{"id":14489,"date":"2026-04-22T15:07:55","date_gmt":"2026-04-22T13:07:55","guid":{"rendered":"https:\/\/greenict.de\/?p=14489"},"modified":"2026-04-22T15:19:40","modified_gmt":"2026-04-22T13:19:40","slug":"umweltfreundliche-nass-reinigung-in-dual-damascene-prozessen-der-halbleiterfertigung-post-tin-etch-und-oxid-etch-cleaning","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/greenict.de\/en\/umweltfreundliche-nass-reinigung-in-dual-damascene-prozessen-der-halbleiterfertigung-post-tin-etch-und-oxid-etch-cleaning\/","title":{"rendered":"Umweltfreundliche Nass-Reinigung in Dual-Damascene-Prozessen der Halbleiterfertigung: Post TiN etch und Oxid-Etch cleaning"},"content":{"rendered":"

Im Projekt IFTiN wurden zwei Fluide der intelligent fluids GmbH mit zwei Referenzchemien im Dual Damascene-Prozess auf 300-mm-Wafern verglichen.
Die Reinigungsleistung, CD-Ver\u00e4nderungen sowie Residuen- und Resist-Entfernung wurden mittels CD-SEM, Defect Inspection und AFM bewertet; TiN-, Oxid- und Kupferstrukturen blieben unver\u00e4ndert, der Resist zuverl\u00e4ssig entfernt.
IF I\/IF II erreichten Residuenentfernung vergleichbar bis besser als dHF- bzw. EKC580-Referenzen und zeigten strukturgr\u00f6\u00dfenabh\u00e4ngige Unterschiede.
Die CO2e-LCA ergab, dass die Prozessdauer der ma\u00dfgebliche Emissionstreiber ist; Entsorgung bei intelligent fluids ist deutlich vereinfacht, weitere Daten zur Entsorgung und weitere Optimierungen sind erforderlich.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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\"\"<\/figure>
\n

A contribution from:<\/p>\n\n\n\n

Dr. Katharina Lilienthal<\/strong>
NANO-SYSTEM TECHNOLOGY
EMERGING MEMORIES
Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems IPMS<\/a>
Center Nanoelectronic Technologies (CNT) <\/p>\n\n\n\n




<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n

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Abh\u00e4ngig von Prozessknoten und Chip-Design werden heutzutage zwischen 10 und 25 Metalllagen \u00fcber der Transistorebene aufgebracht, die der Signalleitung, Stromverbindung und Einbindung weiterer Zusatzfunktionen dienen. Die Herstellung erfolgt \u00fcber den Dual Damascene Prozess, bei dem die Metall-Interconnects im BEOL (Back-End-of-Line) mittels Trench- und Via-\u00c4tzung in ein Dielektrikum erfolgt, bevor sie mit Kupfer gef\u00fcllt und mittels CMP planarisiert werden. F\u00fcr die pr\u00e4zise \u00c4tzung ins Dielektrikum ist eine Maskierung erforderlich, die dem Oxid-\u00c4tzprozess standh\u00e4lt. H\u00e4ufig wird dazu Titannritrid verwendet, was mittels PVD- oder CVD-Verfahren abgeschieden und \u00fcber eine Lithografie und Plasma- Etch-Step vorstrukturiert wird.
Bei diesem DD-Verfahren sind zudem zwischen den einzelnen Abscheidungen und \u00c4tzungen immer wieder Nass-Cleaning-Schritte erforderlich, die jeweils auf den n\u00e4chsten Schritt und das zu reinigende Material abgestimmt sind.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Abb.: 1: Der Dual Damascene Prozess erzeugt Kuper-basierte Interconnects um Transistoren miteinander zu verkn\u00fcpfen. Die vielen notwendigen Cleaning-Schritte w\u00e4hrend der Herstellung gilt es mit einer nachhaltigeren Chemie zu ersetzen.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Neben SC1\/SC2 oder dHF-basierten Chemien, kommen hier auch oft aggressive, toxische und teils erd\u00f6lbasierte Chemikalien zum Einsatz. Sie sind zum Teil mutagen, karzinogen, korrosiv, \u00f6kotoxisch bzw. wasservergiftend.
Bei 10-25 Metalllagen erfolgt 30-75 mal ein Cleaning-Step, der zudem Wassersp\u00fcl-Schritte und Energie ben\u00f6tigt!
Die Entwicklung zu nachhaltigerem Cleaning birgt zum einen ein sehr hohes Potenzial in sich, sollte jedoch auch alle Komponenten der Kette wie Chemie, Sp\u00fclschritte, der Energie und der Entsorgung betrachten.<\/p>\n\n\n\n

Im Projekt \u201eIFTiN\u201c haben wir zwei Fluide der Firma intelligent fluids GmbH gegen zwei Referenzchemien und deren Prozessierung miteinander verglichen.
F\u00fcr den Schritt des Hardmask-Opens wurde eine Chemie gegen dHF-Cleans (diluted HF, verd\u00fcnnte Flusss\u00e4ure) referenziert, f\u00fcr den Schritt des Oxid-\u00c4tzens gegen EKC580 von DuPont.
Dabei wurde die Partikel- und Residuen-Entfernung nach TiN-Etch sowie Oxid-Etch, die Auswirkung auf die Critical Dimensions (CD) und die Dauer des Prozesses erfasst und bewertet.<\/p>\n\n\n\n

