Kupfer-Metallisierung durch Galvanische Abscheidung
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Kupfer-Metallisierung

In der Chipfertigung setzt sich immer mehr der Einsatz von Kupferleiterbahnen durch, die trotz der erhöhten Kontaminationsgefahr durch Kupfer, geringerer Haftfähigkeit auf Dielektrika und stärkerer Korrosion das Aluminium Schritt für Schritt ersetzen. Kupfer hat eine deutlich bessere Leitfähigkeit, was bei der Verkleinerung von Strukturen in der Chipfertigung ausschlaggebend ist. Der Elektromigrationseffekt ist bei Kupfer deutlich geringer als bei Aluminium.

Das Kupfer wird zumeist in der so genannten Damaszenertechnik aufgebracht. Das Verfahren ist nach einer in Damaskus einstmals zur Herstellung von aus vielen Metallschichten bestehenden Schwertern, angewandten Methode benannt.

Kupfer-Metallisierung

Sputtern der Diffusionsschutzschicht

Galvanische Abscheidung des Kupfers

Kupfer-CMP

Nitrid-Abscheidung
Sputtern der
Diffusionsschutzschicht
Galvanische Abscheidung
des Kupfers
Kupfer-CMP Nitrid-Abscheidung

Auf das Silicium wird zunächst eine Diffusionssperre, evt. eine Ätzstopschicht sowie ein isolierendes Dielektrikum aufgebracht. Dann werden Gräben für die Leiterbahnen sowie die Kontaktlöcher geätzt. Es folgt die Aufbringung einer Keimschicht aus Kupfer. Sowohl die meist aus Titannitrid, Tantal oder Tantalnitrid bestehenden Schichten zur Vermeidung von Diffusion, wie auf die Kupferkeimschichten werden in Sputter-Technologie aufgebracht. Schließlich werden Gräben und Löcher in einem Arbeitsgang galvanisch mit Kupfer aufgefüllt. Das Kupfer wächst hierbei polykristallin auf. Die Größe der einzelnen Kristallite ist unterschiedlich und hängt von der Substratoberfläche, den Wachstumsbedingungen und von der Strukturgröße der Leiterbahnen bzw. Kontaktlöcher ab.
Zur Verbesserung und zur Stabilisierung der Eigenschaften der Kupferschicht ist eine Cu-Temperung unbedingt nötig. Anschließend wird durch ein chemisch-mechanisches Polierverfahren CMP das über die Grabenränder hinausgewachsene Kupfer wieder entfernt.

Der gesamte Tempervorgang wird bis zu 8 Mal wiederholt, wodurch mehrschichtige Leiterbahnnetze erzeugt werden können.

Der letzte Schritt besteht in der Passivierung der obersten Kupferschicht durch Siliziumnitrid.

Galvanische Abscheidung von Kupferschichten

Für die Abscheidung von Kupfer auf der Diffusionsschutzschicht ist zunächst die Abscheidung einer Keimschicht aus Kupfer nötig, die gewöhnlich aufgesputtert wird. In der Anlage zur galvanischen Abscheidung erfolgt zunächst die Anfeuchtung des Wafers. In diesem Schritt werden alle Gräben und Durchführungen blasenfrei mit Wasser gefüllt. Dies kann unter Zusatz von Detergentien oder mit Hilfe von Ultraschall erfolgen. Sehr gut funktioniert die Befeuchtung nach Evakuierung.
Der eigentliche, galvanische Abscheideprozess erfolgt in einer Abscheidekammer, in der der Wafer kopfüber auf einer Kathode montiert und von unten mit kupferhaltiger Elektrolytlösung angeströmt bzw. mittels rotierender Düsen angespritzt wird. Der Prozess erfordert eine genaue Temperaturkontrolle. Die Rückseite wird durch das Kammerdesign geschützt und wird nicht beschichtet. Die Kupferionen werden an der als Kathode fungierenden Keimschicht entladen und abgeschieden. Anschließend erfolgt in einer Rotationskammmer die Reinigung der Wafer mit DI-Wasser und evt. Säure sowie die Trocknung. Nach jedem Prozesschritt erfolgt automatisch die Reinigung der Kammer und der Elektroden.
Abscheideanlagen für die Kupfermetallisierung bestehen aus einer Befeuchtungskammer, einer oder mehreren Kupferabscheidekammern, Chemieversorgung, der Steuerung sowie dem Gleichrichter für die Galvanik. Die Abscheidung von Kupfer erfolgt jeweils einzeln für jeden Wafer. In der Anlage können jedoch mehrere Abscheidekammern, je nach Kundenanforderung installiert werden.
Neben Kupfer können auch andere Metalle wie Nickel, Indium, Gold, Silber, Palladium, Rhodium, Platin, Ruthenium oder Iridium abgeschieden werden.

Bitte kontaktieren sie uns, wenn sie mehr Informationen zu unseren Anlagen zur galvanischen Kupferabscheidung erhalten möchten.

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