ultra-low-k / kupfer- barriereschicht (tan/ru) metallisierung...ultra-low-k / kupfer-...
Post on 03-Feb-2021
6 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
Fraunhofer-Center
Nanoelektronische Technologien
Königsbrücker Str. 180
01099 Dresden
Ansprechpartner
Romy Liske
Telefon +49 351 2607 3040
romy.liske@cnt.fraunhofer.de
www.cnt.fraunhofer.de
Ultra-low-k / kUpfer- MetallisierUng
Aufgabenstellung
Die Verwendung von Kupfer als Verdrah-
tungsmaterial in Verbindung mit Materialien
kleiner Dielektrizitätskonstante (ULK - ultra-
low-k) trägt dazu bei, schnellere, kleinere
und energiesparendere Prozessoren und
Schaltkreise zu produzieren.
Dieser Fortschritt ist einerseits auf eine
innovative Verdrahtungstechnik (Dual-Da-
mascene-Technologie) zurückzuführen, die
es ermöglicht, komplexe und vielschichtige
Verdrahtungsebenen mit gleichbleibender
Präzision zu fertigen; andererseits sind es
die elektrischen Eigenschaften von Kupfer
selbst, die zu einer Erhöhung der Prozessor-
leistung und -zuverlässigkeit führen.
Lösungsweg
Im Fraunhofer CNT können BEoL-Prozesse
vom Ätzen und Reparieren des Dielektri-
kums, über das Aufbringen verschiedener
Barriere/Bekeimungs-Schichtsysteme bis zur
elektrochemischen Kupferabscheidung mit
abschließender Planarisierung mittels CMP
durchgeführt werden. Derzeitig erfolgt
die Prozessentwicklung für sub-45-nm-
Technolgien auf 300-mm-Wafern.
Die Arbeiten werden größtenteils im Rah-
men von öffentlich geförderten Projekten in
Kooperation mit dem Institut für Halbleiter-
und Mikrosystemtechnik (TU Dresden) und
GLoBALFoUNDRIES durchgeführt.
Technische Daten
• ULK-Ätzen: innovative Ätzverfahren -
Applied Materials Centura
• ULK Reparieren: naßchemisches Verfah-
ren - Semitool Raider
• Barriere/Bekeimungsschicht-Abscheidung:
Applied Materials Endura2
• Kupferabscheidung: Semitool Raider
• Temperung: TEL Formula
• CMP: Applied Materials Reflexion LK
1 300-mm-Wafer mit kupfer-Teststrukturen
2 „Seedless copper plating“ auf einer
Barriereschicht (TaN/Ru)
3 Symbol für Anlagen mit Kupfer-Zuordnung
4 Anwendung der Kupfertechnologie
auf Teststrukturen (70 nm)
F R A U N H O F E R - C E N T E R N A N O E L E k T R O N i s C H E T E C H N O L O g i E N
1
4
2 3
-
5
Vorteile
• Entwicklung unter produktions-
äquivalenten Bedingungen
• Optimierung einzelner Prozessschritte
und Prozessintegration
• Schnelle Durchführung von Machbar-
keitsstudien auf 300-mm-Wafern,
teilweise auch 200-mm-Wafern sowie
auf Bruchstücken möglich
• Anfertigen eigener Testlayouts mit Hilfe
von maskenloser E-Beam-Lithographie
• kurze Wege für Vorprozessierung,
Weiterverarbeitung und Auswertung bei
Firmen im Silicon Saxony
• enge Forschungs- und Industriekoopera-
tionen mit dem Institut für Halbleiter-
und Mikrosystemtechnik (TU Dresden)
und GLoBALFoUNDRIES
Anwendungsbeispiele
• Reparieren von Ätzschaden in den
Ultra-low-k-Strukturen
• Entwicklung von Barriere-Bekeimungs-
schicht-Systemen (TaN/Ta, Co, Ta(N)Ru
u.a. Materialien)
• Prozessentwicklung (PVD, CVD, ALD,
ECD, ofenprozesse)
• Verbesserung der Schichteigenschaften
von Nukleationsschichten, Direct Plating
(Cu) auf Barriere
• Elektrochemische Untersuchungen
(Cyclic voltammetric stripping, elektro-
chemische Impedanzspektroskopie)
• Chemikalienscreening für Repair, CVD,
ALD, Plating und CMP
5 Prozessanlagen im CNT-Reinraum für
ULK-Repair (links), Cu-Plating (in der Mitte)
und CMP (rechts)
6 Temperierte Beschichtungsversuche an
Waferbruchstücken in einer Hull-Zelle
7 Chemikalienscreening für galvanische
Kupferbäder
300-mm-BEoL-integrationslinie im Fraunhofer CNT
Analytik
• Porosimeter: Bestimmung der Porosität,
Porengröße und Porengrößenverteilung von
offenen Porensystemen mit einem Durch-
messer von > 0.5 nm. Bestimmung lateraler
Diffusionskoeffizienten durch Barrieren.
• Ellipsometrie: Bestimmung optischer
Parameter von dünnen Schichten. Grafische
Darstellung optional. Erweiterter Spektral-
bereich (bis 1700 nm) für das Labortool.
• XPs: In-situ-Analyse der Schichtzusammen-
setzung nach der Barriere-Bekeimungsschicht-
Abscheidung. Labortool für Ex-situ-Analytik.
• AFM: Analyse der Oberflächentopogra-
phie, CD-Messung, Seitenwandrauheit,
Messungen auf 200 mm und 300 mm.
• Fib-sEM, TEM: Defektanalyse, Ermittlung
der Linienrauhigkeit, Strukturüberwachung,
Bildgebung.
• High Resolution Profilometer:
Untersuchung von Oberflächenprofilen und
Rauheiten.
• 4-Punkt-Widerstandsmessung: Gra-
fische Darstellung des Schichtwiderstandes von
metallischen Schichten auf 300-mm-Wafern.
• XRD/XRR: Phasen- und Texturanalyse,
Ermittlung von Stress, Dichte, Rauhigkeiten
und Korngrößenverteilung, temperierbarer
Probenhalter (bis 950 °C) zur Bestimmung
von Kristallisationstemperaturen.
• siMs: Quantitative Elementanalyse
und Tiefenprofilierung, dynamischer oder
statischer Modus.
• 3D-Atomsonde: Dreidimensionale
quantitative Elementanalyse mit atomarer
Auflösung.
Kooperationspartner:
Ätzen der Verdrahtungsstrukturen
Barriereabscheidung
Elektrochemische Kupferabscheidung
Planarisierung der Oberfläche
6 7
top related