Kurzfassung
Die Herstellung von künstlichen Festkörperstrukturen im Submikrometerbereich ist sowohl für technologische Anwendungen als auch hinsichtlich grundlegender physikalischer Untersuchungen von besonderem Interesse. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Strukturierungsverfahren verifiziert, welches durch Trockenätzen in Querschnitten von Mehrlagenschichtsystemen die Präparation von Einzelgräben und linearen Gittern im Breitenbereich unter l00 nm erlaubt. Dabei wurde ausgenutzt, daß die in der Mehrlagenschicht verwendeten Komponenten unterschiedliche Abtragsraten im Ätzprozeß aufweisen.
Unter dem Beschuß mit Argonionen bilden sich in Silber/Silizium-Querschnitten Gräben im Bereich der bevorzugt abtragenden Silberlage aus. In diesem rein physikalischen Sputterprozeß bei Energien von 3 bis 5keV entwickeln sich schräge Flanken, die das erreichbare Grabentiefe/Breite- Verhältnis auf Werte unter 1 beschränken.
Demgegenüber fuhrt das Ionenstrahlätzen mit Reaktivgasen bei niederen Energien im Bereich von 100 eV zu wesentlich tieferen und steileren Gräben. Durch reaktives Ätzen mit ionischem und mono- atomarem Sauerstoff wurden 500 nm breite Kohlenstofflagen bis zu einer Tiefe von über 5 μm fast vollständig erodiert. Bei schmaleren Strukturen im Bereich von 100 nm und darunter verlangsamt sich die Abtragsgeschwindigkeit sowohl mit kleinerer Grabenbreite als auch mit der erreichten Tiefe. Dieses Verhalten wurde auf Abschattungs- und Streueffekte an den Flanken zurückgeführt. Dennoch konnten Gräben einer Breite von 20 nm erzeugt werden sowie Grabentiefe/Breite-Verhältnisse von fast 20 erzielt werden.
Begrenzend für das laterale Auflösungsvermögen der untersuchten Strukturierungsmethode ist die Oberflächendurchmischung während des mechanischen Planpolierens der Schichtquerschnitte.
The fabrication of artificial solid structures in the submicron range is of special interest both for technological applications as well as for fundamental physical research. In this work a method of structuring by dry etching in cross sectioned multilayer systems was verified. This procedure allows the preparation of single trenches and linear gratings in a range of widths below 100 nm. For this it was utilized that the components of the multilayer have different erosion yields in the etch process.
Argon ion beam etching of silver/silicon cross sections leads to the formation of trenches in the area of the preferably eroding silver layers. This pure physical sputter process in the energy range of 3 to 5keV results in the development of sloping side walls limiting the attainable depth-to-width ratio to values less than 1.
In contrast ion beam etching by reactive gases at lower energies in the range of 100eV yields much deeper and steeper trenches. Reactive etching by ionic and monatomic oxygen erodes 500 nm wide carbon layers almost completely to a depth of more than 5µm. With narrower structures of 100 nm and less the etch velocity retards both with decreasing width as well as with the depth of the trenches. This is attributed to shadowing and scattering effects at the side walls. Nevertheless, trenches of 20 nm width could be produced and depth-to-width ratios of almost 20 were obtained.
The lateral resolution of the examined structuring method is limited by surface intermixing due to the mechanical polishing of the cross sectioned multilayers.