In-situ Ätztiefenkontrolle mit Genauigkeiten um 1 nm mittels Reflektivitätsanisotropie-Spektroskopie (RAS) beim Reaktivionenätzen von einkristallinen III/V-Halbleitern

• Antragsteller: Professor Dr. Henning Fouckhardt
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 333645568

Ziel dieses Vorhabens ist es, die Genauigkeit der in-situ-Ätztiefenkontrolle während des Reaktivionen-Plasmatrockenätzens zu verbessern. Dazu sollen drei Konzepte verwendet werden.Das erste Konzept (für den Fall üblicher RIE-Ätzraten von einigen 100 nm/min) beinhaltet die Verwendung der Fabry-Perot-Oszillationen, d. h. die periodische Veränderung der Reflektivität einer Schicht bei ätzbedingt abnehmender Schichtdicke. Die Oszillationen sollen simultan bei zwei Photonenenergien beobachtet werden, die sich z. B. um 1/10 unterscheiden. Das entspräche der Verwendung eines Nonius bei Schieblehren. Genauigkeiten bei der Ätztiefenbestimmung von 1-2 nm sollten dadurch möglich sein. Ein Problem könnte dabei sein, dass während des Ätzprozesses die RAS-Daten nicht schnell genug auszulesen und zu verarbeiten sind. Dann müsste die Ätzrate entsprechend reduziert werden, z. B. durch Reduktion der Ionenenergie.Für das zweite Konzept soll genutzt werden, dass sich das RAS-Signal auch periodisch mit den Monolagen ändern sollte. Von der Epitaxie ist dieses Phänomen bekannt. Bei nicht zu großen Ätzraten hat die Arbeitsgruppe des Antragstellers solche Oszillationen für die mittlere Reflektivität, die auf den Ätzabtrag Monolage für Monolage zurückzuführen sind, aber kürzlich auch schon beim GaAs-Trockenätzen festgestellt. Sie sollen hier zur Unterscheidung von denen bei Konzept 1 Monolagen-Oszillationen genannt werden. Sollte diese 2. Möglichkeit optimiert und regelmäßig genutzt werden können, wäre die beste denkbare Auflösung in der Ätztiefenbestimmung erreicht, nämlich eine einzelne Monolage. Allerdings ist zu erwarten, dass optimale Ergebnisse dieser 2. Möglichkeit nur bei Ätzraten erzielbar sind, die kleiner als üblich sind (also 50-100 nm/min).Eine dritte Möglichkeit ergibt sich aus der Praxis. Zur Ätztiefenkontrolle könnten Unterschiede im originären RAS-Signal oder/und in der mittleren detektierten Intensität/Reflektivität aufgrund von Dotierungsunterschieden in verschiedenen Schichten genutzt werden. Dotierungen kommen in der Praxis der optoelektronischen Schichtenfolgen häufig vor und oft soll eine Ätzung genau am Übergang zwischen zwei Schichten gestoppt werden. Erste Ergebnisse in diese Richtung sollen im Projekt erweitert werden. Die Fragen sind: Unter welchen Schicht- und Ätzbedingungen können p- und n-Dotierungen voneinander unterschieden werden? Kann (nach Kalibrierung) auch die Dotierstoffkonzentration aus den diversen RAS-Signalen ermittelt werden? Und wenn ja, mit welcher Auflösung in der Dotierstoffkonzentration? Können diese Ergebnisse on-line (also während des Ätzens) genutzt werden? Reicht dafür die Berechnungszeit?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen