Bewertung neuartiger metallorganischer Precursoren für die chemische Gasphasenabscheidung von Kupfer für Metallisierungssysteme der Mikroelektronik

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 CupraSelectTM

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

A Anlagenbeschreibung

A.1 CVD-Versuchsreaktor

A.2 CVD-Anlage Varian Gartek

Zielsetzung & Themen

Die Arbeit bewertet die Eignung neu entwickelter metallorganischer Kupfer-Precursoren (ETTFA, METFA, CFTFA) für die chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) in der mikroelektronischen Metallisierung und vergleicht diese mit dem Industriestandard CupraSelect™.

• Charakterisierung neuer phosphitstabilisierter Kupfer(I)-Trifluoracetat-Verbindungen.
• Analyse des Abscheideverhaltens von MOCVD-Prozessen auf Kupferstartschichten und Barrierematerialien wie Titannitrid.
• Untersuchung der thermischen Eigenschaften mittels TGA/DSC sowie der Schichtqualität durch REM/EDX.
• Evaluierung der Prozessparameter und Einflüsse von Lösungsmitteln und Reduktionsmitteln wie Wasserstoff.
• Diskussion der Atomlagenabscheidung (ALD) als komplementäre Technik zur Erzeugung dünner Keimschichten.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einführung: Erläutert die Notwendigkeit des Übergangs zu Kupfer als Leitermaterial in der Halbleitertechnologie sowie die grundlegenden Herausforderungen der Metallisierung und CVD-Prozesse.

2 Bewertung neuer Kupferprecursoren: Detaillierte Untersuchung von ETTFA, METFA und CFTFA hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften, thermischen Stabilität und Abscheideresultate in MOCVD-Reaktoren.

3 CupraSelectTM: Analyse des etablierten Precursors als Referenzsubstanz, wobei insbesondere der Reaktionsmechanismus und die Schichtqualität unter optimierten Bedingungen betrachtet werden.

4 Atomlagenabscheidung (ALD): Einführung in die Grundlagen, Reaktoren und Entwicklungstendenzen der ALD mit Fokus auf deren Potenzial für zukünftige mikroelektronische Anwendungen.

5 Zusammenfassung: Abschließende Bewertung der untersuchten Precursoren und Vergleich mit dem Industriestandard; Ausblick auf den Forschungsbedarf zur Optimierung der Abscheideprozesse.

A Anlagenbeschreibung: Detaillierte technische Erläuterung der verwendeten Apparaturen, einschließlich des Versuchsreaktors und der CVD-Anlage Varian Gartek.

Schlüsselwörter

CVD, MOCVD, Metallisierung, Kupferprecursoren, Mikroelektronik, Halbleiter, ETTFA, METFA, CFTFA, CupraSelect, Atomlagenabscheidung, ALD, Titannitrid, Schichtwiderstand, Prozessparameter.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?

Es geht um die Evaluierung neuartiger metallorganischer Kupfer-Verbindungen als potenzielle Precursoren für die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) zur Metallisierung in der Mikroelektronik.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die zentralen Felder umfassen die chemische Charakterisierung der neuen Substanzen, die Untersuchung ihrer Eignung in MOCVD-Anlagen sowie die Analyse der resultierenden Kupferschichten auf Wafern.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Das Ziel ist die Prüfung, ob die neuen Precursoren (ETTFA, METFA, CFTFA) im Vergleich zum etablierten CupraSelect™ konkurrenzfähig sind, um künftige Anforderungen der Mikroelektronik zu erfüllen.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Die Arbeit nutzt unter anderem Thermogravimetrie (TG), Differenzthermoanalyse (DSC), Rasterelektronenmikroskopie (REM), Energiedispersive Röntgenspektrometrie (EDX) sowie spezifische elektrische Widerstandsmessungen.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil befasst sich detailliert mit der Synthese bzw. den Eigenschaften der drei Kupfer(I)-Trifluoracetate, führt Experimente zur Abscheidung auf unterschiedlichen Substraten durch und diskutiert Probleme wie Agglomeration und Ätzprozesse.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die wichtigsten Begriffe sind CVD, MOCVD, Metallisierung, Kupferprecursoren, Mikroelektronik, ALD, Schichtwiderstand und Oberflächencharakterisierung.

Warum schneidet CupraSelect™ bisher besser ab als die untersuchten Neustoffe?

CupraSelect™ erfüllt die Anforderungen an Reinheit, Abscheiderate und Schichtqualität besser; die Neustoffe zeigen bei den Versuchen oft unerwünschte Agglomerationserscheinungen oder eine zu geringe Wachstumsrate.

Welchen Einfluss hat Wasserstoff auf den Abscheideprozess bei den neuen Precursoren?

Die Zugabe von Wasserstoff kann die Keimdichte erhöhen und bei einigen Substanzen die Abscheidung geschlossener Filme begünstigen, wirkt jedoch bei der Lochbildung auf Barrierematerialien nur begrenzt entgegen.

Welche Herausforderungen bestehen bei der Verwendung von CFTFA?

Neben der geringen Abscheiderate zeigt CFTFA einen aggressiven Angriff auf die Unterlage (TiN/SiO2), was zu unerwünschten Ätzprozessen führt, die den Schichtaufbau behindern.