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Prozesse der Chip Produktion

Einsatz von Gasen bei der Chip-Herstellung geordnet nach Prozessschritten.

Epitaxie

Epireaktor

Ein Prozeß zum Aufwachsen einer einkristallinen Siliziumschicht aus der Dampfphase bei hohen Temperaturen auf ein Substrat. Hierzu werden Trichlorsilan, Tetrachlorsilan und Wasserstoff entweder mit Diboran oder Phosphin als Dotiergase gemischt.

Oxidation

Die Oxidation bildet dünne Schichten von Silizium-dioxid im Siliziumsubstrat durch Erwärmen des Wafers auf ca. 1000°C in einer Atmosphäre aus hochreinem Sauerstoff und Wasserstoff. Auf diese Weise entstehen auf dem Wafer Isolationschichten oder Gateoxid-schichten.

Photoresist

Der Photoresist ist ein lichtempfindliches Material, das in flüssiger Form auf den Wafer aufgebracht wird. Um eine gleichmäßige Schicht zu erzielen, wird der Wafer mit bis zu 3000 min-1 rotiert.

Belichtung

Der mit Photoresist beschichtete Wafer wird in einem Stepper ultravioletter Strahlung ausgesetzt. Das UV Licht trifft durch eine Maske, die die spätere Struktur des elektronischen Bauteils widerspiegelt, auf die Oberfläche, so dass nur ausgewählte Bereiche des Photoresist belichtet werden. Als Lichtquelle werden Laser eingesetzt, in denen neben anderen Medien auch hochreinen Stickstoff, Reinstdruckluft und verschiedene Lasergasmischungen wie Fluor-Krypton-Neon und Krypton-Neon eingesetzt werden.

Thermodiffusion

Nach der Belichtung werden die Wafer in einer sauren oder basischen Lösung entwickelt, um den Photoresist von den belichteten Zonen zu entfernen. Anschließend wird der Wafer bei niedrigen Temperaturen "ausgeheizt", damit das verbleibende Resistmaterial aushärten kann. Außerdem werden die Wafer in Hochtemperatur-Diffusionsöfen bei 800°F - 1200°F (430°C - 650°C) behandelt, um vorher aufgebrachte Dotierungs-schichten in das Wafermaterial zu verteilen.

Ätzen

Zur Entfernung ausgewählter Schichtzonen von einem Wafer werden verschiedene Typen saurer, basischer oder ätzender Lösungen eingesetzt. Das Gefahren-potential dieser Chemikalien macht den Personen-schutz zu einem wichtigen Gesichtpunkt in der Halbleiterfertigung. Ein Großteil der Arbeit mit Chemikalien findet in großen Nassbänken statt, wo spezielle Lösungen für spezielle Anwendungen vorbereitet werden. So wird zum Beispiel ein BOE (buffered oxid etch) aus mit Ammoniumfluorid gepufferter Flusssäure eingesetzt, um Isolationsschichten zu entfernen, ohne die darunterliegenden Silizium- oder Polysiliziumbahnen zu beschädigen.Phosphorsäure wird zum Ätzen von Siliziumnitrid-Schichten , Salpetersäure zum Ätzen von Metallen und Schwefelsäure zum Entfernen von Photoresist benutzt.

Ashing

Ashing

Wenn eine Silizium-, Metall- oder Silizidschicht hergestellt worden ist, muß der verbleibende Photoresist in einem Ashing genannten Prozess entfernt werden. Dabei wird ein Hochtemperatur-Gasplasma erzeugt, in dem der Resist entfernt wird ohne die darunterliegende Schicht zu zerstören.

Drehen, Spülen, Trocknen

Trotz vieler aufwendiger Maßnahmen zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer von Verunreinigungen freien Reinraumatmosphäre ist es unerlässlich, die Wafer immer wieder zu reinigen. Da dies ein sehr häufiger und wichtiger Prozessschritt ist, wird hierfür ein spezielles tool, der SRD (Spin, Rinse, Dryer) eingesetzt. Der SRD reinigt die Wafer mit DI-Wasser und trocknet Sie mit hochreinem Stickstoff.

Implantation

Beim Implantieren werden die Ionen eines bestimmten Dotanten mit Hilfe von Beschleuniger-röhren auf die Waferoberfläche geschossen, wodurch die elektrischen Eigenschaften genau defininierter Bereiche der Schicht verändert werden können. Als Lieferanten für die Dotierionen kommen Gase wie Arsin, Phosphin, Diboran, Bortrichlorid und Bortrifluorid zum Einsatz.

Chemical Vapour Deposition (Chemische Gasphasenabscheidung)

CVD bezeichnet eine große Gruppe von Prozessen zur Schichtenabscheidung auf dem Wafer. Vor der Abscheidung wird der Wafer in einem Trockenätzverfahren (Dry Etch Process) gereinigt, der entweder Schwefelhexafluorid oder eine Mischung aus Tetrafluormethan und hochreinem Sauerstoff einsetzt.

Die in CVD Prozessen eingesetzten Trägergase sind Stickstoff und Wasserstoff. In Abhängigkeit von der zu Produzierenden Schicht kommen außerdem andere Gase zur Anwendung. Ammoniak und Dichlorsilan erzeugen zum Beispiel eine Siliziumnitrid-Schicht. Für Siliziumdioxidschichten benutzt man Silan und Sauerstoff. Zur Herstellung von bestimmten Silicidschichten (Hybride von Metallen und Silizium) wird Wolframhexafluorid benötigt. Zum Reinigen der CVD-Reaktionskammern kommt außerdem Stickstofftrifluorid zum Einsatz.

CVD Werkzeuge

Metallätzen

Dieser Prozessschritt dient dazu, Teile der Aluminiumschichten vom Wafer zu entfernen und auf diese Weise Leiterbahnen herzustellen. Hierzu wird der Wafer in der Ätzkammer positioniert und auf ein negatives elektrisches Potential gelegt. Die Kammer wird auf ca. 100°C geheizt, evakuiert und dann mit einem positiv geladenen Gasplasma (üblicherweise ein Gemisch aus Stickstoff, Chlor und Bortrichlorid) geflutet. Die entgegengesetzten Ladungen führen zu einer vertikalen Ausrichtung der Plasmamoleküle und damit zu einem mikroskopischen chemischen und physikalischen "Standstrahl"-verfahren, das die Aluminiumschicht entfernt.

Informationen zur Sicherheit
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Fachbereich Elektronik
Herr Karl-Heinz Joksch
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