\"\"
Abb. 2: Reste nach dem Oxid\u00e4tzen an den Seitenw\u00e4nden m\u00fcssen mit der Cleaning-Chemie entfernt werden ohne das Oxid anzugreifen oder die CD zu ver\u00e4ndern. EKC580 entfernt im Zusammenspiel mit H2<\/sub>O2<\/sub> auch gleich die TiN-Hartmaske.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Durchgef\u00fchrt wurden die Versuche auf 300mm-Industriestandard-Tools, wie einer Screen SU3200, einem vollautomatischen Single-Wafer Cleaner. Auch hier wurden eventuelle Auswirkungen der Chemie auf Leitungen, Filter oder Sensoren aufmerksam beobachtet.
Die Charakterisierung erfolgte mittels CD-SEM, Defect Inspection und AFM-Methoden.<\/p>\n\n\n\n

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Abb. 3: 300mm-Tool und Projektvorhaben der Prozessierung und \u00d6kobilanzierung<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Anhand von \u00fcber 60 Charakterisierungen konnte nachgewiesen werden, dass<\/p>\n\n\n\n

    \n
  1. Die Reinigungswirkung der alternativen Chemie vergleichbar oder besser zur Referenzchemie auf Blankwafern ist;<\/li>\n\n\n\n
  2. die alternative Chemie TiN, Oxid und Kupfer nicht angreift und keine negative Auswirkung auf die Critical Dimension besitzt;<\/li>\n\n\n\n
  3. der verwendete Positiv-Resist Pristine oder \u00e4tz-gesch\u00e4digt zuverl\u00e4ssig entfernt wird;<\/li>\n\n\n\n
  4. die Reinigungschemie \u201eIF I\u201c eine gleichwerte Residuenentferung post TiN-Etch erreicht, wie das Standard-dHF-Cleaning;<\/li>\n\n\n\n
  5. die Reinigungs-Performance von \u201eIF II\u201c post Oxid-\u00c4tzung vergleichbar zu EKC580 ist und mit H2<\/sub>O2<\/sub> gemischt werden kann;<\/li>\n\n\n\n
  6. die Reinigungseffizienz in gewissem Ma\u00dfe Strukturgr\u00f6\u00dfenabh\u00e4ngig ist (in kleinen Strukturen etwas weniger effizient).<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n
    \"\"
    Abb. 4: Partikelmessungen auf Blank -oder Resistwafern links und recht oben; AFM-Messungen auf Strukturen, rechts unten<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
    \"\"
    Abb. 5: Partikelmessungen auf strukturierten Wafern mit links \u201eIF II\u201c und rechts EKC580<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    Die CO2<\/sub>eq-\u00d6kobilanzierung pro Wafer zeigte im Fall des dHF-Prozesses eindeutig, da\u00df die Prozessdauer den ma\u00dfgeblichsten Effekt auf die Emissionen des Prozesses besitzt.<\/p>\n\n\n\n

    Im Fall des EKC580 f\u00e4llt die Chemie und das beigemischte H2<\/sub>O2<\/sub> schon st\u00e4rker ins Gewicht. Die Dauer der Prozesse war bei beiden in etwa gleich. Sie wurde auch f\u00fcr die Prozesse der alternativen Chemien beibehalten. Deren CO2<\/sub> eq-Werte lagen aufgrund der beinhaltenden Tenside jedoch deutlich h\u00f6her. Der entscheidende Punkt stellte sich bei der Entsorgung klar heraus. W\u00e4hrend beide Referenzchemien eine aufw\u00e4ndigen gesonderten Aufbereitung und Entsorgung ben\u00f6tigen, ist dies im Fall der Chemien von intelligent Fluids nicht n\u00f6tig.<\/p>\n\n\n\n

    \"\"
    \u00ad\u00adAbb. 6: CO2<\/sub>-Bilanzen der beiden Referenzprozesse, ohne Entsorgungsbetrachtung<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

    HF-Abw\u00e4sser m\u00fcssen aufw\u00e4ndig in einer F\u00e4llungs- und Flockungsanlage bewertet und neutralisiert, und in einer Kammerfilterpresse aufgefangen werden, bevor sie einem Entsorger \u00fcbergeben werden k\u00f6nnen.
    Auch EKC-basierte Chemien m\u00fcssen i.d.R. gesondert UV-behandelt und einem externen Entsorger \u00fcbergeben werden. Jeglicher Kontakt mit den Chemikalien muss unbedingt vermieden werden, was entsprechende Schutzma\u00dfnahmen und -Kleidung bedingt.
    Dies entf\u00e4llt bei der Verwendung der alternativen Chemien.<\/p>\n\n\n\n

    Ausblick: Weitere Prozessoptimierungen und Bilanzierungen sind n\u00f6tig. Dazu bedarf es der Erfassung der fehlenden Daten bei der Entsorgung und Wiederholungen der waferbasierten Tests.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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