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Picket Fences … ?

Jeder Prozessingenieur , der mit Halbleitertechnologie befasst ist, kennt das Problem, doch Beiträge sind selten im Internet zu finden.

Die Sprache ist von den sogenannten „fences“ oder auch „crowns“, die als Rückstände nach der Strukturierung vom Metall oder Dieelektrikumsschichten zu sehen sind.

FencesBild 1: besonders dichte zusammenhängende Seitenwände an den Leiterbahnen

Wie kommen diese Gebilde zustande, und woraus bestehen sie? Gefährden solche Reste das Prozessergebnis?

Fences oder Crowns sind die übriggebliebene Seitenwandpassivierung¹, die beim Trockenätzen im Plasma für die lateral nahezu verlustfreie Übertragung des Lackmasses ins Ätzmass ins Metall sorgt (im idealen Fall).

Um die Ätzmaske zu entfernen, folgt ein durchaus gründlicher Ablackschritt – warum bleiben trotzdem solche Gebilde nach dem „Resist-Strip“ noch übrig?

Sie bestehen zu einem sehr großen Anteil des Lackes, also Polymere, die mit den Bestandteilen der zu ätzenden Schicht (z.B. AlSiCu), des eingesetzten Gase (z.B. Chlor und Bortrichlorid), des angeätzten Untergrundes (z.B. Siliziumoxid oder Siliziumnitrid) sowie ihrer möglichen Kombinationen.

Mit dem einfachen „Ablacken“, einem Trockenätzvorhang , bei dem der überwiegende Anteil des Prozessgases Sauerstoff ist, werden lediglich die reinen Polymere verascht, nicht jedoch die „Fences“, weil sie weitaus ätzresistenter sind.

Sollte sich unter der zu ätzenden Schicht noch eine sogenannte Diffusions-Barriere, oder eine Haftvermittlungslage (meist Titan/Titiannitrid) befinden, die auch geätzt werden muss, entstehen besonders widerstandsfähige Seitenwände bzw. „Fences“.

Wie lassen sich diese „fences“ entfernen ?

Eine chemische Auflösung dieser „fences“ ist kaum möglich. Was bleibt, ist die Praxis, mithilfe einer alkalischen Lösung, die Zwischenräume der „fences“ und des Metalls zu unterkriechen, eine Art lift-off der Reste.  Einer der Hersteller für solche Reinigungschemikalien ist die Firma EKC Technology, die mehrere Produkte, je nach Anwendungsfall zur Verfügung stellt. Diese Plasmaätz-nachbehandlungsmittel bestehen aus Wasser, Alkanolamin, Katechol und Hydroxylamin. Sie sind gesundheitlich nicht ganz unbedenklich. Bitte hierzu das jeweilige Sicherheitdatenblatt beachten !

fences nach Nassbehandlung

Bild 2: Abgeschälte Seitenwände bzw. Polymerreste

Aber auch dieser nasschemische „Reinigungsschritt“  hat seine Tücken. Diese Produkte besitzen einen pH-Wert über 11 und können die korrosionsanfälligen Materialien wie Aluminiumverbindungen wie z. B. AlSiCu-,  oder Titannitrid- und Titan-Wolframschichten anätzen. Die genauen Prozessparameter sind zu beachten und für den jeweiligen Prozess zu optimieren. Wird dies nicht berücksichtigt, so kann der Fall eintreten, dass die Reste zwar entfernt wurden, das CD-Mass jedoch stark gelitten hat, weil das Metall ebenfalls angeätzt wurde.

Deshalb folgende Empfehlung:

Nach dem Einsatz dieses Lösungsmittels, einer IPA-Spülung, um die Reaktion zu stoppen und einer anschliessenden Wassernachbehandlung sind meist die „fences“ entfernt. Sollten es jedoch besonders hartnäckige „fences“  sein und auf der Waferoberfläche noch haften, hilft ein zusätzliches Sauerstoffplasma im Ablacker.

restefrei nach Nassbehandlung und O2-Schritt

Bild 3: Saubere Strukturen (Leiterbahnen) selbst auf topographisch schwierigem Untergrund.

Als ein gutes Inspektionstool für die Mikrostrukturierung hat sich ein CD-SEM erwiesen, mit dem man sowohl das CD-Mass als auch die Restefreiheit kontrollieren kann.

¹Seitenwandpassierung ist ein essentielles Merkmal der Mikrostrukturierungsprozesse mittel RIE-Ätzen. Sie verbessert die Anisotropie des Vorgangs durch Schutz der während der Ätzung freigelegten Seitenwände mittels Polymeren, die durch den gleichzeitigen Abtrag der Resistmaske entstehen.

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