Bildungsplanreform 2004 Integrierter Bereich: Themenorientierte Projekte.
Chemie in der Herstellung integrierter Schaltkreise
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Chemie in der Herstellung integrierter
Schaltkreise
Reinigungsverfahren
Herstellung eines Wafers
DRAM
Über 550 Prozessschritte
Etwa 17% davon sind Reinigungsschritte
90nm minimale Strukturbreite
International Technology Roadmap for Semiconductors
Reinraumklasse 10nach US Federal Standard 209d
≤ 10 Partikel mit einem Durchmesser von 0.5 µm in 28 L (1 Kubikfuß) Luft
entsprechen 10 Tennisbällen in einem Kubus von 30 km Kantenlänge
Bad HomburgBad HomburgFrankfurtFrankfurt
DarmstadtDarmstadtMainzMainz
StratosphäreStratosphäre
Verunreinigungen
Übersicht
Radio Corporation of America (RCA – Reinigung) Ultra- und Megaschallreinigung
SPM (Piranha-Dip)
H2SO4 / H2O2 (Caro´sche Säure ) etwa 3:1 Entfernt Reste des Photoresists Hinterlässt SiO2-Oberfläche (teilweise
sulfatterminiert) Nachteile: „SPM-Haze“ 2 NH3 + H2SO4
→ (NH4)2SO4
Wafer
Photoresist SiO2-Deckschicht
HF-Dip (Oxidentfernung)
HF 5% in Wasser Hinterlässt Wasserstoff-terminierte
Oberfläche Nachteil: Cu-haltig (Halbleitergift)
SiO2 + 4 HF → H2[SiF6] + 2 H2O
HF-Darstellung
CaF2 + H2SO4 → CaSO4 + 2HF
Destillative Reinigung
Reaktoren oft aus Monellmetall (Cu/Ni – Legierung)
Underetching
Partikel
WaferOxidschicht
Standard Clean 1 (SC1)
NH3 / H2O2 / H2O Früher 1:1:5 bei 80°C Heute eher 1:4:20 bei 50°C Löst organische Substanzen t1/2 : Stunden bis Tage Nachteile: Aufrauhung der Oberfläche
Si + H2O2 → SiO2 + 2 H2O
SiO2 + 2 OH- → SiO32- + 2 H2O
Katalytische Zersetzung von H2O2
Halbwertszeit von H2O2 in SC1 bei 70 °C
[Fe] < 0,08 ppbw t1/2 6,8 Tage
[Fe] = 1 ppbw t1/2 1,7 Stunden
2 H2O2 → 2 H2O + O2 ΔGr0 = -128,8 kJ/mol
Haber-Weiss Mechanismus
Fe2+Fe
3+H2O2
H2O2
H+ OOH
OOHH
+
Fe2+
H2O2
HO-Fe
3+OH
H2O2
OH2Fe
3+OOH
H+ Fe
2+
+
-FeIIIOOH2+ +
-
+
O2,
.
.
+
+- + .
+- + .
Start:
Kette:- -
Haber-Weiss-Mechanismus
Standard Clean 2 (SC2)
HCl / H2O2 / H2O 1 : 1 : 5 bei 75°C Löst Metalle H2O2 –Zersetzung durch Chlorid Ionen
katalysiert. t1/2 ≈ 20 min
Zusammenfassung
Bezeichnung Chemikalien Zusammensetzung Beseitigt Nachteile
SPM H2SO4 / H2O2 3 : 1Reste des
PhotoresistsPartikel & Sulfate
HF-Dip HF / H2O 1 : 20 SiO2– Deckschicht Partikel
SC1 NH3 / H2O2 / H2O 1 : 4 : 20 Organik & PartikelOberflächenaufrauhung
& Metalledeposition
SC2 HCl / H2O2 / H2O 1 : 1 : 5 Metallionen Partikel
Ausblick
Höhere Verdünnungen Niedrigere Temperaturen Komplexbildner Zusammenfassung von Reinigungsschritten
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit
Haber-Weiss-Mechanismus und Fenton- Reaktion
.2
.2
III.II
.III22
II
2II.
2III
2.222
.
22.
22.2
.2
II22
III
222
OHHO
HOFeHOFe
HOHOFe OHFe
HOFeHOFe
OHHOOHHO
OOHHOOHHO
HHOFeOH Fe
HOHOH
Verschwindende
Geschwindigkeitskonstante
Katalyse von Blau
durch die sogenannte
Fenton-Reaktion
Wasserstoffperoxid-Darstellung
Kat. Zersetzung durch Chlorid
Cl2O5,1OHHOOCl2
HOOClOHOHHOCl
HOClOHClOHOH
OHOHHOH
22
222
22
222