Ätzen von Titannitrid mit Halogenverbindungen

Mit zunehmender Miniaturisierung mikroelektronischer Bauelemente steigen die Anforderungen an reproduzierbare qualitätskonforme Schichten. Um die zur Herstellung notwendigen ALD/PVD/CVD-Schichtabscheideanlagen in einen zuverlässigen Zustand zu versetzen, ist eine regelmäßige Kammerreinigung notwendig. Während des Abscheideprozesses werden nicht nur das Substrat, sondern auch die umliegenden Kammerteile beschichtet. Diese Schichten wachsen mit jedem Beschichtungszyklus weiter an. Der Stress zwischen Schicht und Kammerwand steigt beständig, und es besteht das Risiko das Teile abplatzen und auf die Waferoberfläche fallen und damit die Struktur unbrauchbar machen. Um das zu verhindern, muss die Kammerwand in einen regelmäßigen Zustand versetzt werden, in dem sichergestellt ist, daß keine Schichtreste abplatzen können. In der vorliegenden Arbeit wird ein neues Verfahren zur Trockenreinigung von ALD-Titannitrid Kammern vorgestellt. Dazu wurden TiN-Stücke (hergestellt im ALD, CVD, PVD-Verfahren) auf einem temperaturgeregelten Probenhalter platziert. Eine Argon/NF3 Gasmischung wurde in einer externen Plasmaquelle (RPS) zerlegt und in die Reaktionskammer geschleust. Die Ätzung wurde mit in-situ Reflexionsmessung beobachtet. Experimente mit Chlorzugabe wurden unternommen und ein starker Einfluss auf den Ätzmechanismus beobachtet. Die Ätzraten des TiN sind exponentiell abhängig von der Temperatur und proportional abhängig von der Verfügbarkeit atomaren Fluors. Dieses wird bei der Zerlegung von NF3 frei gesetzt und steht der Reaktion zur Verfügung. Die NF3-Zerlegung in Fluor und Stickstoff wurde mit Hilfe der Massenspektrometrie (QMS) untersucht, Zerlegungsgrade größer 96% wurden erreicht. Mit Hilfe dieser Messung kann der Einfluss der Kammerreinigung auf den Treibhausgasausstoß (GWP) bestimmt werden. Mit dem Ar/NF3-Verfahren können die GWP-Emissionen um 90% im Vergleich zur RIE-Ätzung mit SF6 reduziert werden. Mit Argon/Chlor-Plasmen konnte kein Titannitrid geätzt werden, da die physikalische Sputterkomponente fehlte. Durch Hinzufügen von Chlor zu einer Ar/NF3-Gasmischung konnte die Ätzrate um bis zu 270% im Bereich niedrige Temperaturen/niedriger Druck gesteigert werden. Bei höheren Temperaturen/höherem Druck fielen die Ar/NF3/Chlor Ätzraten allerdings deutlich hinter die des Ar/NF3 zurück. Die dazu führenden Effekte werden untersucht und ausgeführt. Die Nutzung von externen Plasmaquellen bietet eine vielversprechende Alternative um Abscheideanlagen von TiN-Rückständen reinigen zu können. Bei hohen Temperaturen werden deutlich höhere Ätzraten als bei anderen Schichten (SiN, SiO2, W) erreicht. Für Anwendungen im niedrigen Temperaturbereich erlaubt die Zugabe von Chlor interessante Anwendungsmöglichkeiten.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Technische Universität Dresden

Year

2009

Author dc:creator

• Hellriegel, Ronald

Contributors dc:contributor

• Bartha, J. W.
• Schultheiss, Eberhardt
• Henke, Axel

• TiN
• Titannitrid
• RPS
• plasma
• NF3
• ClF3
• Fluor
• Kammerreinigung
• titanium nitride
• remote plasma source
• fluorine
• chamber clean