Thermische Prozesse in der Halbleitertechnologie, Rohröfen
JTEKT Thermo Systems wird in Europa vertreten durch
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In der Halbleitertechnologie werden eine Vielzahl thermischer
Prozesse eingesetzt, sowohl bei Normaldruck (atmosphärische Prozesse) als auch bei Unterdruck.
Atmosphärische Prozesse werden für die Eindiffusion von Dotierstoffen, Temperung und Oxidation von Halbleitern,
meist Silizium genutzt. Für Unterdruckprozesse wird eine Vakuumpumpe genutzt. Es fließt jedoch ständig auch
Prozessgas. So werden dielektische Schichten aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid aufgebracht und poly-Siliziumfilme aufgebracht.
In der Vergangenheit wurden hierfür oft Horizontalrohröfen eingesetzt.
Heutzutage werden in der Halbleiterindustrie fast ausschließlich Vertikalrohröfen eingesetzt.
Für Kurzzeitprozesse kommen auch (rapid thermal anneal) RTP Systeme zur Anwendung.
Mit Rohröfen von JTEKT Thermo Systems (ehemals Koyo Thermo Systems) können nahzu alle diese Prozesse genutzt werden. JTEKT Thermo Systems hat ein
Applikationslabor in Tenri, Nara, Japan und ein Anwendungszentrum
in Uppsala, Europa, das in Zusammenarbeit mit der Universität Uppsala betrieben wird.
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| Horizontalofen | Vertikalofen | RTP-Anlage |
| Atmosphärische Prozesse | Unterdruck-Prozesse | |||
Crystec Technology Trading GmbH, Germany, www.crystec.com, +49 8671 882173, FAX 882177
Dotierung kann erreicht werden durch die Verwendung fester Dotierstoffe (Dotierwafer), durch flüssige Dotierstoffe wie z.B. TMB (Trimethoxyboran, Trimethylborat, (CH3O)3B ) oder TMP (Trimethoxyphosphin, Trimethylphosphit, (CH3O)3P ) oder Phosphoroxychlorid POCl3 und durch Dotiergase wie Boran BH3, Phosphan PH3. TMB und TMP haben sich weitgehend durchgesetzt. Die Vorteile dieser flüssigen Dotierstoffe sind die einfache Handhabung und das geringe gesundheitliche Risiko für das Bedienpersonal, sowie die hohe Reinheit dieser Produkte. Durch Temperschritte können Dotierstoffe im Silicium aktiviert und diffundiert werden. Durch den Einsatz von LGO Heizelementen kann JTEKT Thermo Systems eine sehr gute Temperaturgleichmäßigkeit in seinen Öfen erreichen und damit exzellente Prozessergebnisse erzielen.
JTEKT Thermo Systems (ehemals Koyo Thermo Systems) bietet ausgefeilte Ofenversionen für trockene und nasse Oxidation an. Dünne Gateoxide können mit einer sehr hohen Gleichmäßigkeit über den Wafer und von Wafer zu Wafer hergestellt werden. Dickere Feldoxide oder Oxide zur Maskierung werden schneller über nasse Oxidation gewachsen. Ein Knallgasbrenner mit sehr hohem Sicherheitsniveau sichert ein Arbeiten ohne Risiko. HCl kann beigefügt werden um einer metallischen Kontamination vorzubeugen und um Defekte beim Wachstum der Oxidschicht zu vermeiden. Eine spezielle gasdichte Quarz-Quarz-Dichtung verhindert ein Austreten aggressiver Gase wie HCl und schützt die Rohrendabsaugung vor Korrosion. Die hohe Leistungsfähigkeit unserer Öfen zeigt sich am Besten bei der Herstellung dünner Oxide. Gerne senden wir Ihnen Messdaten von Schichten, die mit trockener und nasser Oxidation, mit oder ohne HCl hergestellt wurden.
Selbstverständlich können wir ebenfalls TCA (1,1,1-Trichloräthan) oder trans-LC (Trans 1,2-Dichloroethylene (DCE)) Bubbler als Flüssigquelle anstelle einer HCl Gasversorgung liefern. TCA und trans-LC sind weit weniger korrosiv als HCl.
JTEKT Thermo Systems Öfen mit LGO-Heizelementen weisen die größten Vorteile im Bereich der Niedrigtemperaturprozesse auf. JTEKT hat mittlerweile aber auch eine Hochtemperaturversion des Vertikalofens entwickelt, der bei Temperaturen bis zu 1350°C arbeiten kann, spezielle Heizelemente nutzt und mit SiC-Rohr und SiC-Boot ausgestattet ist.
