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Dokumentenidentifikation DE102005048362A1 19.04.2007
Titel Verfahren zur Verringerung des Siliziumverbrauchs bei der Erzeugung von selbstorganisierten Nanostrukturen im Gebiet der Fensteröffnungen von integrierten Schaltkreisen mit optoelektronischen Komponenten und von diskreten optoelektronischen Bauelementen
Anmelder X-FAB Semiconductor Foundries AG, 99097 Erfurt, DE
Erfinder Bach, Konrad, Dr., 99189 Tiefthal, DE;
Gäbler, Daniel, 98693 Ilmenau, DE
DE-Anmeldedatum 10.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005048362
Offenlegungstag 19.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2007
IPC-Hauptklasse B82B 3/00(2006.01)A, F, I, 20051010, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 21/3065(2006.01)A, L, I, 20051010, B, H, DE   
Zusammenfassung Die durch einen RIE-Prozess (Reactive Ion Etching) selbstorganisiert hergestellten Nanometerstrukturen (kurz Nanostrukturen) benötigen eine gewisse Zeit bis zu ihrer vollständigen Ausbildung. Da der Ätzprozess bereits von Anfang an wirksam ist, entsteht ein teils erheblicher Materialabtrag. Dieser Effekt kann durch eine angepasste Pufferschicht verringert oder ganz unterdrückt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung integrierter Schaltkreise mit optoelektronischen Komponenten und auf diskrete optoelektronische Bauelemente auf Siliziumbasis mit einer strukturierten Si-Schicht, ausgebildet auf den optisch aktiven Flächenanteilen, die aus nadelförmigen Gebilden mit großem Aspektverhältnis besteht, wie sie durch das RIE-Verfahren mit Selbstorganisation in statistischer Verteilung und mit Nanometerdimensionen entstehen.

Besonders zu Beginn des Ätzprozesses erfolgt die Strukturbildung noch recht langsam, dennoch wird auch während dieser Zeit Silizium abgetragen. Erst danach beschleunigt sich die Ausbilden der Nadeln mit entsprechend großem Aspektverhältnis. Der Materialverlust in dieser ersten Ätzphase kann nachteilige Wirkung haben, wenn es sich um dotierte Gebiete handelt, bei denen die Dotierung mit einem Gradienten von der Oberfläche aus abfällt.

Für eine nur vernachlässigbar geringe Beeinflussung der Bauelementedaten sollte dieser Materialabtrag so gering wie möglich ausfallen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Materialabtrag beim Ausbilden der Nanostruktur mit den nadelförmigen Spitzen und dem großen Aspektverhältnis zu verringern und so die Fertigungstoleranzen und die Ausbeute zu verbessern.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Der Gegenstand des Anspruchs 1 weist die Vorteile auf, dass der Ätzabtrag der dotierten Oberflächenschichten des Gebietes im Fenster der optisch aktiven Komponenten verringert wird und darüber hinaus das Aspektverhältnis einfach variiert werden kann.

Durch das Aufbringen einer zusätzlichen Schicht definierter Dicke mit einem anderen Ätzverhalten als das des Siliziums, lässt sich der überschüssige Ätzabtrag verringern. Da die Strukturerzeugung im Ätzschritt auf dem Plasma beruht und damit eine physikalische Komponente des Ätzschrittes für die Erzeugung verantwortlich ist, wirkt diese auch in anderen Materialien wie z.B. SiO2. Da die plasmagenerierten Strukturen im SiO2 nur eine sehr geringe Höhe aufweisen, entstehen keine Nanostrukturen mit großem Aspektverhältnis. Es gibt dort keinen Selbstmaskierungseffekt durch eine andere chemische Komponente. Somit wird die Oxidschicht annähernd gleichmäßig abgetragen, erhält aber auf der Oberfläche dennoch eine plasmagenerierte Nanostruktur sehr geringer Höhe. Die Ätzrate für SiO2 ist beim genannten RIE-Ätzprozess sehr viel geringer als die für Silizium. Kurz bevor die SiO2-Schicht vollständig abgetragen ist, kommt es durch diese löchrige Nanostruktur und die unterschiedliche Ätzrate zu einer sofortigen Ausbildung der großen Aspektverhältnisse im Silizium. Die Oxidschicht wird an den Stellen der geringsten Dicken zuerst abgetragen, dort setzt nun der Ätzprozess mit einer viel größeren Ätzrate an und bildet ein Loch im Silizium. Nach einiger Zeit ist die gesamte Oxidschicht abgetragen, es hat sich aber dann bereits eine Nanostruktur mit einem beachtlichen Aspektverhältnis im Silizium ausgebildet, wobei die Spitzen der Nanostrukturen noch nahezu auf dem Niveau der ehemaligen SiO2/Si-Grenzfläche liegen.

Die Prozesszeit des Ätzschrittes und die Dicke und Art der Pufferschicht können aneinander optimal angepasst werden.

Der Ätzschritt sollte genau so lange andauern bis die Pufferschicht vollständig entfernt wurde. Jedoch auch nicht länger, da ansonsten mehr als nötig vom Material abgetragen wird.

Durch die Art des Pufferschichtmaterials und durch die Dicke der Pufferschicht kann die selbstorganisierte Nanostruktur im Aspektverhältnis und in ihrer Lage im Abstand unterhalb der Ausgangsoberfläche beeinflusst werden, da die Strukturerzeugung durch das Plasma abhängig vom verwendeten Material ist und je nach Ätzrate die Pufferschicht mehr oder weniger lange als zusätzliche Ätzmaske dient.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch

1 eine Schrittfolge der RIE-Ätzung der Si-Oberfläche ohne Pufferschicht mit erhöhtem Siliziumverbrauch,

2 1 eine Schrittfolge der RIE-Ätzung der Si-Oberfläche mit Pufferschicht mit minimalem Si-Verbrauch.

Die 1 und 2 sind selbsterklärend und bedürfen keiner weiteren Erläuterung.


Anspruch[de]
Verfahren zur Verringerung des Siliziumverbrauchs bei der Erzeugung von selbstorganisierten Nanostrukturen im Gebiet der Fensteröffnungen von integrierten Schaltkreisen mit optoelektronischen Komponenten und bei diskreten optoelektronischen Bauelementen, wobei zur Herstellung von nadelartigen Strukturen mit Nanometerdimensionen und mit Aspektverhältnissen größer 4 : 1 ein reaktiver Ionenätzprozesses (reaktive ion etching-RIE) unter Verwendung der Arbeitsgase Sauerstoff und SF6 in einem einzigen Prozessschritt und ohne Anwendung zusätzlicher artfremder Mittel zur gezielten Maskenformation während des Ätzprozesses eingesetzt wird, und die Prozeßparameter so eingestellt werden, daß der Sauerstoff im Reaktionspunkt auf der Siliziumscheibe eine selbstmaskiernde Wirkung zeigt, wie das bereits vorgeschlagen wurde, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Schicht vor dem Ätzprozeß aufgetragen wird, die als Pufferschicht ein gegenüber Silizium bei gleichen Prozessparametern dahingehend verändertes Ätzverhalten hat, dass sich eine selbstorganisierte Struktur mit nur verhältnismäßig geringem Aspektverhältnis ausbildet, die im Verlauf des Prozesses vollständig abgetragen wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aspektverhältnis der Siliziumnanostruktur über die Dicke der Pufferschicht eingestellt wird. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht eine SiO2-Schicht ist. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO2-Pufferschicht eine Dicke von 20 bis 100 nm hat. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht nicht vollständig abgetragen wird.






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