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, welche zu einer verschlechterten Haftung des CVD-Kupfers auf TiN führt.
© Fraunhofer ENAS
Amorphe Zwischenschicht, welche zu einer verschlechterten Haftung des CVD-Kupfers auf TiN führt.
Einsatz einer TiN-basierten Haftschicht verhindert die Bildung einer amorphen Zwischenschicht.
© Fraunhofer ENAS
Einsatz einer TiN-basierten Haftschicht verhindert die Bildung einer amorphen Zwischenschicht.
REM-Aufnahme einer Cobaltoxid-CVD Schicht.
© Fraunhofer ENAS
REM-Aufnahme einer Cobaltoxid-CVD Schicht.

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