Neue Chip-Fertigungsanlagen für 65-Nanometer-Strukturen

Ein neues System zur Erzeugung von superdünnen dielektrischen Schichten soll die Fertigung von Halbleiterbauelementen mit nur 65 Nanometer kleinen Strukturen ermöglichen.

Applied Materials, einer der marktührenden Anbieter von Anlagen zur Chipherstellung, zeigt das neue System "Endura iCuB/S" (Kupfer Barrier/Seed) auf der heute beginnenden Fachmesse SEMICON West 2002 in San Francisco. Per Atomic Layer Deposition (ALD) erzeugt die neue Anlage Schichten, die im Extremfall nur noch eine Atomlage stark sind.

Solche hauchdünnen Filme etwa aus Tantalnitrid und ähnlichen (porösen) Low-K-Dielektrika isolieren die Kupfermetallisierung vom Siliziummaterial des Wafers. Sie stellen auch eine Diffusionsbarriere dar, denn anders als beim früher zur internen Chipverdrahtung verwendete Aluminium können Kupferionen in das Siliziummaterial eindiffundieren und den mühsam hergestellten und für die Funktion des Halbleiterbauelementes wichtigen Dotierungsverlauf stören; das würde zum Ausfall des Chips führen. Wegen seiner höheren Wärme- und Stromleitfähigkeit und der stärkeren Unempfindlichkeit gegen Elektromigration ist Kupfer aber als Leitermaterial gerade für besonders kleine Halbleiterstrukturen unverzichtbar.

Herkömmliche Diffusionsbarrieren mit höheren relativen Dielektrizitätskonstanten (üblicherweise als "K" bezeichnet) führen zu höheren parasitären Kapazitäten der internen Leitungen des Chips, daher ermöglichen Low-K-Dielektrika schnellere Schaltzeiten und damit höhere Taktfrequenzen. Doch als Gate-Isolatormaterial und besonders für die Kondensatoren von DRAM-Zellen verwendet man High-K-Dielektrika, um hohe Kapazitätswerte zu erreichen.

Als Besonderheit des neuen Gerätes hebt Applied Materials dessen Fähigkeit hervor, auch auf Strukturen mit einer großen "Aspect Ratio", also beispielsweise tief eingeätzten Gräben (Trenches) oder hoch aufragenden Finnen, einen gleichmäßigen Film zu erzeugen.

Applied Materials liefert auch kombinierte Anlagen, die per ALD eine Diffusionsbarrierre erzeugen und anschließend eine Kupferlage per Abscheidung aus der Dampfphase (Physical Vapor Deposition PVD). Dazu setzt das Unternehmen auf selbstionisierendes Plasma (SIP, Self-Ionized Plasma). Die Anregung der Plasmen besorgt ein Magnetron -- nach wie vor hat also auch zur Herstellung der modernsten Halbleiterchips die gute alte Vakuumröhrentechnik noch nicht ausgedient.