シリコン深掘りエッチング
・貫通DRIE
Boschプロセスによるトレンチ、キャビティ、ブラインドビア、ウェーハ貫通構造。狭幅パターンでアスペクト比50:1超、深さ100µm以上、側壁角度89〜90°、2〜12インチウェーハに対応。断面図をお送りいただければ24時間以内に実現可能性を回答します。
狭幅パターン
ブラインド・貫通
角度
径
エッチングする構造
深掘りエッチングは一つのプロセス群ですが、成果物はいくつかに分かれ、それぞれ図面要件と検査が異なります。
トレンチ・櫛歯
MEMSのばね、櫛歯駆動、分離用の直線・曲線トレンチ。幅数µmから、深さはデバイス層全体または数百µmまで。
キャビティ・メンブレン
圧力センサーやマイクロフォンのメンブレン用裏面キャビティ（埋込酸化膜または時間管理で停止）、光学・流体素子用の表面ポケット。
貫通穴・リリース
流体、光学アクセス、ダイリリース用のウェーハ全厚を貫く穴やスロット。薄化ウェーハはキャリア上で処理します。
SOIデバイス層
界面でのノッチングを制御しつつ埋込酸化膜まで加工。デバイス層厚は数µmから数百µmまで。
代表的な幅と深さの組み合わせ
到達深さとプロファイルは、幅、パターン密度、ストップ層に依存します。下表は日常的に見積もる組み合わせで、それ以外は技術レビューで確認します。
| 開口幅 | 代表的な深さ | アスペクト比 | 備考 |
|---|---|---|---|
| 3〜5 µm | 100〜200 µm | 選択した形状で50:1超 | TSV・微細トレンチ。ライナー形成方法は、アスペクト比、形状、膜材料、被覆要件に応じて検討します |
| 10 µm | 350 µm | 35:1 | 形状例（説明用）。側壁角度とスキャロップは代表的な目標値で、ロットごとに確認します |
| 25 µm・50 µm（例） | ウェーハ全厚 400 µm・725 µm | ウェーハ厚と開口幅による。ご提示の形状について個別に確認します | 貫通ビア・流体穴。薄いウェーハはキャリアまたはフレーム上で処理 |
| 50〜500 µm | ウェーハ全厚 | ウェーハ厚と開口幅による。ご提示の形状について個別に確認します | キャビティ、メンブレン、ダイリリース。ローディング効果はパターン配置で管理 |
| SOIデバイス層 | 埋込酸化膜まで2〜200 µm | 設計による | 酸化膜界面でのノッチング制御 |
| 項目 | 仕様 | 備考 |
|---|---|---|
| プロセス | Bosch（SF₆ / C₄F₈交互） | エッチングとパッシベーションの繰り返し |
| 側壁角度 | 89〜90° | ほぼ垂直。テーパーはご要望に応じて調整 |
| スキャロップ振幅 | 100 nm未満 | ライナーが重要なビア向けに平滑化サイクルあり |
| マスク | フォトレジストまたはSiO₂ハードマスク | Si:SiO₂選択比100:1以上 |
| ウェーハサイズ | 2〜12インチ（300 mm） | 実現可能性検討用の小片・クーポンにも対応 |
| エッチストップ | 時間管理、埋込酸化膜（SOI）、裏面ストップ層 | 終点は案件ごとに時間または発光分光で管理 |
| 均一性 | 深さの測定位置、サンプリング方法、報告内容は案件ごとに取り決めます | ローディングとARDEの影響をお客様のレイアウトで検討 |
厚基板貫通シリコンビア（最大約1.5 mm）
一般的なTSVの深さは数十〜数百µmです。厚さ約1.5 mmまでのシリコン基板を貫通するビアはその5〜20倍の深さになり、数時間に及ぶ高アスペクト比エッチング、全エッチング時間にわたるマスクの健全性、深いビアの充填、機械的に脆弱な基板の両面平坦化という特殊な深掘り領域に入ります。株式会社ナノシステムズJPはこれをプロセス開発案件として、エッチングから充填・平坦化まで専任プロジェクトマネージャーのもとで一貫管理し、各段階で計測を行います。
- 基板準備とマスクパターニング（厚膜レジストまたはハードマスク）
