Prozesse und Technologien für die Mikro- und Nanoelektronik

Gasphasenabscheidung (CVD) von Diffusionsbarrieren und Metallen#

Barriere- und Kupfer-CVD-Verfahren werden für die Metallisierung der Kupfer-Interconnects als Alternative für PVD und Galvanik genutzt. CVD-Prozesse gewinnen ebenso in der 3D-Integration an Bedeutung, vor allem dort, wo Strukturen mit hohen Aspektverhältnissen (AR) metallisiert werden müssen. Das Fraunhofer ENAS verfügt auf diesem Gebiet über eine langjährige und umfassende Erfahrung.

Amorphe Zwischenschicht.
© Fraunhofer ENAS
Amorphe Zwischenschicht.
Einsatz einer TiN-basierten Haftschicht.
© Fraunhofer ENAS
Einsatz einer TiN-basierten Haftschicht.
REM-Aufnahmen der Cobaltoxid-CVD.
© Fraunhofer ENAS
REM-Aufnahmen der Cobaltoxid-CVD.

CVD von Diffusionsbarrieren: TiN

  • Präkursor: TDMAT
  • Mehrstufenprozess bestehend aus alternierenden Schritten einer metall-organischen CVD (MOCVD) und Plasmabehandlung
  • Prozessoptimierung für hohe Kantendeckung bezüglich Strukturgeometrie und -dichte
  • Stabilisierung mit SiH4 für bessere Eigenschaften der Diffusionsbarrieren an den Strukturseitenwänden
  • Abscheidung von Haftschichten für Kupfer CVD, z.B. für nachfolgende CMP Prozesse

Kupfer-CVD

  • thermische MOCVD mit CupraSelect™
  • vollständiges Füllen von Strukturen
  • Abscheidung von Keimschichten für die Galvanik
  • Metallisierung von Through Silicon Vias (TSV): mit Barriere/ Keimschicht für Viadurchmesser > 3 µm; vollständige CVD-Füllung für Via-Durchmesser < 3 µm
  • Prozessoptimierung für ausreichend hohe Kantenbedeckung bezüglich der Strukturgeometrie und -tiefe, auch für extrem große Aspektverhältnisse (> 20)
  • Metallisierung von Leitbahnen mit Abmessungen auch < 100 nm

Test und Bewertung neuer metall-organischer Präkursoren

  • Beurteilung neuer Kupfer- Präkursoren für thermische oder reaktive Abscheidung
  • Bewertung von anderen Präkursoren für die Abscheidung von Metallen, Metalllegierungen und Metallnitriden (z.B.: Ru, Sn, Mn)

Ausstattung:

Das Fraunhofer ENAS verfügt über eine Applied Materials P5000™, ausgestattet mit zwei CVD-Kammern (für Cu-CVD und TiN-CVD) sowie eine Plasmavorbehandlungskammer zur Bearbeitung von Wafern bis 200 mm Durchmesser. Beide CVD-Kammern basieren auf WxZ-Kammern und verfügen über verschiedene Verdampfersysteme für flüssige Ausgangsmaterialien, ein Bronkhorst-System mit einem Liquid-Delivery-System sowie einem Bubbler-System.

Veröffentlichungen:

Melzer, M.; C. K. Nichenametla; C. Georgi; H. Lang; S. E. Schulz.: Low-Temperature Chemical Vapor Deposition of Cobalt Oxide Thin Films from a Dicobaltatetrahedrane Precursor. RSC Advances 7, no. 79 (2017): 50269–78. https://doi.org/10.1039/C7RA08810H.