Nasschemische Ätzung von Siliziumnitridschichten mit organischen Komplexbildnern (seit 2018)

Bei diesem Projekt werden alternative nasschemische Ätzmethoden von Siliziumnitrid (SiNx, Si3N4) oder Siliziumoxinitrid in der Halbleitertechnik untersucht. Hierfür werden organische Komplexbilder als Alternativen zu Phosphor- und Flusssäure herangezogen. Das Ziel ist es zu zeigen, dass auch „Green Chemistry“ in der Halbleiterindustrie möglich ist.

Aktuelle Fragestellungen

Die Elektrotechnik nutzt Siliziumnitrid als Maskierungs-, Passivierungs- und Isolationsmaterial in der Halbleitertechnik. Hier wird es meist auf Siliziumwafer aufgebracht. Die Beschichtung des Wafers wird im Normalfall mit dem LPCVD-Verfahren (Low Pressure Chemical Vapour Deposition) oder dem PECVD-Verfahren (Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition) realisiert.

Wenn das Siliziumnitrid als Maskierungsschicht gedient hat, muss es auch wieder vom Wafer entfernt werden. Dies geschieht über das Trockenätzen oder das nasschemische Ätzen. Das nasschemische Ätzen ist in der Siliziumtechnologie weit verbreitet, da es einen geringen gerätetechnischen Aufwand erfordert und einen hohen Durchsatz erlaubt. Für die meisten Anwendungen hat dieser Ätzprozess auch eine ausreichend hohe Selektivität gegenüber der Maske.

Hier setzt das Projekt an, denn Siliziumnitrid wird in der Halbleiterindustrie mit heißer (140 °C bis 200 °C) konzentrierter Phosphorsäure (85 %) oder mit flusssäurehaltigen Ätzlösungen entfernt. Organische Komplexbildner sind eine Alternative dazu, da Phosphorsäure und ihre Phosphate zur Eutrophierung beitragen und damit für das Umkippen von Gewässern verantwortlich sind und Flusssäure eine Belastung für die Umwelt darstellt und sehr giftig ist. Die organischen Komplexbildner sind umweltfreundlicher und arbeitssicherer als die herkömmlichen Substanzen. Die thermodynamischen Bedingungen für diese Reaktionen werden untersucht, um eine mögliche Grundlage für deren Anwendung zu geben.

Materialsynthese und -charakterisierung

Um vergleichbare Proben herzustellen, werden mit Hilfe von PECVD- und LPCVD-Verfahren Siliziumnitridschichten auf Siliziumwafern hergestellt. Danach werden diese Schichten mit verschiedenen Oberflächenanalysemethoden untersucht (Ellipsometrie, die Kristallphase mit Röntgenkristallographie (XRD) und die Oberflächenschichtzusammensetzung mit Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS)).

Die hergestellten Siliziumnitridschichten werden dann mit unterschiedlichen organischen Komplexbildnern wieder entfernt. Dann werden die Oberflächen der Siliziumwafer auf Siliziumnitrid untersucht und unter Umständen auch die verwendete Ätzlösung - hier mit Hilfe von z.B.: Massenspektrometrie (MS) und anderen.

Finanzierung

Die Finanzierung erfolgt über eine Landesinnovationspromotion des ESF.

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