Low-k Dielektrika
Für die Herstellung von 0,18µm Schaltkreisen werden dielektrische Schichten benötigt, die einer Siliciumdioxidschichtdicke von nur 4nm entsprechen. Für 0,13µm Strukturen werden gar Schichten benötigt die einer 2nm SiO2 Schicht entsprechen. Für eine weitere Strukturverkleinerung wird die Verwendung von SiO2-Schichten immer kritischer. In modernen Halbleiter-Technologien insbesondere bei sehr kleinen Strukturgrößen, sind SiO₂-Schichten als Dielektrika nicht mehr immer ausreichend: Hier werden zunehmend Low-k- und sogar Ultra-Low-k-Materialien eingesetzt. Moderne Fertigungslinien nutzen Materialien mit deutlich geringerer Permittivität (k-Wert) als SiO₂, etwa poröse Silikate oder kohlenstoffdotierte Oxide. Außerdem wird an noch weiter optimierten Dielektrika geforscht, etwa mit Luftspalten oder innovativen Verbundstoffen, um die Leistungsfähigkeit und Energieeffizienz von Chips mit extrem feinen Strukturgrößen weiter zu verbessern.
Low-k Material kann in modernen Halbleiterfabriken für mehrschichtige Verbindungen, für Zwischenschichtdielektrika (ILDs), Passivierungsschichten, Isolation flacher Gräben und Maskierung tiefer Gräben eingesetzt werden. Low-k Material kann entweder mit traditionellen Aluminiumbahnen oder mit modernen Doppel-Damaszen Kupferprozessen eingesetzt werden.
Low-k Materialien können in folgende Gruppen eingeteilt werden: Dotierte Oxide, organische Materialien, hochfluorinierte Materialien und poröse Materialien. Die Gruppe der porösen Materialien kombiniert Mikroporen mit den anderen aufgezählten Materialien. Herkömmlich eingesetztes Siliciumdioxid besitzt eine Dielektrizitätskonstante von 4,2. Luft wird als idealer Isolator angesehen und besitzt eine Dielektrizitätskonstante von 1. Poröse Materialien können daher generell niedrigere Dielektrizitätskonstanten erreichen als die entsprechenden massiven Stoffe. Diese neuen Materialien werden für ICs mit Strukturen <0,10 µm entwickelt. Dielektrizitätskonstanten von 2-3 können erreicht werden. Oxide, dotierte Oxide, organische Materialien sowie hochfluorinierte Materialien werden künftig alle mit Mikroporen kombiniert werden.
Abscheidemethoden
Low-k Materialien können entweder aufgeschleudert oder per CVD-Verfahren abgeschieden werden. Für poröse Materialien wird vorwiegend das Aufschleuderverfahren genutzt. Dabei muss besonders auf eine kontrollierte Verdampfung von Lösungsmitteln geachtet werden. Die anschließend nötige Aushärtung findet normalerweise in einem Batch-Ofen statt. Heute werden zumeist Vertikalöfen für diese Anwendung eingesetzt, um die erforderlichen hohen Temperaturgleichmäßigkeiten zu erreichen. Die Aushärtetemperatur liegt jedoch normalerweise bei 350°C - 400°C, was hohe Anforderungen an den gewöhnlichen Vertikalofen stellt.
Der Aushärtungsprozess
JTEKT Thermo Systems (ehemals Koyo Thermo Systems) besitzt langjährige Erfahrungen mit dem ähnlichen SOG Härte-Prozess und hat hierfür einen speziellen Ofen mit einem LGO Heizelement mit besonders niedriger thermischer Masse entwickelt. Jetzt hat JTEKT Thermo Systems erneut einen Ofen für die Härtung von low-k Dielektrika entwickelt. Das verwendete LGO Heizelement wird seit Jahren bereits erfolgreich in JTEKT Thermo Systems Öfen für andere Niedrigtemperaturprozesse wie beispielsweise Polyimidhärtung und Wasserstofftemperung eingesetzt.
Niedrige Sauerstoffwerte
Für die Herstellung guter low-k Dielektrika ist ein Sauerstoffgehalt von unter 20 ppm während des Prozesses unabdingbar. In unserem JTEKT Ofen können Sauerstoffwerte von unter 8ppm erreicht werden. Diese niedrigen Sauerstoffwerte machen denoch keine Evakuierungstechnik erforderlich! JTEKT Thermo Systems hat einen (wesentlich günstigeren) atmospherischen Ofen entwickelt, der die Bedürfnisse des Polyimid-Härtens erfüllt und ausgezeichnete Resultate liefert. In der Graphik sehen sie das Absinken des Sauerstoffniveaus im Ofen über die Zeit (von rechts nach links, mit mehrfach wechselnder Konzentrationsskala).
Öfen
JTEKT Thermo Systems (ehemals Koyo Thermo Systems) produziert Vertikalöfen für die Härtung von low-k Dielektrika für Losgrößen von 100-150 Wafern. Die 150mm- und 200mm-Versionen sind mit Beladekarussel (VF5100) und wahlweise mit integriertem Kassettenspeicher verfügbar (VF5300). Für die Behandlung von 300mm Scheiben hat JTEKT Thermo Systems eine FOUP beladene, große Version entwickelt (VF5900). Weiterhin steht ein Mini-Batch Ofen zur Verfügung (VF5700). Für Pilotlinien und Forschungsinstitute gibt es den manuell zu beladenden VF1000 für Wafergrößen von 150mm bis 300mm.
Bitte kontaktieren sie uns , wenn sie mehr Informationen über low-k cure bzw. unsere entsprechenden Öfen benötigen. Testläufe mit unseren Öfen können in unserem Applikationslabor in Tenri durchgeführt werden.