Wasserstoff kann freie Bindungen absättigen und Defekte ausheilen. Diese Prozesse werden normalerweise bei Temperaturen um die 400°C gefahren. Das ist eine relativ niedrige Temperatur für einen Halbleiterrohrofen, der mit einem Standardheizelement (HCG, schwere Wicklung) ausgerüstet ist und entsprechende Öfen sind bei diesen Temperaturen schwer zu steuern.
JTEKT Thermo Systems installiert spezielle LGO Heizelemente, die eine besonders niedrige thermische Masse aufweisen und bereits ab 140°C eingesetzt werden können. Durch den Einsatz dieser LGO Heizer wird eine bessere Temperaturgleichmäßigkeit auf dem Wafer und von Wafer zu Wafer erreicht. Der wichtigste Punkt ist für diesen Prozess jedoch das geringe Überschwingverhalten des Ofens nach dem Ein- bzw. Ausfahren des Bootes und nach Heiz- und Kühlrampen. Diese Öfen können mit oberen und unteren Prozeßgas-Absaugungen angeboten werden. Ein Kombinationsofen für den Einsatz von Wasserstofftemperung und Polyimidhärtung ist jetzt ebenfalls verfügbar (siehe unten.
JTEKT Thermo Systems ist der Spezialist für Polyimidhärtung. Für nicht-photosensitive
Polyimide kann unser CLH-Ofen eingesetzt werden. Es existiert eine spezielle Version dieses
Ofens für Polyimidhärtung.
Photosensitives Polyimid hat demgegenüber wesentlich
bessere Eigenschaften und hilft Prozeßschritte und damit Kosten einzusparen.
Es entwickelt jedoch bei der Aushärtung Spaltprodukte, die sich
an den Ofenwänden niederschlagen können und schwer zu entfernen
sind. Zusammen mit einem der größten Hersteller von photosensitivem
Polyimid, der Firma Asahi Chemicals, Japan, hat JTEKT Thermo Systems einen
speziellen Vertikalofen entwickelt. Besondere LGO Heizelemente
ermöglichen eine ausgezeichnete Temperatursteuerung
und sichern eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung im Ofen
bei den niedrigen Temperaturen (350°C - 400°C), die normalerweise
für diese Härtungsprozesse verwendet werden. Weiterhin setzt JTEKT
Thermo Systems spezielle Quarzteile für diesen Prozess ein, die
grundsätzlich die Abscheidung von Spaltprodukten an der Ofenwand verhindern.
Der Ofen ist somit wartungsfrei. Diese außergewöhnlichen Eigenschaften des Ofens lassen sich am Besten über die lange Referenzliste der zufriedenen Kunden belegen. Bitte besuchen Sie auch unsere spezielle Polyimid-Seite.
Ein Vertikalofen, der sowohl Polyimid härten als auch Wasserstoff-Temperungen durchführen kann ist jetzt ebenfalls erhältlich (siehe unten).
Aufgrund der Nachfrage unserer Kunden hat JTEKT Thermo Systems jetzt einen Vertikalofen entwickelt ,der die Kombination zweier Prozesse zulässt. Polyimidhärtung und Wasserstofftemperung können künftig in einem Ofen durchgeführt werden. Der Ofen kann innerhalb kurzer Zeit von einem Prozess auf den anderen umgerüstet werden. Dadurch können Produktionsspitzen minimiert und die Gesamtzahl der nötigen Ofen kann klein gehalten werden. Dennoch stehen genügend Backup Systeme zur Verfügung. Die Bereithaltung freier Kapazitäten aus Sicherheitsgründen kann minimiert werden. Durch den Einsatz des neuen Ofens von JTEKT Thermo Systems werden somit Kosten gespart. Die Einspareffekte haben sich bei unseren derzeitigen Installationen bereits bestätigt.
In der Chipfertigung setzt sich immer mehr der Einsatz von Kupferleiterbahnen durch, die trotz der erhöhten Kontaminationsgefahr durch
Kupfer, geringerer Haftfähigkeit auf Dielektrika und stärkerer Korrosion das Aluminium Schritt für Schritt ersetzen. Kupfer hat eine
deutlich bessere Leitfähigkeit, was bei der Verkleinerung von Strukturen in der Chipfertigung ausschlaggebend ist. Der
Elektromigrationseffekt ist bei Kupfer deutlich geringer als bei Aluminium.
Zur Verbesserung und zur Stabilisierung der Eigenschaften der Kupferschicht ist eine Temperung unbedingt nötig. Es hat sich
herausgestellt, das die günstigsten Bedingungen um gute elektrische Eigenschaften und eine hohe Ausbeute an funktionierenden Bauteilen zu bekommen längere Temperung (45s bei RTP, bzw. 30 Min. im Ofen) bei möglichst niedriger Temperatur (<200°C) sind.
