Fraunhofer-Institut für Elektronische NanosystemeAirgap-Technologien
Low-k- und ultra-low-k-Dielektrika (ULK) wurden in Hinblick auf ihre elektrischen Eigenschaften erfolgreich entwickelt. Zahlreiche CVD- oder Spin-on-Materialien, welche die erforderliche Permittivität erreichen, stehen zur Verfügung. Die Integration dieser Materialien in die Interconnect-Technologie warf allerdings, verbunden mit der Prozesskompatibilität (Seitenwandschädigung, Grenzfläche zu Barrierematerialien, Pore Sealing), den thermischen Eigenschaften, der mechanischen und chemischen Stabilität verschiedene Probleme auf. Hierfür wurden die Zielwerte in der ITRS-Roadmap für die Permittivität der Dielektrika im Interconnectsystem jährlich abgeschwächt. Airgap-Technologien, welche Luft (k=1) als Dielektrikum nutzen, scheinen geeignet zu sein, die effektiven k-Werte zwischen den Leitbahnen und Leitbahnebenen zu senken und gleichzeitig die Integrationsschwierigkeiten, insbesondere bei Verwendung poröser low-k-Materialien, zu vermeiden. Die verschiedenen Strategien der Airgap-Bildung, bekannt aus der Literatur, können zwei generellen Techniken zugeordnet werden: Luftspaltbildung durch nicht konforme Abscheidung (PECVD-Dielektrika) und die Nutzung von Opferschichten zwischen den Leitbahnen.
In enger Zusammenarbeit mit der TU Chemnitz wurden zwei ähnliche Airgap-Technologien entwickelt. Beide Ansätze, »mask« und »spacer« genannt, sind Opferschichtverfahren und nutzen ein Opfer-PECVD SiOx, welches später durch eine gepufferte HF-Lösung entfernt wird. Gesteuert von zusätzlichen strukturierten Hartätzmasken bieten sie die Möglichkeit des präzisen Ätzens, was entsprechende mechanische und thermische Eigenschaften garantiert. Dies ist eine geeignete Basis für eine Anwendung zur mehrstufigen Metallisierung (vor allem erfolgreiche CMP-Behandlung) und hinreichende Zuverlässigkeit.
Strukturen beider Methoden wurden nach ihren elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften charakterisiert.
Effektive Permittivität (keff) von Airgap-Strukturen nach »mask«-Ansatz für Metall-1“-Leitbahnen mit Geometrien der 45 nm Technologie abhängig von der Dicke und des k-Wertes aller funktionalen Schichten.