Vor dem Hintergrund der in der Mikroelektronik-Fertigung heute verbreiteten Kupfertechnologie werden in der vorliegenden Arbeit drei neuartige metallorganische Verbindungen, nämlich phosphitstabilisierte Kupfer(I)-Trifluoracetat-Komplexe vorgestellt und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit für die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) von Kupfer untersucht. Im einzelnen handelt es ich um die Substanzen Tris(trimethylphosphit)kupfer(I)trifluoracetat (METFA), Tris(triethylphosphit)kupfer(I)trifluoracetat (ETTFA) und Tri(tris(trifluorethyl)phosphit)kupfer(I)trifluoracetat (CFTFA). Mit den Substanzen erfolgen CVD-Experimente auf TiN und Cu bei Temperaturen <400°C. Die Precursoren werden dabei mittels eines Flüssigdosiersystems mit Verdampfereinheit der Reaktionskammer zugeführt. Während METFA wegen seiner ausreichend geringen Viskosität unverdünnt verwendet werden kann, kommen für ETTFA und CFTFA jeweils Precursor-Acetonitril-Gemische zum Einsatz. Mit keinem der Neustoffe können auf TiN geschlossene Kupferschichten erzeugt werden, während dies auf Kupferunterlagen in Verbindung mit Wasserstoff als Reduktionsmittel gelingt. Die Abscheiderate beträgt hierbei 2-3nm/min; der spezifische Widerstand der Schichten bewegt sich zwischen 4μΩcm und 5μΩcm. Mit allen Substanzen werden besonders an dünnen, gesputterten Kupferschichten Agglomerationserscheinungen und Lochbildung beobachtet. Im Fall von CFTFA treten zusätzlich Schäden am darunterliegenden TiN/SiO2-Schichtstapel auf. Vergleichende Untersuchungen mit der für die Cu-CVD etablierten Substanz (TMVS)Cu(hfac) ergeben sowohl auf Cu als auch auf TiN geschlossene Kupferschichten. Dabei liegen die Abscheideraten bei Temperaturen zwischen 180°C und 200°C im allgemeinen deutlich über 100nm/min. Ein Vergleich dieser Resultate mit den Ergebnissen für die Neustoffe legt nahe, dass den untersuchten Kupfer(I)-Trifluoracetaten keine ausreichende Tauglichkeit für Cu-CVD-Prozesse in der Mikroelektronik-Technologie bescheinigt werden kann. Die im Vergleich zu (TMVS)Cu(hfac) höhere thermische Stabilität der Precursoren und ihre Fähigkeit, mit Wasserstoff als Reaktionspartner auf Cu geschlossene Kupferschichten erzeugen zu können, deutet jedoch auf ihre eventuelle Eignung für ALD-Prozesse hin. Daher widmet sich die Arbeit in einem abschließenden Kapitel dem Thema der Atomic Layer Deposition (ALD), wobei nach einem allgemeinen Überblick besonders auf für die Mikroelektronik relevante ALD-Prozesse eingegangen wird.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einführung
- 1.1 Derzeitige Metallisierungstechnologie
- 1.2 CVD-Prozesse zur Metallabscheidung
- 2 Bewertung neuer Kupferprecursoren
- 2.1 Anforderungen an die Substanzen
- 2.2 Neustoffe
- 2.3 Tris(triethylphosphit)kupfer(I)trifluoracetat (ETTFA)
- 2.3.1 Charakteristika des Precursors
- 2.3.2 CVD-Experimente im Versuchsreaktor
- 2.3.3 Abscheidung in der CVD-Anlage Varian Gartek.
- 2.4 Tris(trimethylphosphit)kupfer(I)trifluoracetat (METFA)
- 2.4.1 Charakteristika des Precursors
- 2.4.2 CVD-Experimente im Versuchsreaktor
- 2.4.3 Abscheidung in der CVD-Anlage Varian Gartek.
- 2.5 Tri(tris(trifluorethyl)phosphit)kupfer(I)trifluoracetat (CFTFA).
- 2.5.1 Charakteristika des Precursors
- 2.5.2 CVD-Experimente im Versuchsreaktor
- 2.5.3 Abscheidung in der CVD-Anlage Varian Gartek.
- 2.6 Zusammenfassende Bewertung; Ausblick
- 3 CupraSelect™
- 3.1 Precursoreigenschaften und Reaktionsmechanismus
- 3.2 Abscheidung auf einer Kupferkeimschicht
- 3.3 Abscheidung auf gesputtertem TiN
- 4 Atomlagenabscheidung (ALD)
- 4.1 Charakteristika des Verfahrens
- 4.1.1 Prozessführung
- 4.1.2 Reaktanden und Schichtbildung
- 4.1.3 Reaktoren.
