Ätzung und Charakterisierung von Strukturen mit hohem Aspektverhältnis in Silizium am Beispiel von Through-Wafer-Via-Holes

Schumann, Wiebke

Abstract Diplom-Thesis Wiebke Schumann Etching and characterization of structures with high aspect ratios in silicon using the example of vertical interconnects Vertical interconnects in silicon micro electro mechanical systems (MEMS) are needed to connect the front and backsides of silicon chips. This thesis gives a literature overview over deep etching of silicon and describes a procedure to set up a deep reactive ion etching (DRIE) recipe of silicon for vias of a depth of more than 300 ?m with 30 ?m diameter. In contrast to many other publications, this paper does not focus on plasma parameters, which are mostly interdependent. The approach presented here starts from the directly adjustable variables of the etching recipe thus allowing better process manipulation by the operator. To obtain best results with a minimum of experiments the process development was done by Design of Experiments (DoE) and empiric models for all target parameters were developed. It was found that the throttle valve position (determining the chamber pressure) is the most important parameter, followed by the interaction of oxygen content and cycle ratio. Wafer temperature control is crucial for obtaining reproducible results, especially for recipes with considerable thermal load.

Ätzung und Charakterisierung von Strukturen mit hohem Aspektverhältnis in Silizium am Beispiel von Through-Wafer-Via-Holes Die Arbeit stellt die Entwicklung eines „Gas Chopping“ Plasmaätzprozesses zum Ätzen von Through-Wafer-Via-Holes mit einer Tiefe von mehr als 300 µm und einem Durchmesser von 30 µm unter Anwendung der statistischen Versuchsplanung dar und gibt einen Überblick über die Literatur beim Tiefenätzen in Silizium. Ziel ist es die Entwicklung eines Ätzprozesses zu erläutern und mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung die entscheidenden Einflussgrößen auf das Ätzprofil ausfindig zu machen. Im Gegensatz zu den meisten Arbeiten zum Thema Plasmaätzprozesse wird dabei nicht von den Parametern im Plasma selbst ausgegangen, sondern von den direkt einstellbaren Parametern der Anlage. Über diese werden dann anhand der Literatur Rückschlüsse auf die physikalischen Vorgänge selbst gezogen. Schwerpunkt ist jedoch die direkte und gezielte Beeinflussung des Ätzprofils über die einstellbaren Parameter durch den Anwender. Hierzu werden die Haupteinflussfaktoren zu verschiedenen Zielgrößen des Profils, wie z.B. Ätztiefe, Durchmesser des Loches, Aspektverhältnis, Resistabtrag und Seitenwandpassivierung mit einem Minimum an Versuchen untersucht, genannt und jeweils ein empirisches Modell für die Zielgröße in Abhängigkeit von den untersuchten Parametern aufgestellt. Es konnte gezeigt werden, dass die Drosselklappenstellung (entscheidend für den Druck) gefolgt von der Wechselwirkung zwischen Sauerstoff und Ätz-zu-Depositionszeitverhältnis der wichtigste Parameter ist. Kritisch für reproduzierbare Ergebnisse ist außerdem die Wafertemperaturkontrolle.

Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

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Schumann, Wiebke: Ätzung und Charakterisierung von Strukturen mit hohem Aspektverhältnis in Silizium am Beispiel von Through-Wafer-Via-Holes. 2010.

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