Details

Autor(en) / Beteiligte

• Brockmeier, Andre
• Hilleringmann, Ulrich[Akademischer Betreuer]
• Vogt, Holger[Akademischer Betreuer]

Titel

Herstellung von Vertikalrandstrukturen für Leistungshalbleiterbauelemente mit Hilfe von nasschemischen anisotropen Siliziumätzprozessen : = Fabrication of vertical edge termination structures for power semiconductor devices by wet chemical anisotropic silicon etch processes

Ort / Verlag

Paderborn

Erscheinungsjahr

2018

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Beschreibungen/Notizen

• Tag der Verteidigung: 09.01.2018
• Open Access
• ger: Heutige Bauelemente für Hochvolt-Anwendungen benötigen am Rand ihrer aktiven Gebiete aufwendige Randkonstruktionen, um im Sperrfall die notwendige Spannungsfestigkeit zu erreichen. Zu Beginn werden kurz die Probleme heutiger Randabschlusskonzepte diskutiert und mittels Simulation nachgestellt. Neben planare sind auch vertikale Randkonstruktionen (sog. Mesa- oder Trenchrandabschlüsse) unter der Verwendung von Grabenstrukturen denkbar. Das Ziel der Arbeit liegt in der Prozessentwicklung für die Generierung eines solchen vertikalen Randabschlusses. Aufgrund der Anforderung an Güte und Geometrie werden ausschließlich anisotrope nasschemische Ätzprozesse mit alkalischen Lösungen für die Strukturrealisierung herangezogen. Neben der Diskussion der theoretischen Grundlagen, gibt die detaillierte Prozessuntersuchung mit Hilfe von unmodifizierten und modifizierten Lösungen neue Einblicke in eine Thematik, die in den letzten 10 Jahren eine Stagnation im Forschungsdrang erfahren hat. Es werden analytische Messmethoden zur Charakterisierung, Quantifizierung und kontinuierlichen Prozessüberwachung der Lösungseigenschaften kurz diskutiert. Eine detaillierte theoretische und praktische Beschreibung der Oberflächenspannung einer Prozesslösung mit Hilfe der neuartigen Blasendruckmethode erfolgt im Anschluss. Die Ergebnisse zeigen eine direkte Abhängigkeit der orientierungsabhängigen Ätzeigenschaften von der Oberflächenspannung. Nach Optimierung der Prozessbedingungen für die Strukturgenerierung werden weitere Einzelprozesse, wie z.B. die vollständige planare Verfüllung der erzeugten Gräben mit geeigneten spannungsfesten Materialien, untersucht. Hierfür werden nicht nur die unterschiedlichen Materialeigenschaften diskutiert, sondern auch die entsprechenden Verfüllkonzepte auf ihre Machbarkeit und Güte bewertet.
• eng: Today's devices for high-voltage applications usually require sophisticated terminations at the edge of their active regions, so that a breakdown can be avoided in case of a switch-off. The thesis begins with a brief discussion about todays concepts for edge terminations and their problems represented by simulation results. Beside planar concepts, vertical ones by using trench structures, e.g. mesa- or trench edge termination, are possible as well. The main focus of this work is the development of a process for the generation of vertical edge termination structures. The high demand on quality and geometry exclusively leads to the use of anisotropic wet etching processes with alkaline solutions. Beside the discussion of the theoretical fundamentals, a detailed process investigation by using modified and unmodified alkaline solutions may provide new data and insights on a topic which unfortunately has undergone stagnation in research in the last 10 years. Analytical methods for continuous process monitoring, characterization and quantification of the etching solution are briefly discussed. The result leads to a description of the surface tension of a water-based solution, as well to a detailed investigation of this parameter for different alkaline solutions, by using the novel bubble pressure method. The obtaining results show a direct dependency of the solutions surface tension on the orientation-dependent etching characteristics. After optimizing the wet-chemical etching process conditions for the generation of vertical trench structures, further processes, e.g. the total trench-filling with suitable high voltage-resistant materials, are investigated. Beside the discussion of the material properties, different filling methods are tested and their quality assessed.