High-performance giant magnetoresistive sensorics on flexible Si membranes

We fabricate high-performance giant magnetoresistive (GMR) sensorics on Si wafers, which are subsequently thinned down to 100 μm or 50 μm to realize mechanically flexible sensing elements. The performance of the GMR sensors upon bending is determined by the thickness of the Si membrane. Thus, bending radii down to 15.5 mm and 6.8 mm are achieved for the devices on 100 μm and 50 μm Si supports, respectively. The GMR magnitude remains unchanged at the level of (15.3 ± 0.4)% independent of the support thickness and bending radius. However, a progressive broadening of the GMR curve is observed associated with the magnetostriction of the containing Ni81Fe19 alloy, which is induced by the tensile bending strain generated on the surface of the Si membrane. An effective magnetostriction value of λs = 1.7 × 10−6 is estimated for the GMR stack. Cyclic bending experiments showed excellent reproducibility of the GMR curves during 100 bending cycles

Abscheidung (CVD) und Charakterisierung W-basierter Diffusionsbarrieren für die Kupfermetallisierung

Die Arbeit beschreibt die Entwicklung von plasmaunterstützten CVD-Prozessen zur Abscheidung ultradünner (≤10 nm) wolframbasierter Diffusionsbarrieren für die Kupfermetallisierung in integrierten Schaltkreisen. Es wird ein PECVD-Prozess mit der Gaschemie WF6/N2/H2/(Ar) vorgestellt, mit dem amorphe und leitfähige WNx-Schichten abgeschieden werden. Dabei wird der Prozess umfassend charakterisiert (z.B. Rate, Homogentität, Kantenbedeckung) und die Einflüsse von Parameteränderungen (besonders Gasflussvariationen) auf die Schichteigenschaften untersucht. Ausgewählte Schichtzusammensetzungen, welche den Barriereanforderungen hinsichtlich geringen elektrischen Widerstandes und sehr guter Homogenität über den Wafer entsprachen, wurden im für den praktischen Einsatz relevanten Schichtdickenbereich von 10 nm eingehender untersucht. Dies erfolgte einerseits mikrostrukturell mit GI-XRD, GDOES und TEM zu Schichtzusammensetzung, Kristallisationsverhalten und Schichtstabilität unter Wärmebehandlung in verschiedenen Medien in direktem Kontakt zu Kupfer. Zudem erfolgte die Beurteilung der Diffusionswirkung der WNx-Schichten mit elektrischen Messverfahren (CV, TVS) über MIS-Strukturen. Auf Grundlage des WNx-Prozesses wird durch Zugabe von Silan zur Prozessgaschemie die Möglichkeit der Abscheidung einer ternären Zusammensetzung WSiN untersucht. Es erfolgt eine ausführliche Auswertung der Literatur zu verschiedenen WSiN-Abscheideprozessen und eine Wertung der beschriebenen ternären Zusammensetzung in Bezug auf geringen elektrischen Widerstand und thermischer Stabilität. Mit den daraus gewonnenen Erkenntnissen kann ein ternärer Zusammensetzungsbereich von Me-Si-N eingegrenzt werden, der sowohl amorphe Mikrostruktur, niedrigen elektrischen Widerstand und hohe thermische Stabilität garantiert. Der entwickelte PECVD-Prozess mit Silan führte zu einer Si-stabilisierten WNx-Schicht mit nur geringfügig höherer thermischer Stabilität aber deutlich höheren elektrischen Widerstand. Es wird die Frage diskutiert, ob die Entwicklung einer amorphen ternären Verbindung mit höherer thermischer Stabilität aber zu Lasten des elektrischen Widerstandes notwendig ist, wenn für das Stoffsystem schon eine amorphe binäre Zusammensetzung existiert, die die Anforderungen einer Diffusionsbarriere hinsichtlich hoher Leitfähigkeit und ausreichend hoher thermischer Stabilität erfüllt

Requirements and challenges on an alternative indirect integration regime of low-k materials

An alternative indirect integration regime of porous low-k materials was investigated. Based on a single Damascene structure the intra level dielectric SiO2 or damaged ULK was removed by using HF:H2O solutions to create free standing metal lines. The free spaces between the metal lines were refilled with a spin-on process of a low-k material. The persistence of barrier materials and copper against HF solutions, the gap fill behavior of the used spin on glass on different structure sizes and the main challenges which have to solve in the future are shown in this study

On the relationship between SiF4plasma species and sample properties in ultra low-k etching processes

The temporal behavior of the molecular etching product SiF4 in fluorocarbon-based plasmas used for the dry etching of ultra low-k (ULK) materials has been brought into connection with the polymer deposition on the surface during plasma treatment within the scope of this work. For this purpose, time-resolved measurements of the density of SiF4 have been performed by quantum cascade laser absorption spectroscopy. A quantification of the non-linear time dependence was achieved by its characterization via a time constant of the decreasing SiF4 density over the process time. The time constant predicts how fast the stationary SiF4 density is reached. The higher the time constant is, the thicker the polymer film on top of the treated ultra low-k surface. A correlation between the time constant and the ULK damage was also found. ULK damage and polymer deposition were proven by Variable Angle Spectroscopic Ellipsometry and X-ray Photoelectron Spectroscopy. In summary, the observed decay of the etching product concentration over process time is caused by the suppressed desorption of the SiF4 molecules due to a more dominant adsorption of polymers. © 2020 Author(s)

