflächenorientierung überwiegt entweder Ätzung oder Deposition. An der Seitenwand der Maske entsteht eine Materialschicht des rückgestreuten und redeponierten Materials. In anderen Bereichen dominiert die Ätzung gegenüber der Deposition. Die Maskenoberkante zeigt entsprechend der Sputterertragsfunktion die Ausbildung einer ausgeprägten Ätzfront, die eine Abschrägung der Kante bewirkt. Dieser für das Ionenstrahlverfahren bekannte Effekt (engl: faceting) [Smi86] und die Beschichtung der Maskenseitenwand sind auch gut im entsprechenden Meßergebnis des Experiments (Abbildung 6.3) zu erkennen.

Eine Möglichkeit, die Redeposition zu verringern oder sogar zu unterbinden, besteht darin, mit rotierendem und geneigtem Substrathalter zu ätzen. Für die Simulation bedeutet dies, daß sich die Ätzrate eines Oberflächenpunktes aus Beiträgen zusammensetzt, die sich für bestimmte dem Zeitschritt entsprechende Richtungen einer Umdrehung ergeben. Geht man von einer ruhenden Halbleiterscheibe aus, so bewegt sich der Ionenstrahl auf dem Mantel eines auf die Spitze gestellten Kegels; alle Richtungen die nicht durch andere Teile der Geometrie schattiert werden, liefern einen Beitrag entsprechend der lokalen Oberflächenorientierung. Abbildung 6.4 zeigt ein Simulationsergebnis für Substratneigung und rotierende Halbleiterscheibe. Abbildung 6.5 stellt das entsprechende Meßergebnis des Experiments dar. Die Ätzzeit beträgt . Im Ergebnis wird keine Redeposition mehr sichtbar. Durch die Rotation des Substrats kommt es zu einer erhöhten Ätzung der Maskenseite, wodurch deponiertes Material unmittelbar nach der Anlagerung wieder weggeätzt wird. Sowohl beim Simulations- als auch beim Meßergebnis fällt auf, daß es nahe der Maske zu einem Zurückbleiben der Ätzfront kommt. Der Grund dafür ist, daß es in diesem Bereich für bestimmte Einfallsrichtungen zu Schattierungseffekten durch die Maske kommt und daher die Menge der einfallenden Ionen geringer ist als an Stellen weiter rechts der Geometrie.

  
Abbildung 6.2: Redeposition von geätztem Material bei Ionenstrahlätzen unter Einfallswinkel.

  
Abbildung 6.3: Entsprechendes Meßergebnis des Experiments.

  
Abbildung 6.4: Ionenstrahlätzen mit rotierendem und geneigtem Substrathalter.

  
Abbildung 6.5: Entsprechendes Meßergebnis des Experiments.

Die Geometrie wurde durch Zellen beschrieben, die benötigten Simulationszeit lag bei beiden Beispielen bei fünf Minuten auf einem HP 9000/755 Arbeitsplatzrechner.



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Martin Stiftinger
Thu Nov 24 17:41:25 MET 1994