Umweltfreundliches Reinigungsgas für die Halbleiterindustrie

Kurzbeschreibung

© Fraunhofer EMFT
PECVD Reinigungsplasma mit umweltfreundlicher und FCKW-freier Fluorchemie Solvaclean

Viele Plasma-Beschichtungsanlagen der Halbleiterindustrie müssen nach jedem Fertigungsschritt gründlich und regelmäßig gereinigt werden. Bisher geschieht dies überwiegend mit perfluorierten Kohlenwasserstoffen (PFCs) und Stickstofftrifluorid (NF3) – Gasen, die für die Umwelt bis zu 17.000 Mal schädlicher sind als das „Treibhausgas“ CO2.

Solvay, Texas Instruments, Muegge und die Fraunhofer EMFT arbeiten im Projekt ecoFluor an einer umweltfreundlicheren Alternative, die lediglich das Treibhauspotenzial von CO2 hat: Der von den Kooperationspartnern eingesetzte Gasmix „Solvaclean®“ aus Fluor, Stickstoff und Argon verzichtet vollständig auf die besonders umweltschädlichen Gase PFCs und NF₃. 

Die Fraunhofer EMFT war im ersten Projektjahr schwerpunktmäßig dafür zuständig, die neue Gasmischung hinsichtlich Ätzrate, Prozessstabilität und Partikelbelastung zu optimieren, im zweiten Jahr erfolgte der Prozesstransfer zu Texas Instruments in Freising. Als „best known method“ erwies sich ein Mischverhältnis von 30% Fluor in Stickstoff und Argon. Texas Instruments hat eine entsprechende Gasversorgung aufgebaut und die Solvaclean Fluorgasmischung („Solvaclean®N“) in Produktionsanlagen getestet. Es ergab sich eine leicht verbesserte Reinigungsleistung und damit eine verkürzte Reinigungsdauer im Vergleich zum Standardprozess mit NF3.

Ein Pilot-Fertigungsversuch auf einer Applied Materials Producer Anlage mit über 70.000 prozessierten Wafern und damit auch ca. 70.000 durchgeführten Reinigungszyklen zeigte zudem, dass durch die Reinigungsprozesse mit der „Solvaclean®N“ Fluorgasmischung gleiche Partikelwerte erzielt wurden wie mit der standardmäßig eingesetzten Ar/NF3 Chemie. Erste Bauteile, welche PECVD-basierte SiO2-Schichten enthalten die mit umweltfreundlicher Reinigungschemie gefertigt wurden, wurden von Texas Instruments bereits am Halbleitermarkt ausgeliefert. Somit wurde für Ar/NF3-basierte Reinigungsprozesse mit remote plasma system (RPS) ein F2-basierter, klimafreundlicher Reinigungsprozess qualifiziert.

Mit einem zweiten Fertigungsversuch wurde auf einer LAM Novellus Sequel PECVD-Anlage (Silan—basiertes Oxid/Nitrid) die Standard-Reinigung, basierend auf C2F6/O2, durch eine umweltfreundliche „Solvaclean®No“ in-situ Plasmareinigung ersetzt. Auch dieser Reinigungsprozess konnte nach über 25.000 prozessierten Wafern qualifiziert werden.

Um zukünftig noch weitere Effizienzsteigerungen ermöglichen zu können, wird bei Texas Instruments eine neuartige Mikrowellen-basierte Remote Plasmaquelle der Firma Muegge GmbH getestet werden – die Vorentwicklungen dazu wurden beim Fraunhofer EMFT im Rahmen des ecoFluor Projektes durchführt.

Weitere Halbleiter-Fabrikations-Standorte in Deutschland investieren derzeit in ihre Gasversorgung, um die Solvaclean® Reinigung einsetzen zu können.

Partner

  • Texas Instruments Deutschland GmbH
  • Solvay Fluor GmbH
  • Muegge GmbH
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    Gefördert

    Das Projekt wird zum Teil mit Mitteln des BMBF-Vorhabens „r+Impuls – Innovative Technologien für Ressourceneffizienz – Impulse für die industrielle Ressourceneffizienz” gefödert, das als Teil eines Rahmenprogramms in der „Forschung für nachhaltige Entwicklung" (FONA) eingebettet ist.