Zur thermomechanischen Modellierung von Annealprozessen für große Silizium-Waferscheiben
- Diese Arbeit beschäftigt sich mit einem Prozeßschritt bei der Herstellung von Siliziumwafern, welche als Ausgangsprodukt für Halbleiterbauelemente dienen. Die Wafer durchlaufen bei der Herstellung unterschiedliche Prozesse, unter anderem das Annealing. Während des Anneals werden intrinsische Kristalldefekte, sog. Crystal originated Pits (COPs), bei über 1000°C thermisch aufgelöst. Der Temperaturbereich liegt dabei 200-300 °C unterhalb der Schmelztemperatur von Silizium. Demzufolge ist die Fließgrenze extrem herabgesetzt, so daß es infolge mechanischer und thermischer Belastungen zum Vergleiten (Fließen) im Kristallgitter und damit
zur Qualitätsbeeinträchtigung kommen kann.
Es wird erstmals aus mechanischer Sicht der komplexe Annealprozeß mit allen Einzelaspekten simulatorisch abgebildet und quantitativ erfaßbar gemacht. Dabei wird zum Einen das Ziel verfolgt, ein Lagerungskonzept zu entwickeln, welches den Ansprüchen an Reinheit, Temperaturbeständigkeit und Herstellbarkeit gerecht wird und zum Anderen den gesamten Anneal - ProzeßDiese Arbeit beschäftigt sich mit einem Prozeßschritt bei der Herstellung von Siliziumwafern, welche als Ausgangsprodukt für Halbleiterbauelemente dienen. Die Wafer durchlaufen bei der Herstellung unterschiedliche Prozesse, unter anderem das Annealing. Während des Anneals werden intrinsische Kristalldefekte, sog. Crystal originated Pits (COPs), bei über 1000°C thermisch aufgelöst. Der Temperaturbereich liegt dabei 200-300 °C unterhalb der Schmelztemperatur von Silizium. Demzufolge ist die Fließgrenze extrem herabgesetzt, so daß es infolge mechanischer und thermischer Belastungen zum Vergleiten (Fließen) im Kristallgitter und damit
zur Qualitätsbeeinträchtigung kommen kann.
Es wird erstmals aus mechanischer Sicht der komplexe Annealprozeß mit allen Einzelaspekten simulatorisch abgebildet und quantitativ erfaßbar gemacht. Dabei wird zum Einen das Ziel verfolgt, ein Lagerungskonzept zu entwickeln, welches den Ansprüchen an Reinheit, Temperaturbeständigkeit und Herstellbarkeit gerecht wird und zum Anderen den gesamten Anneal - Prozeß so zu gestalten, daß die Ausbeute von Wafern pro Zeiteinheit maximiert wird, ohne mit unerwünschten Vergleitungen rechnen zu müssen.
Die vorliegende Arbeit gliedert sich in einen Grundlagenteil und einen praktischen Teil. Wesentlich für die Erfassung des Prozesses im Simulationsmodell sind verschiedene Effekte, welche zunächst theoretisch anhand einfacher analytischer und numerischer Beispiele, sowie versuchstechnisch aufgearbeitet werden sollen. Die in der Arbeit untersuchten Effekte beziehen sich auf:
- die besonderen Materialeigenschaften des Silizium - Einkristalls, insbesondere dessen temperaturabhängige Fließgrenze (Upper Yield Stress)
- das Lagerungskonzept, verbunden mit Kontaktproblemen zwischen Wafer und Lager (Support)
- das Biegeproblem im Wafer
- das Aufheizproblem bedingt durch die Wärmeübertragungsmechanismen Strahlung (zwischen Ofenwand und Wafer/Support), Leitung (innerhalb des Wafers und des Supports) und Konvektion des Gases (innerhalb des Ofens)
Im praktischen Teil soll der Anneal mit Hilfe von Simulationssoftware (Finite Elemente Methode, Computational Fluid Dynamics), durch Optimierung der Lagerung und des Aufheizprozesses verbessert werden. Für die Bearbeitung dieses Kapitels werden die Untersuchungen aus dem theoretischen Teil der Arbeit als Referenz herangezogen.…