Procesos térmicos en la tecnología de semiconductores, hornos de tubo

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Crystec Technology Trading GmbH

Procesos térmicos en la tecnología de semiconductores

En la tecnología de semiconductores se utilizan una variedad de procesos térmicos, tanto a presión normal (procesos atmosféricos) como a vacío. Los procesos atmosféricos se utilizan para la difusión de dopantes, el temple y la oxidación de semiconductores, principalmente silicio. Para los procesos a vacío se utiliza una bomba de vacío. Sin embargo, también fluye constantemente gas de proceso. De esta manera, se depositan capas dieléctricas de óxido de silicio o nitruro de silicio y se depositan películas de polisilicio.
En el pasado, se solían utilizar principalmente hornos de tubo horizontales. Hoy en día, en la industria de semiconductores se utilizan casi exclusivamente hornos de tubo verticales. Para procesos de corta duración también se utilizan (rapid thermal anneal) sistemas RTP. Con los hornos de tubo de JTEKT Thermo Systems (anteriormente Koyo Thermo Systems), prácticamente todos estos procesos pueden ser utilizados. JTEKT Thermo Systems tiene un laboratorio de aplicaciones en Tenri, Nara, Japón, y un centro de aplicaciones en Uppsala, Europa, que opera en colaboración con la Universidad de Uppsala.

Horno horizontal Horno vertical Planta RTP
Horno horizontal Horno vertical Planta RTP

Visión general y lista de los procesos disponibles para los hornos de semiconductores de JTEKT Thermo Systems
Procesos atmosféricos Procesos a vacío

Crystec Technology Trading GmbH, Alemania, www.crystec.com, +49 8671 882173, FAX 882177
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Procesos atmosféricos

Difusión y dopado

El dopado puede lograrse mediante el uso de dopantes sólidos (wafers dopados), mediante dopantes líquidos como TMB (Trimetoxiborano, Trimetilborato, (CH3O)3B ) o TMP (Trimetoxifosfina, Trimetilfosfito, (CH3O)3P ) o Cloruro de fosforilo POCl3 y mediante gases dopantes como Borano BH3, Fosfano PH3. TMB y TMP son ampliamente utilizados. Los beneficios de estos dopantes líquidos son la facilidad de manejo y el bajo riesgo para la salud del personal operativo, así como la alta pureza de estos productos. A través de pasos de temple, los dopantes pueden activarse y difundirse en el silicio. Con el uso de elementos calefactores LGO, JTEKT Thermo Systems puede lograr una excelente uniformidad de temperatura en sus hornos y, por lo tanto, obtener resultados de procesos excelentes.

Oxidación en seco y húmedo

JTEKT Thermo Systems (anteriormente Koyo Thermo Systems) ofrece versiones avanzadas de hornos para la oxidación en seco y húmedo. Se pueden producir óxidos de puerta delgados con una alta uniformidad sobre la oblea y de oblea a oblea. Los óxidos más gruesos de campo o los óxidos para enmascaramiento se pueden crecer más rápido mediante la oxidación húmeda. Un quemador de gas con alto nivel de seguridad asegura un trabajo sin riesgos. El HCl se puede agregar para prevenir la contaminación metálica y evitar defectos en el crecimiento de la capa de óxido. Un sello de cuarzo-cuarzo hermético al gas evita la fuga de gases agresivos como el HCl y protege la extracción del tubo de la corrosión. La alta eficiencia de nuestros hornos se demuestra mejor en la fabricación de óxidos delgados. Estaremos encantados de enviarle datos de medición de capas fabricadas con oxidación en seco y húmedo, con o sin HCl.

Por supuesto, también podemos suministrar recipientes TCA (1,1,1-tricloroetano) o trans-LC (Trans 1,2-dicloroetileno (DCE)) como fuente líquida en lugar de suministro de gas HCl. TCA y trans-LC son mucho menos corrosivos que el HCl.

Inserción del barco en el horno vertical

Los hornos de JTEKT Thermo Systems con elementos calefactores LGO tienen las mayores ventajas en procesos de baja temperatura. Sin embargo, JTEKT también ha desarrollado una versión de alta temperatura del horno vertical, que puede operar a temperaturas de hasta 1350°C, utiliza elementos calefactores especiales y está equipado con tubo y barco de SiC.

Inserción del barco de SiC

Temple con gas de formación y hidrógeno

El hidrógeno puede saturar enlaces libres y curar defectos. Estos procesos generalmente se realizan a temperaturas en torno a los 400°C, que es una temperatura relativamente baja para un horno de tubo semiconductor equipado con un elemento calefactor estándar (HCG, bobina pesada) y hornos correspondientes son difíciles de controlar a estas temperaturas.

