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

Experimentelle und theoretische Untersuchungen an einem Plasma-unterstützten in situ Reparaturprozess für ULK-Dielektrika

© Fraunhofer ENAS
a) Schematischer Querschnitt und SEM-Draufsicht eines geätzten Grabens b) Nach Entfernung des beschädigten Seitenwandmaterials.

Plasmaschädigungen beim Ätzen von Ultra-low-k Materialien (ULK) können nicht vollständig verhindert werden. Die Schädigungen führen zu erhöhten Dielektrizitätswerten und somit zu höheren RC-Produkten im Leitbahnsystem. Deshalb wurde am Fraunhofer ENAS ein in situ Plasma-Reparatur-Prozess entwickelt, welcher eine bessere Reparatureffizienz aufweist als entsprechende Silylierungsprozesse. Zudem erfolgt der Reparaturprozess ohne Vakuumunterbrechung, so dass durch die Plasmaeinwirkung aufgebrochene Bindungen nicht erst durch Wassermoleküle abgesättigt werden können.

Es wurden zwei Reparaturchemien untersucht, OMCTS als sauerstoffhaltiger Precursor und DMADMS ohne Sauerstoffbestandteile. Die Ergebnisse der theoretischen Untersuchungen, die Simulation der Fragmentierung der Precursoren und des Reparaturprozesses an den geschädigten Bindungen stimmen mit den experimentellen Ergebnissen sehr gut überein. Der sauerstoffhaltige OMCTS-Precursor ist besser für die Reparatur der geschädigten Bindungen geeignet und dessen Wirkung wird nochmals begünstigt durch Zumischung von O2 zum Prozessgas. Es konnte eine Reparaturwirkung von mehr als 25 % erreicht werden.

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Molekulare Struktur des verwendeten Raparaturprecursors Octamethylcyclotetrasiloxan (OMCTS) und Bis(dimethylamino)dimethylsilan (DMADMS).
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Materialabtrag der seitenwandgeschädigten und -reparierten 62 nm Trenches während unterschiedlicher OMCTS-Durchflüsse und Zusatz von Gasadditiven.
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Siliziumdioxidcluster mit –OH und –H Gruppen und den entsprechenden Reparaturfragmente.