Fraunhofer-Center

Nanoelektronische Technologien

Königsbrücker Str. 180

01099 Dresden

Ansprechpartner

Romy Liske

Telefon +49 351 2607 3040

romy.liske@cnt.fraunhofer.de

www.cnt.fraunhofer.de

Ultra-low-k / kUpfer- MetallisierUng

Aufgabenstellung

Die Verwendung von Kupfer als Verdrah-

tungsmaterial in Verbindung mit Materialien

kleiner Dielektrizitätskonstante (ULK - ultra-

low-k) trägt dazu bei, schnellere, kleinere

und energiesparendere Prozessoren und

Schaltkreise zu produzieren.

Dieser Fortschritt ist einerseits auf eine

innovative Verdrahtungstechnik (Dual-Da-

mascene-Technologie) zurückzuführen, die

es ermöglicht, komplexe und vielschichtige

Verdrahtungsebenen mit gleichbleibender

Präzision zu fertigen; andererseits sind es

die elektrischen Eigenschaften von Kupfer

selbst, die zu einer Erhöhung der Prozessor-

leistung und -zuverlässigkeit führen.

Lösungsweg

Im Fraunhofer CNT können BEoL-Prozesse

vom Ätzen und Reparieren des Dielektri-

kums, über das Aufbringen verschiedener

Barriere/Bekeimungs-Schichtsysteme bis zur

elektrochemischen Kupferabscheidung mit

abschließender Planarisierung mittels CMP

durchgeführt werden. Derzeitig erfolgt

die Prozessentwicklung für sub-45-nm-

Technolgien auf 300-mm-Wafern.

Die Arbeiten werden größtenteils im Rah-

men von öffentlich geförderten Projekten in

Kooperation mit dem Institut für Halbleiter-

und Mikrosystemtechnik (TU Dresden) und

GLoBALFoUNDRIES durchgeführt.

Technische Daten

• ULK-Ätzen: innovative Ätzverfahren -

Applied Materials Centura

• ULK Reparieren: naßchemisches Verfah-

ren - Semitool Raider

• Barriere/Bekeimungsschicht-Abscheidung:

Applied Materials Endura2

• Kupferabscheidung: Semitool Raider

• Temperung: TEL Formula

• CMP: Applied Materials Reflexion LK

1 300-mm-Wafer mit kupfer-Teststrukturen

2 „Seedless copper plating“ auf einer

Barriereschicht (TaN/Ru)

3 Symbol für Anlagen mit Kupfer-Zuordnung

4 Anwendung der Kupfertechnologie

auf Teststrukturen (70 nm)

F R A U N H O F E R - C E N T E R N A N O E L E k T R O N i s C H E T E C H N O L O g i E N

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Vorteile

• Entwicklung unter produktions-

äquivalenten Bedingungen

• Optimierung einzelner Prozessschritte

und Prozessintegration

• Schnelle Durchführung von Machbar-

keitsstudien auf 300-mm-Wafern,

teilweise auch 200-mm-Wafern sowie

auf Bruchstücken möglich

• Anfertigen eigener Testlayouts mit Hilfe

von maskenloser E-Beam-Lithographie

• kurze Wege für Vorprozessierung,

Weiterverarbeitung und Auswertung bei

Firmen im Silicon Saxony

• enge Forschungs- und Industriekoopera-

tionen mit dem Institut für Halbleiter-

und Mikrosystemtechnik (TU Dresden)

und GLoBALFoUNDRIES

Anwendungsbeispiele

• Reparieren von Ätzschaden in den

Ultra-low-k-Strukturen

• Entwicklung von Barriere-Bekeimungs-

schicht-Systemen (TaN/Ta, Co, Ta(N)Ru

u.a. Materialien)

• Prozessentwicklung (PVD, CVD, ALD,

ECD, ofenprozesse)

• Verbesserung der Schichteigenschaften

von Nukleationsschichten, Direct Plating

(Cu) auf Barriere

• Elektrochemische Untersuchungen

(Cyclic voltammetric stripping, elektro-

chemische Impedanzspektroskopie)

• Chemikalienscreening für Repair, CVD,

ALD, Plating und CMP

5 Prozessanlagen im CNT-Reinraum für

ULK-Repair (links), Cu-Plating (in der Mitte)

und CMP (rechts)

6 Temperierte Beschichtungsversuche an

Waferbruchstücken in einer Hull-Zelle

7 Chemikalienscreening für galvanische

Kupferbäder

300-mm-BEoL-integrationslinie im Fraunhofer CNT

Analytik

• Porosimeter: Bestimmung der Porosität,

Porengröße und Porengrößenverteilung von

offenen Porensystemen mit einem Durch-

messer von > 0.5 nm. Bestimmung lateraler

Diffusionskoeffizienten durch Barrieren.

• Ellipsometrie: Bestimmung optischer

Parameter von dünnen Schichten. Grafische

Darstellung optional. Erweiterter Spektral-

bereich (bis 1700 nm) für das Labortool.

• XPs: In-situ-Analyse der Schichtzusammen-

setzung nach der Barriere-Bekeimungsschicht-

Abscheidung. Labortool für Ex-situ-Analytik.

• AFM: Analyse der Oberflächentopogra-

phie, CD-Messung, Seitenwandrauheit,

Messungen auf 200 mm und 300 mm.

• Fib-sEM, TEM: Defektanalyse, Ermittlung

der Linienrauhigkeit, Strukturüberwachung,

Bildgebung.

• High Resolution Profilometer:

Untersuchung von Oberflächenprofilen und

Rauheiten.

• 4-Punkt-Widerstandsmessung: Gra-

fische Darstellung des Schichtwiderstandes von

metallischen Schichten auf 300-mm-Wafern.

• XRD/XRR: Phasen- und Texturanalyse,

Ermittlung von Stress, Dichte, Rauhigkeiten

und Korngrößenverteilung, temperierbarer

Probenhalter (bis 950 °C) zur Bestimmung

von Kristallisationstemperaturen.

• siMs: Quantitative Elementanalyse

und Tiefenprofilierung, dynamischer oder

statischer Modus.

• 3D-Atomsonde: Dreidimensionale

quantitative Elementanalyse mit atomarer

Auflösung.

Kooperationspartner:

Ätzen der Verdrahtungsstrukturen

Barriereabscheidung

Elektrochemische Kupferabscheidung

Planarisierung der Oberfläche

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