- 4.2 Entwicklungstendenzen
- 4.2.1 Elektrolumineszenzdisplays
- 4.2.2 Verbindungshalbleiter
- 4.3 ALD-Prozesse für die Mikroelektronik .
- 4.3.1 Front End of Line .
- 4.3.2 Back End of Line.
- 4.4 Hersteller
- 5 Zusammenfassung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Bewertung neuartiger metallorganischer Precursoren für die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) von Kupfer für Metallisierungssysteme der Mikroelektronik. Ziel ist es, die Eignung dieser Precursoren für die Herstellung von hochwertigen Kupferverbindungen in der Mikroelektronik zu untersuchen.
- Bewertung neuer Kupferprecursoren für die CVD-Abscheidung
- Untersuchung der Eigenschaften und des Abscheidungsverhaltens der Precursoren
- Analyse der Schichtqualität und -eigenschaften der abgeschiedenen Kupferfilme
- Vergleich der neuen Precursoren mit etablierten Verfahren
- Bewertung des Potenzials der neuen Precursoren für die Mikroelektronik
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Einführung
- Kapitel 2: Bewertung neuer Kupferprecursoren
- Kapitel 3: CupraSelect™
- Kapitel 4: Atomlagenabscheidung (ALD)
Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die derzeitige Metallisierungstechnologie in der Mikroelektronik und beleuchtet die Bedeutung der CVD-Prozesse zur Metallabscheidung. Es wird die Notwendigkeit neuer Kupferprecursoren für die Herstellung hochwertiger Kupferverbindungen in der Mikroelektronik erläutert.
In diesem Kapitel werden die Anforderungen an die Precursoren für die CVD-Abscheidung von Kupfer diskutiert. Es werden drei neue Precursoren, Tris(triethylphosphit)kupfer(I)trifluoracetat (ETTFA), Tris(trimethylphosphit)kupfer(I)trifluoracetat (METFA) und Tri(tris(trifluorethyl)phosphit)kupfer(I)trifluoracetat (CFTFA), vorgestellt und ihre Eigenschaften sowie ihr Abscheidungsverhalten untersucht. Die Kapitel 2.3 bis 2.5 beschreiben die Charakteristika, CVD-Experimente im Versuchsreaktor und die Abscheidung in der CVD-Anlage Varian Gartek für jeden der neuen Precursoren. Kapitel 2.6 bietet eine zusammenfassende Bewertung der neuen Precursoren und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsrichtungen.
Dieses Kapitel befasst sich mit dem Precursor CupraSelect™ und beschreibt dessen Eigenschaften und Reaktionsmechanismus. Es werden die Abscheidung auf einer Kupferkeimschicht sowie die Abscheidung auf gesputtertem TiN untersucht.
Kapitel 4 stellt das ALD-Verfahren und seine Charakteristika, wie Prozessführung, Reaktanden und Schichtbildung, sowie die verschiedenen Reaktoren vor. Es werden die Entwicklungstendenzen des ALD-Verfahrens in den Bereichen Elektrolumineszenzdisplays und Verbindungshalbleiter beleuchtet. Das Kapitel erläutert die Bedeutung von ALD-Prozessen für die Mikroelektronik, insbesondere für Front-End-of-Line- und Back-End-of-Line-Anwendungen. Schließlich werden verschiedene Hersteller von ALD-Systemen vorgestellt.
Schlüsselwörter
Metallisierung, Mikroelektronik, Chemische Gasphasenabscheidung (CVD), Kupferprecursoren, Tris(triethylphosphit)kupfer(I)trifluoracetat (ETTFA), Tris(trimethylphosphit)kupfer(I)trifluoracetat (METFA), Tri(tris(trifluorethyl)phosphit)kupfer(I)trifluoracetat (CFTFA), CupraSelect™, Atomlagenabscheidung (ALD), Schichtqualität, -eigenschaften, Precursoreigenschaften, Reaktionsmechanismus, Entwicklungstendenzen, Front-End-of-Line, Back-End-of-Line.
- Quote paper
- Thomas Wächtler (Author), 2004, Bewertung neuartiger metallorganischer Precursoren für die chemische Gasphasenabscheidung von Kupfer für Metallisierungssysteme der Mikroelektronik, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/92779
