Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme
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Umweltverträgliche Slurries auf Siliziumoxidbasis für die Mikroelektronikfertigung

In der heute üblichen Transistorfertigung werden die Einzelbauelemente durch gezielt hergestellte tiefe Gräben von isolierendem Siliziumoxid elektrisch voneinander getrennt. Um die Dimension der Isolationsgräben nanometergenau anzupassen, ist ein chemisch mechanischer Planarisierungsprozess (CMP) erforderlich. Heute wird bei diesem Schritt mit einer Poliersuspension (Slurry) basierend auf Ceroxid-Abrasivpartikeln gearbeitet. Da es sich bei Cer um ein Element der Seltenen Erden handelt, dessen Oxid im Verdacht steht, krebserregend zu sein, laufen am Fraunhofer IPMS Versuche mit umweltverträglicheren alternativen Slurries auf Siliziumoxidbasis.

Da beim Fertigungsprozess Siliziumoxid abgetragen wird und die Topographie mit Hilfe einer Polierstoppschicht aus Siliziumnitrid eingestellt wird, sind (mindestens) zwei Parameter zur Bewertung einer Slurry von zentraler Bedeutung: Der Oxidabtrag sollte hinreichend hoch sein, um einen hohen Prozessdurchsatz zu ermöglichen. Eine hohe Selektivität des Abtrags ist erforderlich, um den Prozess bei Erreichen der Polierstoppschicht zu beenden.

Den Vergleich des Oxidabtrags von zwei Cerid- und einer Silica-Slurry sehen Sie in dem folgenden Diagramm:

Es zeigt sich, dass die Abtragsrate der Silicaslurry parameterabhängig ähnlich zu einer der Ceriaslurries ist und der Zielparameter des Abtrags, auf den normiert wurde, erreicht wird. Anhand der Ceriaslurry 2 sieht man jedoch, dass Ceriaslurries generell noch wesentlich höhere Abtragsraten liefern können, so dass Produktionsprozesse damit möglicherweise schneller ablaufen können.

Im Bereich der Selektivität ergibt sich folgendes Bild:

Der Vergleich der Selektivität zwischen Oxid und Nitridabtrag zeigt hinreichend hohe Werte für die Silicaslurry.

Anhand dieser Daten von Wafern mit einer homogenen Materialschicht wird seit neustem eine Ceroxidfreie Slurry am Fraunhofer IPMS auf produktionsähnlichen strukturierten 300-mm-Wafern angewendet. Damit hat das Fraunhofer IPMS einen großen Schritt in Richtung nachhaltiger Mikroelektronikfertigung getan.

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