Sobrecalentamiento de la temperatura

JTEKT Thermo Systems instala elementos calefactores especiales LGO, que tienen una masa térmica especialmente baja y pueden ser utilizados desde 140°C. El uso de estos calentadores LGO permite una mejor uniformidad de temperatura sobre la oblea y de oblea a oblea. Sin embargo, el punto más importante para este proceso es el bajo efecto de sobrecalentamiento del horno después de la inserción o extracción del barco y después de las rampas de calentamiento y enfriamiento. Estos hornos pueden ofrecerse con extracción de gas de proceso superior e inferior. También está disponible un horno combinado para uso de temple de hidrógeno y curado de poliimida (consulte abajo).

Curado de poliimida

JTEKT Thermo Systems es especialista en el curado de poliimida. Para poliimidas no fotosensibles, podemos utilizar nuestro horno CLH. Existe una versión especial de este horno para el curado de poliimida. Por otro lado, las poliimidas fotosensibles tienen propiedades mucho mejores y ayudan a ahorrar pasos de proceso y, por lo tanto, costos. Sin embargo, durante el curado, generan productos de división que pueden depositarse en las paredes del horno y son difíciles de eliminar. Junto con uno de los principales fabricantes de poliimida fotosensible, Asahi Chemicals de Japón, JTEKT Thermo Systems ha desarrollado un horno vertical especial. Los elementos calefactores LGO especiales permiten un excelente control de temperatura y garantizan una distribución de temperatura muy uniforme en el horno a las temperaturas bajas (350°C - 400°C) que normalmente se utilizan para estos procesos de curado. Además, JTEKT Thermo Systems utiliza piezas de cuarzo especiales para este proceso, que básicamente previenen la deposición de productos de división en las paredes del horno.

Proceso de poliimida

El horno es, por lo tanto, libre de mantenimiento. Estas características excepcionales del horno se pueden demostrar mejor a través de la larga lista de referencias de clientes satisfechos. Visite también nuestra página especial de poliimida.

Un horno vertical que puede realizar tanto el curado de poliimida como temple de hidrógeno ahora también está disponible (consulte abajo).

Horno híbrido

Debido a la demanda de nuestros clientes, JTEKT Thermo Systems ha desarrollado un horno vertical que permite la combinación de dos procesos. El curado de poliimida y el temple de hidrógeno ahora se pueden realizar en un solo horno. El horno puede convertirse rápidamente de un proceso a otro. Esto permite minimizar los picos de producción y mantener el número total de hornos necesario bajo. Sin embargo, se dispone de suficientes sistemas de respaldo. La reserva de capacidad libre por razones de seguridad se puede minimizar. El uso del nuevo horno de JTEKT Thermo Systems ahorra costos. Los efectos de ahorro se han confirmado en nuestras instalaciones actuales.

Temple de cobre

En la fabricación de chips, cada vez se utiliza más el uso de rutas de cobre, que, a pesar del mayor riesgo de contaminación por cobre, menor adherencia a los dieléctricos y mayor corrosión, están reemplazando gradualmente al aluminio. El cobre tiene una conductividad significativamente mejor, lo que es crucial en la reducción de las estructuras en la fabricación de chips. El efecto de la electromigración es significativamente menor en el cobre que en el aluminio.
Para mejorar y estabilizar las propiedades de la capa de cobre, el temple es absolutamente necesario. Se ha demostrado que las condiciones más favorables para obtener buenas propiedades eléctricas y un alto rendimiento de componentes funcionales son un temple más largo (45s en RTP o 30 min en horno) a la temperatura más baja posible (<200°C). Se debe tener en cuenta que el temple en estructuras más pequeñas requiere más tiempo que en estructuras más grandes. Para obtener más detalles, consulte nuestra página web sobre temple de cobre.

