Prozesse und Technologien für die Mikro- und Nanoelektronik mit Fokus auf Back-End of Line und Interconnects

In Situ Plasmadiagnostik für Ätzprozesse in der 7 nm Technologie

© Fraunhofer ENAS
Schematische Darstellung einer modifizierten Prozesskammer mit angeschlossener Multipassoptik (MPO) für die Plasmaanalyse mittels QCLAS.

Herausforderungen an Prozessplasmen hinsichtlich der Prozessreproduzierbarkeit, Kammerkonditionierungszustände oder Substratqualität sind gegenwärtig Tagesgeschäft für Halbleiterhersteller. Die gezielte Regelung von Plasmaparametern scheint der Ansatzpunkt, um den stets steigenden Anforderungen auch zukünftig gerecht werden zu können. Dafür müssen alternative in situ Techniken hochgradiger Sensitivität für die Industrie erprobt und etabliert werden. Dadurch motiviert, werden am Fraunhofer ENAS Prozessplasmen mit einer, in der Plasmaanalytik noch nicht etablierten, spektroskopischen Methode analysiert. Die Quantenkaskadenlaserabsorptionsspektroskopie (QCLAS) wird angewendet, um chemische Plasmaparameter von molekularen Ätzplasmen zu bestimmen. Die Methode liefert den direkten Zugang zu Konzentration und Temperatur diverser prozessrelevanter Plasmaspezies. So wurden im ECSEL-Projekt SeNaTe (Seven Nanometer Technology) Trockenstrukturierungsprozesse sogenannter ultra low-k Materialien (poröse Materialien sehr kleiner Dielektrizitätszahl) mittels QCLAS analysiert. Die während der Plasmabehandlung gemessenen Parameter wurden schließlich mit dem Degradationszustand geätzter Proben korreliert. So konnte gezeigt werden, dass durch Messung von Plasmaspezieskonzentrationen die Polymerisation auf Oberflächen direkt während des Prozesses beobachtet werden kann. Erstmalig wurde auch eine Korrelation zwischen Radikaltemperatur im Plasmaraum und der Seitenwanddegradation strukturierter Substrate beobachtet, wobei dieses Ergebnis gleichzeitig eine grundlegend akademische Fragestellung aufwirft, die es im Rahmen weiterer Analysen zu untersuchen gilt.

Projekt: SeNaTe gefördert unter H2020-EU.2.1.1.7., FKZ: 662338

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Foto einer modifizierten Prozesskammer.