Chemie in der Herstellung integrierter

Schaltkreise

Reinigungsverfahren

Herstellung eines Wafers

DRAM

Über 550 Prozessschritte

Etwa 17% davon sind Reinigungsschritte

90nm minimale Strukturbreite

International Technology Roadmap for Semiconductors

Reinraumklasse 10nach US Federal Standard 209d

≤ 10 Partikel mit einem Durchmesser von 0.5 µm in 28 L (1 Kubikfuß) Luft

entsprechen 10 Tennisbällen in einem Kubus von 30 km Kantenlänge

Bad HomburgBad HomburgFrankfurtFrankfurt

DarmstadtDarmstadtMainzMainz

StratosphäreStratosphäre

Verunreinigungen

Übersicht

Radio Corporation of America (RCA – Reinigung) Ultra- und Megaschallreinigung

SPM (Piranha-Dip)

H2SO4 / H2O2 (Caro´sche Säure ) etwa 3:1 Entfernt Reste des Photoresists Hinterlässt SiO2-Oberfläche (teilweise

sulfatterminiert) Nachteile: „SPM-Haze“ 2 NH3 + H2SO4

→ (NH4)2SO4

Wafer

Photoresist SiO2-Deckschicht

HF-Dip (Oxidentfernung)

HF 5% in Wasser Hinterlässt Wasserstoff-terminierte

Oberfläche Nachteil: Cu-haltig (Halbleitergift)

SiO2 + 4 HF → H2[SiF6] + 2 H2O

HF-Darstellung

CaF2 + H2SO4 → CaSO4 + 2HF

Destillative Reinigung

Reaktoren oft aus Monellmetall (Cu/Ni – Legierung)

Underetching

Partikel

WaferOxidschicht

Standard Clean 1 (SC1)

NH3 / H2O2 / H2O Früher 1:1:5 bei 80°C Heute eher 1:4:20 bei 50°C Löst organische Substanzen t1/2 : Stunden bis Tage Nachteile: Aufrauhung der Oberfläche

Si + H2O2 → SiO2 + 2 H2O

SiO2 + 2 OH- → SiO32- + 2 H2O

Katalytische Zersetzung von H2O2

Halbwertszeit von H2O2 in SC1 bei 70 °C

[Fe] < 0,08 ppbw t1/2 6,8 Tage

[Fe] = 1 ppbw t1/2 1,7 Stunden

2 H2O2 → 2 H2O + O2 ΔGr0 = -128,8 kJ/mol

Haber-Weiss Mechanismus

Fe2+Fe

3+H2O2

H2O2

H+ OOH

OOHH

+

Fe2+

H2O2

HO-Fe

3+OH

H2O2

OH2Fe

3+OOH

H+ Fe

2+

+

-FeIIIOOH2+ +

-

+

O2,

.

.

+

+- + .

+- + .

Start:

Kette:- -

Haber-Weiss-Mechanismus

Standard Clean 2 (SC2)

HCl / H2O2 / H2O 1 : 1 : 5 bei 75°C Löst Metalle H2O2 –Zersetzung durch Chlorid Ionen

katalysiert. t1/2 ≈ 20 min

Zusammenfassung

Bezeichnung Chemikalien Zusammensetzung Beseitigt Nachteile

SPM H2SO4 / H2O2 3 : 1Reste des

PhotoresistsPartikel & Sulfate

HF-Dip HF / H2O 1 : 20 SiO2– Deckschicht Partikel

SC1 NH3 / H2O2 / H2O 1 : 4 : 20 Organik & PartikelOberflächenaufrauhung

& Metalledeposition

SC2 HCl / H2O2 / H2O 1 : 1 : 5 Metallionen Partikel

Ausblick

Höhere Verdünnungen Niedrigere Temperaturen Komplexbildner Zusammenfassung von Reinigungsschritten

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit

Haber-Weiss-Mechanismus und Fenton- Reaktion

.2

.2

III.II

.III22

II

2II.

2III

2.222

.

22.

22.2

.2

II22

III

222

OHHO

HOFeHOFe

HOHOFe OHFe

HOFeHOFe

OHHOOHHO

OOHHOOHHO

HHOFeOH Fe

HOHOH

Verschwindende

Geschwindigkeitskonstante

Katalyse von Blau

durch die sogenannte

Fenton-Reaktion

Wasserstoffperoxid-Darstellung

Kat. Zersetzung durch Chlorid

Cl2O5,1OHHOOCl2

HOOClOHOHHOCl

HOClOHClOHOH

OHOHHOH

22

222

22

222