Thermal kinetics of free volume in porous spin-on dielectrics: exploring the network- and pore-properties

Data to ULK-kinetics by Positron annihilation spectroscopy and Fourier transform infrared spectroscop

Copper Oxide Films Grown by Atomic Layer Deposition from Bis(tri-n-butylphosphane)copper(I)acetylacetonate on Ta, TaN, Ru, and SiO2

The thermal atomic layer deposition (ALD) of copper oxide films from the non-fluorinated yet liquid precursor bis(tri-n-butylphosphane)copper(I)acetylacetonate, [(nBu3P)2Cu(acac)], and wet O2 on Ta, TaN, Ru and SiO2 substrates at temperatures of < 160&deg;C is reported. Typical temperature-independent growth was observed at least up to 125&deg;C with a growth-per-cycle of ~ 0.1 &Aring; for the metallic substrates and an ALD window extending down to 100&deg;C for Ru. On SiO2 and TaN the ALD window was observed between 110 and 125&deg;C, with saturated growth shown on TaN still at 135&deg;C. Precursor self-decomposition in a chemical vapor deposition mode led to bi-modal growth on Ta, resulting in the parallel formation of continuous films and isolated clusters. This effect was not observed on TaN up to about 130&deg;C and neither on Ru or SiO2 for any processing temperature. The degree of nitridation of the tantalum nitride underlayers considerably influenced the film growth. With excellent adhesion of the ALD films on all substrates studied, the results are a promising basis for Cu seed layer ALD applicable to electrochemical Cu metallization in interconnects of ultralarge-scale integrated circuits. &copy; 2009 The Electrochemical Society. All rights reserved. Es wird die thermische Atomlagenabscheidung (ALD) von Kupferoxidschichten, ausgehend von der unfluorierten, fl&uuml;ssigen Vorstufenverbindung Bis(tri-n-butylphosphan)kupfer(I)acetylacetonat, [(nBu3P)2Cu(acac)], sowie feuchtem Sauerstoff, auf Ta-, TaN-, Ru- und SiO2-Substraten bei Temperaturen < 160&deg;C berichtet. Typisches temperaturunabh&auml;ngiges Wachstum wurde zumindest bis 125&deg;C beobachtet. Damit verbunden wurde f&uuml;r die metallischen Substrate ein Zyklenwachstum von ca. 0.1 &Aring; erzielt sowie ein ALD-Fenster, das f&uuml;r Ru bis zu einer Temperatur von 100&deg;C reicht. Auf SiO2 und TaN wurde das ALD-Fenster zwischen 110 und 125&deg;C beobachtet, wobei auch bei 135&deg;C noch ges&auml;ttigtes Wachstum auf TaN gezeigt werden konnte. Die selbst&auml;ndige Zersetzung des Precursors &auml;hnlich der chemischen Gasphasenabscheidung f&uuml;hrte zu einem bimodalen Schichtwachstum auf Ta, wodurch gleichzeitig geschlossene Schichten und voneinander isolierte Cluster gebildet wurden. Dieser Effekt wurde auf TaN bis zu einer Temperatur von 130&deg;C nicht beobachtet. Ebensowenig trat er im untersuchten Temperaturbereich auf Ru oder SiO2 auf. Der Nitrierungsgrad der TaN-Schichten beeinflusste hierbei das Schichtwachstum stark. Mit einer sehr guten Haftung der ALD-Schichten auf allen untersuchten Substratmaterialien erscheinen die Ergebnisse vielversprechend f&uuml;r die ALD von Kupferstartschichten, die f&uuml;r die elektrochemische Kupfermetallisierung in Leitbahnsystemen ultrahochintegrierter Schaltkreise anwendbar sind

Evaluation of Phosphite and Phosphane Stabilized Copper(I) Trifluoroacetates as Precursors for the Metal-Organic Chemical Vapor Deposition of Copper

Copper has become the material of choice for metallization of high-performance ultra-large scale integrated circuits. As the feature size is continuously decreasing, metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) appears promising for depositing the Cu seed layer required for electroplating, as well as for filling entire interconnect structures. In this work, four novel organophosphane and organophosphite Cu(I) trifluoroacetates were studied as precursors for Cu MOCVD. Details are reported on CVD results obtained with Tris(tri-n-butylphosphane)copper(I)trifluoroacetate, (nBu3P)3CuO2CCF3. Solutions of this precursor with acetonitrile and isopropanol were used for deposition experiments on 100&nbsp;mm Si wafers sputter-coated with Cu, Cu/TiN, and Al(2&nbsp;%&nbsp;Si)/W. Experiments were carried out in a cold-wall reactor at a pressure of 0.7&nbsp;mbar, using a liquid delivery approach for precursor dosage. On Cu seed layers, continuous films were obtained at low deposition rates (0.5 to 1&nbsp;nm/min). At temperatures above 320°C, hole formation in the Cu films was observed. Deposition on TiN led to the formation of single copper particles and etching of the TiN, whereas isolating aluminum oxyfluoride was formed after deposition on Al(Si)/W. It is concluded that the formation of CF3 radicals during decarboxylation has a negative effect on the deposition results. Furthermore, the precursor chemistry needs to be improved for a higher volatility of the complex