Thermische Prozesse in der Halbleitertechnologie, die mit Koyo Rohröfen genutzt werden können.
Koyo Thermo Systems

Koyo Thermo Systems Co., Ltd. wird in Europa vertreten durch:
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Diffusion   Oxidation   H2-Temperung   Polyimid   Kupfer   low-k   polySilicium   Nitrid   TEOS   BPSG   LPSOG

Thermische Prozesse in der Halbleitertechnologie

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 Koyo Thermo Systems können nahzu alle diese Prozesse genutzt werden. Koyo Thermo Systems hat ein Applikationslabor in Tenri, Nara, Japan und ein Anwendungszentrum in Uppsala, Europa, das in Zusammenarbeit mit der Universität Uppsala betrieben wird.

Horizontalofen Vertikalofen RTP-Anlage
Horizontalofen Vertikalofen RTP-Anlage
Überblick über und Auflistung der für Koyo Thermo Systems Halbleiteröfen verfügbaren Prozesse:
Atmosphärische Prozesse Unterdruck-Prozesse

Crystec Technology Trading GmbH, Germany, www.crystec.com, +49 8671 882173, FAX 882177
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Atmosphärische Prozesse

Diffusion und Dotierung

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 Koyo Thermo Systems eine sehr gute Temperaturgleichmäßigkeit in seinen Öfen erreichen und damit exzellente Prozessergebnisse erzielen.

Trockene und nasse Oxidation

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 Bubbler als Flüssigquelle anstelle einer HCl Gasversorgung liefern. TCA und trans-LC sind weit weniger korrosiv als HCl.

Vertikalofen Boot wird eingefahren

Koyo Thermo Systems Öfen mit LGO-Heizelementen weisen die größten Vorteile im Bereich der Niedrigtemperaturprozesse auf. Koyo 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.

SiC Boot wird eingefahren

Formiergas und Wasserstoff-Temperung

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.

Überschwingen derTemperatur

Koyo 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.

Polyimid härten

Koyo 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 Koyo 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 Koyo Thermo Systems spezielle Quarzteile für diesen Prozess ein, die grundsätzlich die Abscheidung von Spaltprodukten an der Ofenwand verhindern.

Polyimidprozess

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).

Hybrid-Ofen

Aufgrund der Nachfrage unserer Kunden hat Koyo 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 Koyo Thermo Systems werden somit Kosten gespart. Die Einspareffekte haben sich bei unseren derzeitigen Installationen bereits bestätigt.

Kupfer-Tempern

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 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.
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 Koyo Thermo Systems erneut einen Ofen für die Härtung von low-k Dielektrika entwickelt. Das verwendete LGO Heizelement wird seit Jahren bereits erfolgreich in Koyo Thermo Systems Öfen für andere Niedrigtemperaturprozesse wie beispielsweise Polyimidhärtung und Wasserstofftemperung eingesetzt. Der atmosphärische Koyo 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.

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LPCVD Prozesse

poly-Silicium

Poly-Siliciumschichten können vielseitig eingesetzt werden für die Fertigung von Gate-Elektroden, für den Aufbau von Widerständen und Kondensatoren sowie als Getterschichten. Von Koyo Thermo Systems sind Prozesse für undotierte und für dotierte poly-Siliciumschichten verfügbar. Durch den Einsatz von LGO Heizelementen werden ausgezeichnete Temperaturgleichmäßigkeiten in den Koyo Thermo Systems Öfen erreicht. Das führt wiederum zu sehr guten Prozeßergebnissen für die poly-Siliciumabscheidung. Auf Anfrage senden wir Ihnen gerne Testergebnisse zu.

Siliciumnitrid

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.

TEOS (Tetraethoxysilan, Tetraethylorthosilicat)

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.

BPSG (Bor-Phosphor-Silikatglas)

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.

SOG Tempern

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

Wasserstofftempern wird für besondere Anwendungen manchmal auch bei Unterdruck durchgeführt. Seit kurzer Zeit kann Koyo 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.


Überblick über und Auflistung der für Koyo Thermo Systems Halbleiteröfen verfügbaren Prozesse:
Atmosphärische Prozesse Unterdruck-Prozesse
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