- 両面からのBosch DRIE。ウェーハのミッドプレーンで貫通させ、第2面は第1面のエッチング形状に位置合わせ
- マスク除去と洗浄
- 銅電気めっきによるビア充填
- 両面平坦化（研削、研磨、必要に応じてCMP）
- 計測と検査
| 項目 | 対応内容 |
|---|---|
| 基板 | シリコン、厚さ最大約1.5 mm（その他の基板はご相談ください） |
| ビア形状 | 円形ビアおよび長円（スロット）ビア |
| 厚さ方向アスペクト比 | 10:1 |
| エッチング | Bosch DRIE、両面エッチングによる連続貫通ビア。第2面のパターンは第1面のエッチング形状に位置合わせ |
| ビア充填 | 銅電気めっき。充填状態はX線CTで確認 |
| 平坦化 | 両面研削・研磨。高い平坦度が必要な場合はCMPをご相談ください |
| 計測 | レーザー走査型共焦点顕微鏡（CD、深さ、側壁形状、表面粗さ）、X線CT（充填確認） |
| 対応形態 | プロセス開発案件。プロセス条件は案件ごとに評価・確定します |
すべての工程が深さに比例して難しくなります。片面あたり数時間のエッチングはマスク材料に負荷をかけ、10:1の厚さ方向アスペクト比はエッチング速度とビア幅の不均一を招き、貫通ビアが並んだ厚基板は機械的に脆くなり、深いビアをボイドなく銅で満たすには専用の充填技術が必要です。これらの課題を評価し、各段階のプロセス管理を継続的に改善しています。
厚いインターポーザ・キャリア
剛性や厚さが設計要件となる先端パッケージング向けのインターポーザおよびキャリア基板。
フィードスルー
MEMS・センサー基板の貫通電気配線、気密フィードスルー、真空パッケージング。
RF・パワー・フォトニクス基板
垂直接続を備えたRF、パワー、フォトニクスモジュール向けの厚基板。
AI/HPC・車載パッケージング
高帯域・高信頼性の組立て向けの剛性の高い厚いインターポーザとキャリア。
GDSや図面に含めていただきたい内容
実現可能性のレビューには5つの情報が必要です。揃っていれば、多くの場合、概算費用も併せて回答できます。
レイヤーと極性
エッチングするレイヤーと、描画形状が開口部か残す側か（クリア／ダークフィールド）。
パターンごとの深さ
パターン種別ごとの目標深さまたは「貫通」、およびストップ層（埋込酸化膜、裏面膜、時間管理）。
重要寸法と公差
同一レイヤー上の最小幅と最大開口、幅と深さの許容公差。
ウェーハスタック
基板厚、SOIのデバイス層・BOX厚、既存の膜、裏面を無傷に保つ必要の有無。
断面図
完成構造の手書き断面図1枚は、文章の説明より役立ちます。RFQにリンクまたはメールで添えてください。
設計時に考慮する効果
アスペクト比依存エッチング（ARDE）
同一ウェーハ上でも狭い開口は広い開口より遅くエッチングされます。レイアウトに対する深さ差の予測を報告し、必要に応じてエッチングの分割やレイアウト調整を提案します。
ローディング
広い開口領域は近傍パターンのエッチング速度を変化させます。ダミーパターンやエッチング順序をレビューで提案します。
SOIのノッチング
埋込酸化膜でのチャージングによりトレンチ底部が広がります。埋込酸化膜界面でのノッチングを抑えるため、エッチング条件と終点制御を検討します。コンフォーマルなライナーが必要な場合は、加工後の形状に応じて成膜方法を別途検討します。
深掘りエッチングの用途
MEMS
慣性センサー、圧力センサー、マイクロフォン、マイクロミラー、共振器：ばね、可動質量、メンブレン、リリース。
3D集積
3D-ICやインターポーザ向けTSV穴。ライナー、バリア、シード、充填、リビールまで同一プロジェクトで対応。
フォトニクス・光学
光学用開口、光ファイバー位置合わせ用トレンチ、ハイブリッド集積用キャビティ。結晶面に沿ったV溝については、必要な形状とエッチング方法をご相談ください。
マイクロ流体・バイオチップ
シリコンの流路、リザーバー、貫通穴。同一フローでガラスと接合。
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