Temple de baja k

Los materiales de baja k se pueden depositar ya sea por centrifugado o mediante el proceso CVD. Para materiales porosos, generalmente se utiliza el proceso de centrifugado. Se debe prestar especial atención a la evaporación controlada de los solventes. La curación posterior normalmente se realiza en un horno de lote. Hoy en día, se utilizan principalmente hornos verticales para esta aplicación para lograr las altas uniformidades de temperatura necesarias. Sin embargo, la temperatura de curado generalmente se encuentra en el rango de 350°C - 400°C, lo que plantea altos requisitos para el horno vertical convencional.
JTEKT Thermo Systems tiene una amplia experiencia con el proceso de curado SOG similar y ha desarrollado un horno especial con un elemento calefactor LGO con una masa térmica particularmente baja para la curación de dieléctricos de baja k. JTEKT Thermo Systems ha desarrollado nuevamente un horno para la curación de dieléctricos de baja k. El elemento calefactor LGO utilizado ha estado en uso durante muchos años con éxito en los hornos de JTEKT Thermo Systems para otros procesos de baja temperatura, como el curado de poliimida y el temple de hidrógeno. El horno atmosférico JTEKT Thermo Systems puede garantizar bajos niveles de oxígeno de <20ppm, como los necesarios para el curado de baja k (así como para el curado de poliimida). No se necesitan soluciones de vacío caras, incluidas las bombas de vacío asociadas. Para obtener más detalles, consulte nuestra página web sobre temple de baja k.

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Procesos LPCVD

Polisilicio

Las capas de polisilicio se pueden utilizar de diversas maneras para la fabricación de electrodos de compuerta, para la construcción de resistencias y condensadores, así como para capas captadoras. JTEKT Thermo Systems tiene procesos disponibles para capas de polisilicio no dopadas y dopadas. El uso de elementos calefactores LGO permite una excelente uniformidad de temperatura en los hornos de JTEKT Thermo Systems. Esto, a su vez, conduce a resultados de proceso muy buenos para la deposición de polisilicio. Estaremos encantados de enviarle resultados de pruebas si lo solicita.

Nitruro de silicio

El nitruro de silicio es una excelente barrera de difusión. También se puede utilizar para el enmascaramiento en procesos de oxidación, como dieléctrico para condensadores y como capa de pasivación. Debido al uso de elementos calefactores LGO y la excelente uniformidad de temperatura resultante en el horno, también se pueden lograr resultados de proceso sobresalientes con la deposición de nitruro de silicio. Sin embargo, los niveles de partículas aún pueden mantenerse bajos. Estaremos encantados de enviarle resultados de mediciones si lo solicita.

TEOS (tetraetoxisilano, tetraetilortosilicato)

Las capas de óxido depositadas no consumen silicio de la oblea durante el crecimiento. El óxido TEOS se utiliza para aplicaciones como construcción de espaciadores o relleno de trincheras. TEOS es una sustancia líquida estable, no inflamable y no corrosiva, por lo que es una alternativa preferida a los procesos que utilizan silano o clorosilanos.

Debido al uso de elementos calefactores LGO y la excelente uniformidad de temperatura resultante en el horno, también se pueden lograr resultados de proceso sobresalientes con la deposición de óxido CVD. Estaremos encantados de enviarle resultados de mediciones si lo solicita.

BPSG (Bor-Fosforo-Silicato de vidrio)

Las capas de vidrio de fosfato se utilizan para la dopaje y la planarización. Se funden a 1000°C y además tienen una buena capacidad de captación para metales alcalinos y pesados. TMB y TMP se pueden utilizar para fabricar capas de vidrio BSG, PSG o BPSG.

Debido al uso de elementos calefactores LGO y la consecuente excelente uniformidad de temperatura en el horno, se pueden obtener resultados de proceso sobresalientes incluso en la deposición de óxido por CVD. A solicitud, podemos enviarle resultados de mediciones.

Elemento calefactor LGO

Templado de SOG

El vidrio aplicado en espiral (SOG) se produce mediante la curado de silicato de tetraacetato de silicio disuelto. Se utiliza para la planarización y, en parte, también para la dopaje. Hoy en día, el pulido químico-mecánico CMP es el proceso más común.
Este proceso es parte de los procesos de baja temperatura que se benefician especialmente de las propiedades de los elementos calefactores LGO. Estos elementos calefactores LGO (ver ilustración) tienen una masa térmica muy baja. Por lo tanto, se pueden obtener resultados de proceso significativamente mejores en comparación con los hornos equipados con elementos calefactores estándar.

Templado de hidrógeno

A veces, el templado de hidrógeno también se lleva a cabo a vacío para aplicaciones especiales. Desde hace poco tiempo, JTEKT Thermo Systems también puede ofrecer hornos combinados para el templado de hidrógeno a presión atmosférica y al vacío. El cambio entre ambos procesos se puede lograr mediante el simple intercambio del tubo de proceso.



Resumen y lista de los procesos disponibles para los hornos de semiconductores de JTEKT Thermo Systems:
Procesos atmosféricos Procesos al vacío