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KOBRA - Dokumentenserver der Universität Kassel  → Fachbereiche  → FB 10 / Mathematik und Naturwissenschaften  → Institut für Physik  → Technische Physik - Halbleiterphysik, Nanostrukturierung & Analytik  → Dissertationen 

Please use this identifier to cite or link to this item: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:hebis:34-1167

Titel: Profile simulations of gas chopping etching processes : model development and comparison with experiments
Autor(en): Volland, Burkhard E.
Schlagworte (SWD): PlasmaätzenProzesssimulationMikrosystemtechnikPlasmapolymerisationDepositionPassivierungHalbleitertechnologieDünnschichttechnik
Klassifikation (DDC): 530 - Physik (Physics)
Issue Date: 27-Jul-2004
Zusammenfassung: The progress in microsystem technology or nano technology places extended requirements to the fabrication processes. The trend is moving towards structuring within the nanometer scale on the one hand, and towards fabrication of structures with high aspect ratio (ratio of vertical vs. lateral dimensions) and large depths in the 100 µm scale on the other hand. Current procedures for the microstructuring of silicon are wet chemical etching and dry or plasma etching. A modern plasma etching technique for the structuring of silicon is the so-called "gas chopping" etching technique (also called "time-multiplexed etching"). In this etching technique, passivation cycles, which prevent lateral underetching of sidewalls, and etching cycles, which etch preferably in the vertical direction because of the sidewall passivation, are constantly alternated during the complete etching process. To do this, a CHF3/CH4 plasma, which generates CF monomeres is employed during the passivation cycle, and a SF6/Ar, which generates fluorine radicals and ions plasma is employed during the etching cycle. Depending on the requirements on the etched profile, the durations of the individual passivation and etching cycles are in the range of a few seconds up to several minutes. The profiles achieved with this etching process crucially depend on the flow of reactants, i.e. CF monomeres during the passivation cycle, and ions and fluorine radicals during the etching cycle, to the bottom of the profile, especially for profiles with high aspect ratio. With regard to the predictability of the etching processes, knowledge of the fundamental effects taking place during a gas chopping etching process, and their impact onto the resulting profile is required. For this purpose in the context of this work, a model for the description of the profile evolution of such etching processes is proposed, which considers the reactions (etching or deposition) at the sample surface on a phenomenological basis. Furthermore, the reactant transport inside the etching trench is modelled, based on angular distribution functions and on absorption probabilities at the sidewalls and bottom of the trench. A comparison of the simulated profiles with corresponding experimental profiles reveals that the proposed model reproduces the experimental profiles, if the angular distribution functions and absorption probabilities employed in the model is in agreement with data found in the literature. Therefor the model developed in the context of this work is an adequate description of the effects taking place during a gas chopping plasma etching process.Der Fortschritt in der Mikrosystem- oder Nanotechnologie stellt erweiterte Anforderungen an die Herstellungsprozesse. Der Trend geht hin zu Strukturierungen im Nanometer-Bereich einerseits, und zur Fabrikation von Strukturen mit hohem Aspektverhältnis (Verhältnis von lateralen zu vertikalen Abmessungen) und großen Tiefen im 100 µm-Bereich andererseits. Gängige Verfahren zur Mikrostrukturierung von Silizium sind naßchemische einerseits, und Trocken- oder Plasma-Ätzverfahren andererseits. Ein modernes Plasma-Ätzverfahren zur Strukturierung von Silizium stellt der sog. "Gas Chopping"-Ätzprozess (auch "time-multiplexed etching" genannt) dar. Bei diesem Verfahren wechseln sich ein Passivationsschritt, der die laterale Unterätzung der Seitenwände verhindert, und ein Ätzschritt, der aufgrund der Seitenwandpassivation bevorzugt in vertikaler Richtung ätzt, beständig während des gesamten Ätzprozesses ab. Hierzu wird während des Passivationsschrittes ein CHF3/CH4-Plasma, das CF-Monomere erzeugt, und während des Ätzschrittes ein SF6/Ar-Plasma, das Fluor-Radikale und Ionen erzeugt, verwendet. Je nach Anforderung an das Ätzprofil liegen die Zeitdauern der einzelnen Passivations- und Ätz-Schritte im Bereich von einige Sekunden bis hin zu einigen Minuten. Die sich bei diesem Ätz-Prozess ausbildenden Profile hängen insbesondere bei hohen Aspektverhältnissen entscheidend vom Zufluß der Reaktanden, d.h. von CF-Monomeren während des Passivationsschrittes und von Ionen und Fluor-Radikalen während des Ätzschrittes zum Boden des Ätzprofils ab. Im Hinblick auf eine Vorhersagbarkeit der Ätzprozesse ist die Kenntnis der grundlegenden Effekte, die sich während eines "Gas Chopping"-Ätzprozesses abspielen, und deren Auswirkung auf das resultierende Profil erforderlich. Im Rahmen dieser Arbeit wird zu diesem Zweck ein Modell zur Beschreibung der Profilentwicklung derartiger Ätzprozesse vorgeschlagen, das die Reaktionen (Ätzen oder Deponieren) an der Probenoberfläche auf phänomenologischer Basis berücksichtigt. Weiterhin wird der Reaktandentransport in den Ätzgräben basierend auf Richtungsverteilungsfunktionen und Absorptions-Wahrscheinlichkeiten an den Seitenwänden und am Boden der Ätzprofile modelliert. Ein Vergleich der simulierten Profile mit entsprechenden experimentellen Profilen mit hohem Aspektverhältnis zeigt, dass das vorgeschlagene Modell die experimentellen Profile reproduziert, wenn die im Modell verwendeten Richtungs-Verteilungsfunktionen und Absorptionswahrscheinlichkeiten mit Literaturwerten übereinstimmen. Somit ist das in dieser Arbeit entwickelte Modell eine angemessene Beschreibung der sich während eines "Gas Chopping"-Plasma-Ätzprozesses abspielenden Effekte.
URI: urn:nbn:de:hebis:34-1167
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