Plasmadiagnostik für die 7-nm-Technologie

28.10.2019

Im EU-Projekt SeNaTe (Seven Nanometers Technology) wurde am Fraunhofer ENAS die Möglichkeit zur In-situ-Bestimmung des Schädigungsgrads von Strukturierungsprozessen für die 7-nm-Technologie entdeckt. Am EU-Projekt waren außerdem die Fraunhofer-Institute IISB und IWS beteiligt.

© Fraunhofer ENAS

Prozesskammer mit integrierter QCLAS-Diagnostik.

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Korrelation zwischen Seitenwanddegradation und Radikaltemperatur

Bei der Herstellung integrierter Schaltkreise kommen größtenteils plasmagestütze Verfahren zum Einsatz. In der Prozessdiagnostik spielen daher plasmadiagnostische Methoden wie optische Emissionsspektroskopie (OES) oder selbst erregte Elektronenresonanzspektroskopie (SEERS) eine zentrale Rolle.

Bei der Höchstintegration mit Leitbahnabständen im nm-Bereich werden aufgrund der integrierten Materialien In-situ-Diagnostiken immer wichtiger. Dabei kommen meist ultra-low-k-Materialien (ULKs) zum Einsatz, die eine relative Dielektrizitätskonstante (k) von unter 2,4 erreichen können. Dadurch werden Verzögerungszeit, Leitungsverluste und Übersprechungseffekte minimiert. Jedoch kommt es bei der Plasmastrukturierung von ULKs durch Ionenbeschuss, UV-Strahlung und Radikaldiffusion häufig zu Seitenwandschädigungen, die den k-Wert wiederum erhöhen können.

Solche Schädigungen sind in der 7-nm-Technologie kaum noch nachweisbar. Ziel des Teilvorhabens des Fraunhofer ENAS im SeNaTe-Projekt war es daher, ULK-Schädigungen mittels geeigneter Plasmaparameter bereits während des Plasmaprozesses zu visualisieren und damit alternative Parameter für Prozessoptimierungen zu generieren. Im Rahmen des Projekts wurde mithilfe der Quantenkaskadenlaser-Absorptionsspektroskopie (QCLAS) das Ätzprodukt CF2 molekularer ULK-Ätzplasmen analysiert. Die zeitaufgelöste Messung der Absorption während des Strukturierungsprozesses erfolgte dabei an einer modifizierten Prozesskammer. Über Hohlspiegel an den Kammerwänden wird ein extrem schmalbandiger Laserstrahl mehrfach durch das Plasma geführt und somit ausschließlich die Absorption von CF2 detektiert. Aus diesem Signal lassen sich Absorbanz und Temperaturverbreiterung der Plasmaspezies ableiten. Parallel dazu wurde die Seitenwandschädigung strukturierter ULK-Oberflächen anhand von Rasterelektronenmikroskop- Oberflächenbildern vor und nach der nasschemischen Entfernung der Schädigungszone bestimmt. Diese ergab sich aus der Differenz der jeweiligen Kantenabstände der Stege. Dabei wurde eine Korrelation zwischen Radikaltemperatur im Plasmaraum und der Seitenwanddegradation strukturierter Substrate festgestellt. Die ermittelten Plasmaparameter erwiesen sich somit als aufschlussreiche Prozessregelgröße.

Über das Projekt

Am SeNaTe-Projekt sind insgesamt 42 Partner aus Industrie und Forschung beteiligt. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), dem Freistaat Sachsen und dem europäischen ECSEL-Programm gefördert. Weitere Informationen zum Projekt und den beteiligten Einrichtungen unter: www.elektronikforschung.de/projekte/senate.