Entwicklung und Modellierung von Magnetfeld-unterstützten reaktiven Ionen-Ätzprozessen (MERIE) an einem Parallelplattenreaktor zur Erzeugung von ausgedehnten Grabenstrukturen für vertikale Silizium-Leistungstransistoren mittels statistischem Experimente-Design

Abstract

Für die Herstellung von ausgedehnten Grabenstrukturen für vertikale Leistungstransistoren ist es notwendig, genau definierte tiefe Gräben in den Siliziumwafer zu ätzen. Diese Gräben werden mittels magnetfeldunterstützten reaktiven Ionenätzprozessen in einem Parallelplattenreaktor hergestellt. Das Ziel dieser Arbeit ist es *) Empirische Modelle für halogenbasierte Ätzprozesse, konkret für den HBr / NF3 / He : O2 - Trenchätzprozess, auf einer Magnetfeldunterstützten Plasmaätzanlage zu entwickeln *) die Anwendbarkeit der Modelle für ausgedehnte Grabenstrukturen zu prüfen *) die Grenzen der Modelle und Prozesse festzulegen *) stabile Prozesse bei größtmöglichem Prozessfenster zu ermitteln Im ersten Teil der Arbeit werden die Grundlagen der Plasmaätzung dargestellt und die verschiedenen Möglichkeiten aufgezeigt, ein Plasma zu erzeugen, mit Schwerpunkt auf der DC-Entladung, der LF-Entladung und der HF-Entladung. Des weiteren werden die Interaktionen im Schild und die Wechselwirkung des Plasmas mit dem Substrat dargestellt. Bevor auf den verwendeten Plasmareaktor eingegangen wird, werden noch die prinzipiellen Anregungs- und Ätzmechanismen dargestellt. Der zweite Teil ist der statistischen Versuchsplanung gewidmet. Es werden Möglichkeiten der Prozessoptimierungen aufgezeigt und die Vorteile der statischen Methode dargelegt. Mittels Regression wird gezeigt, wie man ein empirisches Modell aufstellen kann. An Hand des faktoriellen Designs wird gezeigt, wie man einen orthogonalen Versuchsplan erstellen kann. Daraufhin wird an Hand zweier unterschiedlicher Prozesse gezeigt, wie man mit verschiedenen Prozessparameterkombinationen empirische Modelle für die Plasmaätzung aufstellen kann. Im dritten Teil wird gezeigt, wie man mit grundlegenden Versuchen die Eckpunkte eines Design of Experiments finden und daraus dann eine für die jeweilige Anwendung optimale Design of Experiment-Variante definieren kann.

In the fabrication of semiconductor products for certain devices it is necessary to etch deep trenches into the bulk of silicon wafers. This is done by dry etching. The aim of this work is -to devolop empirical models for the HBr/NF3/He: O2-Trenchetch-process on a MERIE system -to investigate the applicability of these models -to identify the limitations of these models and processes -to show parametersettings for stable process regimes .