Simulationskonzept für 32 nm CMOS Technologien:
Modellierung, Simulation und Charakterisierung des CMP-Planarisierungsverhaltens von dielektrischen Materialien

Förderer:
BMBF-Projekt /Förderkennzeichen: 01M3183B/13N10808

geförderte Projektpartner:
- Institut für Halbleiter- und Mikrosystemtechnik (IHM) Technische Universität Dresden
- Fraunhofer-Center Nanoelektronische Technologien (CNT), Dresden
- Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V. (IPF)

Ansprechpartner:
Dr. Cornelia Bellmann

Laufzeit:
06/2007 - 12/2010

Abstract:
Ökonomie und stetig sinkende Strukturgrößen zwingen zu hoher Effizienz bei der Qualifizierung und Optimierung der chemischmechanischen Planarisierung (CMP) von Strukturen im Halbleiter-Fertigungsprozess. Deshalb müssen die Durchläufe der Optimierungszyklen unter Einbeziehung geeigneter Modellierungen und Verifizierung des Ergebnisses deutlich verkürzt werden. Da hierzu aus Theorie und Praxis kaum oder nur teilweise durchgängige Ansätze bekannt sind, stellt sich das Projekt zum Ziel, vom Partikel- über den Struktur- bis zum Chiplevel in aufsteigender Dimension am Beispiel der Oxidpolitur Grundmechanismen der Politur und Wechselwirkung aufzuklären und diese schrittweise unter modularer Einbeziehung aller CMP-relevanten Teilsysteme:

Polierdispersion (Slurry), Polierunterlage (Pad) und zu polierender Struktur in die Modellbildung einfließen zu lassen. Neuartige Methoden und Techniken der in situ-Charakterisierung der Wechselwirkungen zwischen Pad, Wafer und dem nanodispersen System Slurry fließen gemeinsam mit empirischen Ergebnissen aus Polierversuchen in die Modellbildung ein. Die dazu entwickelten Techniken und Hilfsmittel, wie z. B. die mikrostrukturierten Einfachreflexionselemente für FTIR-Messungen an Si-Wafern mit den entsprechenden Schichtmaterialien sowie Kraft-Abstands-Messungen mit Cantileverspitzen eines AFM in der Dimension eines Einzelpartikels im Kontakt mit den zu polierenden Oberflächen sind neben den Untersuchungen im Projekt für eine Reihe ähnlicher Aufgabenstellungen nutzbringend anwendbar. Das nunmehr erweiterte Verständnis der kolloidalen Wechselwirkungen der Nanopartikel in den Slurries und derselben mit den Oberflächen von Struktur und Pad in Abhängigkeit von den pH-Werten und Ionenstärken wird durch Kryo-TEM-Bilder anschaulich und mit einem Modell zur Potenzialbildung an den Oberflächen verifiziert. Im Struktur- und Chiplevel bilden Modellierungen mit einem, bereits an Praxisbeispielen bei GLOBALFOUNDRIES erfolgreich angewandten, Global Heights-Modell den CMP-Prozess in guter Übereinstimmung mit den Versuchsergebnissen ab. Ergänzende Untersuchungen zum Einfluss der Pad-Konditionierung runden das komplexe Verständnis zu den CMP-Vorgängen ab.