Warum verbiegen sich die Seitenwände beim Trockenätzen?

Trockenätzen ist typischerweise ein Prozess, der physikalische und chemische Vorgänge kombiniert, wobei der Ionenbeschuss eine entscheidende physikalische Ätztechnik ist. Beim Ätzen können der Einfallswinkel und die Energieverteilung der Ionen ungleichmäßig sein.

Wenn der Einfallswinkel der Ionen an verschiedenen Stellen an den Seitenwänden variiert, unterscheidet sich auch der Ätzeffekt. In Bereichen mit größeren Ioneneinfallswinkeln ist der Ionenätzeffekt an den Seitenwänden stärker, was zu einer stärkeren Ätzung der Seitenwände in diesem Bereich und zu einer Biegung der Seitenwände führt. Darüber hinaus erzeugt auch eine ungleichmäßige Ionenenergieverteilung einen ähnlichen Effekt; Ionen mit höherer Energie entfernen Material effektiver, was zu inkonsistenten Ätzniveaus an verschiedenen Stellen der Seitenwände führt, was wiederum zu einer Biegung der Seitenwände führt.

Fotolack fungiert beim Trockenätzen als Maske und schützt Bereiche, die nicht geätzt werden müssen. Allerdings wird Fotolack auch durch Plasmabeschuss und chemische Reaktionen beim Ätzen beeinträchtigt und seine Eigenschaften können sich ändern.

Eine ungleichmäßige Dicke des Fotolacks, ungleichmäßige Verbrauchsraten beim Ätzen oder Unterschiede in der Haftung zwischen dem Fotolack und dem Substrat an verschiedenen Stellen können zu einem ungleichmäßigen Schutz der Seitenwände beim Ätzen führen. Beispielsweise können Bereiche mit dünnerer oder schwächerer Fotolackhaftung dazu führen, dass das darunter liegende Material leichter geätzt werden kann, was an diesen Stellen zu einer Biegung der Seitenwände führt.

Unterschiede in den Eigenschaften des Substratmaterials

Das zu ätzende Substratmaterial kann Unterschiede in den Eigenschaften aufweisen, wie z. B. unterschiedliche Kristallorientierungen und Dotierungskonzentrationen in verschiedenen Regionen. Diese Unterschiede wirken sich auf die Ätzraten und die Selektivität aus.

Am Beispiel von kristallinem Silizium unterscheidet sich die Anordnung der Siliziumatome je nach Kristallorientierung, was zu Schwankungen in der Reaktivität mit dem Ätzgas und den Ätzraten führt. Während des Ätzens führen diese Unterschiede in den Materialeigenschaften zu inkonsistenten Ätztiefen an verschiedenen Stellen der Seitenwände, was letztendlich zu einer Biegung der Seitenwände führt.

Ausrüstungsbezogene Faktoren

Auch die Leistung und der Zustand der Ätzausrüstung haben einen erheblichen Einfluss auf die Ätzergebnisse. Beispielsweise können eine ungleichmäßige Plasmaverteilung innerhalb der Reaktionskammer und ein ungleichmäßiger Elektrodenverschleiß zu einer ungleichmäßigen Verteilung von Parametern wie Ionendichte und Energie auf der Waferoberfläche während des Ätzens führen.

Darüber hinaus können eine ungleichmäßige Temperaturkontrolle und geringfügige Schwankungen der Gasdurchflussrate auch die Gleichmäßigkeit der Ätzung beeinträchtigen und weiter zur Biegung der Seitenwände beitragen.

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