Zu berücksichtigen ist, dass die Temperung in kleineren Strukturen mehr Zeit benötigt als in größeren Strukturen.
Sie finden weitere Details auf unserer Web-Seite zum Thema Kupfer-Tempern.
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.
JTEKT 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. Der atmosphärische JTEKT
Thermo Systems Ofen kann niedrige Sauerstoffwerte von <20ppm garantieren,
wie sie auch für die low-k Härtung benötigt werden (ebenso
wie für die Polyimidhärtung). Teure Unterdrucklösungen incl.
der zugehörigen Vakuumpumpen werden hierfür nicht benötigt.
Sie finden weitere Details auf unserer Web-Seite zum Thema low-k-Tempern.
Crystec Technology Trading GmbH, Germany, www.crystec.com, +49 8671 882173, FAX 882177
Poly-Siliciumschichten können vielseitig eingesetzt werden für die Fertigung von Gate-Elektroden, für den Aufbau von Widerständen und Kondensatoren sowie als Getterschichten. Von JTEKT Thermo Systems sind Prozesse für undotierte und für dotierte poly-Siliciumschichten verfügbar. Durch den Einsatz von LGO Heizelementen werden ausgezeichnete Temperaturgleichmäßigkeiten in den JTEKT Thermo Systems Öfen erreicht. Das führt wiederum zu sehr guten Prozeßergebnissen für die poly-Siliciumabscheidung. Auf Anfrage senden wir Ihnen gerne Testergebnisse zu.
Siliciumnitrid ist eine ausgezeichnete Diffusionsbarriere. Es kann auch für die Maskierung bei Oxidationsprozessen, als Dielektrikum für Kondensatoren und als Passivierungsschicht eingesetzt werden. Aufgrund des Einsatzes der LGO Heizelemente und der daraus resultierenden exzellenten Temperaturgleichmäßigkeit im Ofen können auch bei der Sliciumnitridabscheidung herausragende Prozessergebnisse erzielt werden. Die Partikelzahlen können dennoch niedrig gehalten werden. Auf Anfrage senden wir Ihnen gern Meßergebnisse zu.
Abgeschiedene Oxidschichten verbrauchen während des Wachstums kein Silicium aus dem Wafer. TEOS Oxid wird für Anwendungen wie Spaceraufbau oder Grabenauffüllung verwendet. TEOS ist eine stabile, nicht-brennbare und nicht-korrosive Flüssigkeit und daher eine bevorzugte Alternative zu Prozessen, die Silan oder Chlorsilane verwenden.
Aufgrund des Einsatzes von LGO Heizelementen und der daraus resultierenden excellenten Temperaturgleichmäßigkeit im Ofen können auch bei der CVD-Oxidabscheidung herausragende Prozessergebnisse erzielt werden. Auf Anfrage senden wir Ihnen gern Messergebnisse zu.
Phosphorglasschichten werden für Dotierung und Planarisierung eingesetzt. Sie verfließen bereits bei 1000°C und haben überdies eine gute Getterwirkung für Alkali- und Schwermetalle. TMB und TMP können genutzt werden, um BSG-, PSG- oder BPSG-Schichten herzustellen.
Aufgrund des Einsatzes von LGO Heizelementen und der daraus resultierenden excellenten Temperaturgleichmäßigkeit im Ofen können auch bei der CVD-Oxidabscheidung herausragende Prozessergebnisse erzielt werden. Auf Anfrage senden wir Ihnen gern Messergebnisse zu.
Spin on glass
(SOG) wird durch die Aushärtung von gelöstem
Siliciumtetraacetat erzeugt. Es dient der Planarisierung und teilweise auch
Dotierungszwecken.
Heutzutage ist das chemisch-mechanische Polieren CMP
der gebräuchlichere Prozess.
Dieser Prozess gehört zu den Niedrigtemperaturprozessen, die
besonders stark von den Eigenschaften der LGO Heizelemente profitieren. Diese
LGO Heizelemente (siehe Abb.) weisen eine
sehr niedrige thermische Masse auf. Es können daher im Vergleich mit
Öfen, die mit Standardheizelementen ausgerüstet sind, deutlich bessere
Prozeßergebinsse erzielt werden.
Wasserstofftempern wird für besondere Anwendungen manchmal auch bei Unterdruck durchgeführt. Seit kurzer Zeit kann JTEKT Thermo Systems nun auch Kombinationsöfen für die Wasserstofftemperung bei Normaldruck und bei Unterdruck anbieten. Der Wechsel zwischen beiden Prozessen kann durch einfaches Tauschen des Prozeßrohres erreicht werden.
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