Rapid Thermal Processing (RTP)
USHIOs Infrarot (IR)-Lampenlösungen werden seit vielen Jahren in der Fertigung von Halbleiter-Wafern eingesetzt. Das Rapid Thermal Processing (RTP) ist ein schnelles, berührungsloses IR-Wärmebestrahlungsverfahren, das eine Verunreinigung der Wafer verhindert. USHIO liefert eine Heizleistung von mehreren Kilowatt in Form von speziell entwickelten ein- und zweiseitig gespeisten IR-Strahlern.
Was ist Rapid Thermal Processing (RTP)?
Rapid Thermal Processing (RTP) ist ein Heiz- und Kühlverfahren, das vorwiegend mit der Halbleiter- und Solarzellenfertigung in Verbindung gebracht wird. Beim RTP werden Silizium-Wafer mit Hilfe eines hochintensiven Infrarotstrahlers auf eine extrem hohe Temperatur, oft weit über 1000 °C, erhitzt. Nach einer kurzen Heizphase wird der Wafer langsam abgekühlt. Dieses Bearbeitungsverfahren, das manchmal auch als Rapid Thermal Annealing (RTA) bezeichnet wird, dient der Optimierung der elektrischen Eigenschaften des Halbleitermaterials.
Unsere Lampen können als zentrale Schnellheizkomponenten Ihres RTP-Ofens installiert und mit den darin integrierten Pyrometern und Thermoelementen verbunden werden, die zur Regelung der Ausgangstemperatur dienen. Die Phase der Schnellerhitzung kann wenige Millisekunden oder bis zu 60 Sekunden dauern. Anschließend wird die Temperatur vorsichtig wieder verringert, um plötzliche Temperaturwechsel zu vermeiden. Plötzliche Temperaturwechsel können Versetzungen und Störungen im Kristallgefüge oder gar die irreversible Zerstörung des Wafers bewirken.
USHIO besitzt langjährige Erfahrung in der Spezialanfertigung ein- und zweiseitig gespeister IR-Strahler. Mit einer garantierten Heizleistung von mehreren Kilowatt kann Ihre USHIO-Lampe so konfiguriert werden, dass sie sich in jedes industrielle RTP-Szenario integrieren lässt.
Erwünschte Wirkungen und Einsatzmöglichkeiten des Rapid Thermal Processing (RTP)
- Dotierstoffaktivierung: Die Änderung der elektrischen Eigenschaften eines Substrats durch Erhitzung im Anschluss an die Ionenimplantation (Einbringung von Fremdatomen, Dotierung) wird als Dotierstoffaktivierung bezeichnet. Die Ionen von Dotierstoffen wie Phosphor, Arsen und Bor werden durch thermische Energie angeregt, was die elektrischen Eigenschaften des gesamten Substrats verändert.
- Passivierung von Oberflächendefekten: Dient der Steigerung des Wirkungsgrades der Leistungsumwandlung (power conversion efficiency, PCE) und der wesentlichen Verbesserung der Oberflächenstabilität polykristalliner (Perowskit-) Solarzellen. Die Halbleiteroberfläche wird inertisiert, ohne jedoch die Leitfähigkeit zu beeinträchtigen. Dadurch werden Oberflächenzustände aufgehoben, die den Durchgang von Elektrizität durch die Zelle – vor allem bei extremen Wetterbedingungen – behindern könnten. Diese Passivierung erfolgt durch thermische Oxidation der Oberfläche.
- Thermische Oxidation: Die Hochtemperatur-Diffusion eines Oxidationsmittels wie z. B. Siliziumdioxid in die Oberfläche eines Halbleiter-Wafers. Auf diesem Verfahren beruhte auch die Entwicklung des komplementären Metall-Oxid-Halbleiters, besser bekannt als CMOS (complementary metal-oxide semiconductor).
- Verdichtung der Beschichtungen
- Reparatur von Gitterschäden, beispielsweise nach Ionenimplantation
- Bildung von Silizid- und Diffusionssperrschichten
- Hochtemperatur-Nassoxidation (Rapid Thermal Oxidation, RTO)
- Reflow-Löten: Dieses auch als Wiederaufschmelzlöten bekannte Verfahren ermöglicht das Löten von oberflächenmontierten Bauelementen (surface-mount devices, SMD) direkt auf eine Leiterplatte. Eine entscheidende Voraussetzung für das Reflow-Löten ist eine exakte Steuerung der Schmelztemperatur, um an sämtlichen Lötstellen eine vollständige Flüssigkeit zu erreichen, ohne dass die SMD-Elemente oder sonstige Materialien überhitzt werden. Bei ungleichmäßigen Temperaturen schließen die Benetzungs- und Erstarrungsprozesse des Lots zu unterschiedlichen Zeiten ab. Beim sogenannten Grabsteineffekt, einem häufigen Fehlerbild beim Reflow-Löten, stellen sich vor allem kleine SMD-Bauelemente während des Lötprozesses auf. Der zweite Anschluss des Bauelement ist dann nicht elektrisch kontaktiert, so dass die gesamte Leiterplatte unbrauchbar wird.
- Rapid Thermal Chemical Vapour Deposition (RTCVD): Die rasche thermische chemische Gasphasenabscheidung ist ein modernes Verfahren der Oberflächenbearbeitung und dient dazu, die Oberfläche eines Substrats durch Aufbringen dünner Materialschichten zu vergrößern. Bei der Schnellerhitzung wird lediglich das Wafer-Substrat erhitzt und nicht das Umgebungsgas oder die Ofenwände, so dass einer ungewünschten Partikelbildung innerhalb des behandelten Materials vorgebeugt wird. Je nach Anwendung werden unterschiedliche Beschichtungen verwendet, beispielsweise Galliumarsenid (GaAs) bei der Herstellung von photovoltaischen Geräten.
- Kontaktlegierung: Während der Erzeugung einer Metall-Halbleiter-Schnittstelle ist eine Hochtemperatur-Glühstufe erforderlich, um die aufgedampften Metallkontakte mit dem Halbleitermaterial zu legieren. Durch Zugabe weiterer Dotierstoffe kann der ohmsche Kontakt verbessert und eine stark dotierte Region an der Grenzfläche gebildet werden.
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