Diélectriques low-k
Pour la fabrication de circuits de 0,18µm, des couches diélectriques sont nécessaires, correspondant à une épaisseur de couche de dioxyde de silicium de seulement 4nm. Pour des structures de 0,13µm, il faut même des couches correspondant à une couche de SiO₂ de 2nm. Avec une miniaturisation plus poussée des structures, l’utilisation de couches de SiO₂ devient de plus en plus critique. Dans les technologies modernes des semi-conducteurs, en particulier pour des dimensions très réduites, les couches de SiO₂ ne sont plus toujours suffisantes comme diélectriques : des matériaux low-k et même ultra-low-k sont de plus en plus utilisés. Les lignes de fabrication modernes utilisent des matériaux ayant une permittivité (valeur k) nettement inférieure à celle du SiO₂, tels que des silicates poreux ou des oxydes dopés au carbone. De plus, des diélectriques encore plus optimisés sont étudiés, notamment avec des cavités d’air ou des matériaux composites innovants, afin d’améliorer davantage les performances et l’efficacité énergétique des puces aux structures extrêmement fines.
Les matériaux low-k peuvent être utilisés dans les usines modernes de semi-conducteurs pour les interconnexions multicouches, les diélectriques inter-couches (ILDs), les couches de passivation, l’isolation des tranchées peu profondes et le masquage des tranchées profondes. Les matériaux low-k peuvent être employés soit avec des interconnexions traditionnelles en aluminium, soit avec des procédés cuivre double damascène modernes.
Les matériaux low-k peuvent être classés dans les groupes suivants : oxydes dopés, matériaux organiques, matériaux fortement fluorés et matériaux poreux. Le groupe des matériaux poreux combine des micropores avec les autres matériaux mentionnés. Le dioxyde de silicium traditionnellement utilisé possède une constante diélectrique de 4,2. L’air est considéré comme un isolant idéal et possède une constante diélectrique de 1. Les matériaux poreux peuvent donc généralement atteindre des constantes diélectriques plus faibles que les substances massives correspondantes. Ces nouveaux matériaux sont développés pour des circuits intégrés avec des structures <0,10µm. Des constantes diélectriques de 2 à 3 peuvent être obtenues. À l’avenir, les oxydes, oxydes dopés, matériaux organiques et matériaux fortement fluorés seront tous combinés avec des micropores.
Méthodes de dépôt
Les matériaux low-k peuvent être déposés soit par spin-coating, soit par des procédés CVD. Pour les matériaux poreux, la méthode de spin-coating est principalement utilisée. Il faut accorder une attention particulière à l'évaporation contrôlée des solvants. Le durcissement nécessaire qui suit se fait normalement dans un four par lots. Aujourd'hui, des fours verticaux sont le plus souvent utilisés pour cette application afin d'atteindre l'uniformité de température élevée requise. La température de durcissement se situe cependant normalement entre 350°C et 400°C, ce qui impose de fortes exigences à un four vertical conventionnel.
Le procédé de durcissement
JTEKT Thermo Systems (anciennement Koyo Thermo Systems) possède une longue expérience du procédé de durcissement SOG similaire et a développé pour cela un four spécial avec un élément chauffant LGO à très faible masse thermique. Désormais, JTEKT Thermo Systems a de nouveau développé un four pour le durcissement des diélectriques low-k. L'élément chauffant LGO utilisé est déjà appliqué avec succès depuis des années dans les fours JTEKT Thermo Systems pour d'autres procédés basse température tels que le durcissement du polyimide et le traitement à l'hydrogène.
Faibles teneurs en oxygène
Pour la production de bons diélectriques low-k, une teneur en oxygène inférieure à 20 ppm pendant le procédé est indispensable. Dans notre four JTEKT, des teneurs en oxygène inférieures à 8 ppm peuvent être atteintes. Ces faibles teneurs en oxygène n'exigent toutefois pas de technologie d'évacuation (vide) ! JTEKT Thermo Systems a développé un four atmosphérique (nettement plus économique) qui répond aux besoins du durcissement du polyimide et donne d'excellents résultats. Le graphique montre la diminution du niveau d'oxygène dans le four au cours du temps (de droite à gauche, avec des échelles de concentration changeantes plusieurs fois).
Fours
JTEKT Thermo Systems (anciennement Koyo Thermo Systems) fabrique des fours verticaux pour le durcissement des diélectriques low-k pour des lots de 100–150 wafers. Les versions 150 mm et 200 mm sont disponibles avec un carrousel de chargement (VF5100) et, en option, avec un magasin de cassettes intégré (VF5300). Pour le traitement des wafers 300 mm, JTEKT Thermo Systems a développé une grande version chargée par FOUP (VF5900). Un four mini-batch est également disponible (VF5700). Pour les lignes pilotes et les instituts de recherche, il existe le VF1000 à chargement manuel pour des tailles de wafer de 150 mm à 300 mm.
Veuillez nous contacter si vous souhaitez plus d'informations sur le durcissement low-k ou sur nos fours correspondants. Des essais avec nos fours peuvent être effectués dans notre laboratoire d'applications à Tenri.