Simulation von Prozessen und Anlagen

Simulation der Silizium-Epitaxie für die 22-nm-FD-SOI-Technologie im Projekt MOMENTUM

Stoffmengenanteil HCl auf der Waferoberfläche im Einzelwaferreaktor bei seitlicher Überströmung des Wafers (Strömungsvektoren der Reaktionsgase: blaue Pfeile) und mit Waferrotation (Rotationsrichtung: schwarzer Pfeil).
© Fraunhofer ENAS
Stoffmengenanteil HCl auf der Waferoberfläche im Einzelwaferreaktor bei seitlicher Überströmung des Wafers (Strömungsvektoren der Reaktionsgase: blaue Pfeile) und mit Waferrotation (Rotationsrichtung: schwarzer Pfeil).

Die 22-nm-FD-SOI-Technologie erlaubt die Realisierung von Mikrochips mit hoher Energieeffizienz bei gleichzeitig niedrigen Herstellungskosten. Die Reduktion von Schwankungen im Produktionsprozess stellt dabei eine große Herausforderung dar. Im Teilvorhaben des von der Sächsischen Aufbaubank geförderten Projekts MOMENTUM untersucht das Fraunhofer ENAS in Kooperation mit dem Chiphersteller GLOBALFOUNDRIES die Reduzierung der Prozessvariabilität beim epitaktischen Aufwachsen von Silizium im Kanalbereich sowie von Silizium und Siliziumgermanium im Raised Source Drain (RSD). Dazu werden verschiedene Anlagen für die Silizium-Epitaxie mit Simulationsmethoden untersucht. Im ersten Fall wird eine Optimierung eines Multiwaferreaktors für die Kanal-Epitaxie realisiert. Ursachen für die Schwankungen zwischen den Wafern wurden benannt, experimentell verifiziert und erste Optimierungen geliefert. Weitere Optimierungen werden derzeit validiert. Im zweiten Fall wird ein Einzelwaferreaktor für die RSD-Epitaxie simuliert, an dem die Schichtdicke über dem Wafer untersucht wird. Um skalenübergreifende Effekte genauer zu untersuchen, arbeiten wir eng mit dem Zentrum für Mikrotechnologien zusammen, das Chemie-, Wachstums- und Diffusionsmodelle für die Epitaxie erstellt.

Simulierte Temperaturverteilung im Modell eines Multiwaferreaktors: (a) 3D-Ansicht.
© Fraunhofer ENAS
Simulierte Temperaturverteilung im Modell eines Multiwaferreaktors: (a) 3D-Ansicht.
2D-Ansicht des Bereichs der Produktwafer, graue vertikale Linien = Gasinjektoren und Thermoelement (3. Linie von rechts).
© Fraunhofer ENAS
2D-Ansicht des Bereichs der Produktwafer, graue vertikale Linien = Gasinjektoren und Thermoelement (3. Linie von rechts).
(c) mittlere Temperatur als Funktion der Wafernummer (hellblau = Produkt-Wafer, hellrot = Dummy-Wafer, blaue Linien = Positionen der Injektor-Enden, graue Linie = Zieltemperatur im Reaktor).
© Fraunhofer ENAS
(c) mittlere Temperatur als Funktion der Wafernummer (hellblau = Produkt-Wafer, hellrot = Dummy-Wafer, blaue Linien = Positionen der Injektor-Enden, graue Linie = Zieltemperatur im Reaktor).