Plasma Charging Damage bei Bauteilen höchster Zuverlässigkeitsanforderungen

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Sommer_Sebastian_Paul_Diss.pdf27.07.2010 13:54:125,47 MB
Um die Anforderung an die Prozessierung von mikroelektronischen Schaltungen zu erfüllen, sind Plasmaanlagen unerlässlich. Diese Anlagen erreichen beim Ätzen von Isolatoren und Leitern hohe Aspektverhältnisse, können homogene Schichten bei geringen Temperaturen abscheiden und entfernen entwickelten Fotolack großflächig vom Wafer. Dennoch bringt der Einsatz dieser Geräte auch Nachteile mit sich. Ein technologisch relevantes Problem ist das so genannte Plasma Charging Damage, kurz PCD. PCD entsteht, wenn auf Grund der Exposition des strukturierten Wafers zum Plasma unterschiedliche Potentiale an verschiedenen Positionen auf dem Wafer auftreten. Diese Potentialdifferenz führt zu Ausgleichsströmen, die, falls die Spannung hoch genug ist, auch durch das Gateoxid von Transistoren fließen können. Bei diesem Vorgang wird das Gateoxid geschädigt, wodurch es zu einer Alterung des Oxids und zum frühzeitigen Ausfall des Transistors kommen kann. Die vorliegende Doktorarbeit war eng mit der Entwicklung eines 0,35 µm-Prozesses am IMS verknüpft. Dabei stand eine hohe Zuverlässigkeit der Produkte im Mittelpunkt, da unter anderem für Kunden aus der Automobilindustrie gefertigt werden sollte. Hier stellt PCD ein besonderes Problem dar, da PCD an einfachen Parameterteststrukturen oft nicht nachweisbar ist. Das liegt daran, dass die während der Prozessierung im Oxid entstandenen Haftstellen am Ende des Prozesses in einer Formiergastemperung elektrisch passiviert werden. Sie stellen jedoch nach wie vor Schwachstellen im Oxid dar, die schon bei einer kurzzeitiger Belastung aufbrechen können und so die Lebensdauer des Gateoxids dramatisch verkürzen können. In dieser Arbeit werden verschiedene Aspekte von PCD behandelt. Dabei werden zum einen Grundlagen dargestellt und gängige Messmethoden beschrieben. Zum anderen werden Strategien zum Umgang mit PCD dargestellt. Unter anderem liegt besonderes Augenmerk auf einer neu entwickelten Schutzstruktur, die, trotz exzellenter Schutzwirkung, Messungen bei hohen Spannungen erlaubt. Die konkrete Analyse des neu entwickelten Prozesses ist dargestellt, wobei die verschiedenen Iterationsschritte betrachtet werden. Besonderheiten des Prozesses, wie verschiedene Gateoxiddicken und eine SOI-Variante werden näher betrachtet. Dies ist nicht nur im konkreten Fall für die Untersuchung von PCD hilfreich. Es werden weiterhin neue Messergebnisse präsentiert, die Erkenntnisse zur Verteilung der festgesetzten Ladung durch PCD liefern. Dieser Punkt wird seid längerem in der Literatur diskutiert. Des Weiteren wurde der Durchbruch von Gateoxiden untersucht. Dabei wurde ein neuer Messparameter eingeführt, der von der Vorschädigung unabhängig ist. Dies ermöglichte eine Vorhersage des Durchbruchs schon nach einer kurzen Messzeit bei unterschiedlich stark durch PCD geschädigten Teststrukturen. Zusammengefasst wurde bei der Arbeit konkret die Entwicklung des 0,35 µm-Prozesses begeleitet, woraus sich auch allgemeingültige Erkenntnisse über PCD ergaben.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Elektrotechnik und Informationstechnik » Elektronische Bauelemente und Schaltungen
Dewey Dezimal-Klassifikation:
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 620 Ingenieurwissenschaften
Stichwörter:
PCD, PID, Plasma Damage, Reliability, Zuverlässigkeit, gate oxide, Gateoxid, CMOS
Beitragende:
Prof. Dr. -Ing. Vogt, Holger [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. Fiedler, Horst [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
25.05.2010
Dokument erstellt am:
27.07.2010
Promotionsantrag am:
29.07.2009
Dateien geändert am:
27.07.2010
Medientyp:
Text