Ofensystem fürs Reinraumlabor

Forschung an Halbleiterbauelementen

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert die Anschaffung eines Hochtemperatur-Ofensystems für den Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). Mit dem Gerät forschen die Wissenschaftler an der Weiterentwicklung von Halbleiterbauelementen.

Ein Ofensystem im Reinraum des Fraunhofer-Institut IISB in Erlangen. Das neue, von der DFG geförderte Ofensystem für das Reinraumlabor wird erweiterte Möglichkeiten zur Herstellung von Halbleitern bieten. (Bild: Kurt Fuchs)

Halbleiter aus Silicium oder Siliciumcarbid sind inzwischen in jedem Haushalt zu finden – verarbeitet in Smartphones, Computern oder Waschmaschinen. Für die Industrie sind sie in der Mikro-, Nano- und Leistungselektronik somit unverzichtbar. Ihre Herstellung ist jedoch aufwendig, die winzigen Bauelemente erfordern in der Produktion höchste Präzision.

Am Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente (LEB) der FAU forschen Wissenschaftler um Lehrstuhlinhaber Prof. Dr. Lothar Frey daran, neue Halbleiterbauelemente zu entwickeln, um die Technik voranzutreiben. Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB betreibt der LEB zu diesem Zweck ein Reinraumlabor mit umfangreicher Prozesstechnik – das nun mit einem insgesamt 1,2 Mio. Euro teuren modernen Hochtemperatur-Ofensystem ausgestattet wird. Die DFG fördert das Gerät mit 600000 Euro, weitere Mittel stammen vom Freistaat Bayern (520000 Euro) sowie aus Eigenmitteln des Lehrstuhls. „Das neue Ofensystem wird unsere Möglichkeiten, Halbleiterbauelemente herzustellen, zu charakterisieren und weiterzuentwickeln, enorm erweitern“, freut sich Lothar Frey.

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Hohe Prozesstemperaturen wichtig für Funktionsweise von Halbleitern

Für die Herstellung von Hableiterbauelementen sind Hochtemperatur-Schritte essenziell. Um diese elektronischen Bauteile herzustellen, werden Dotierstoffe, beispielsweise Arsen, Phosphor oder Aluminium, in Halbleiterscheiben aus Silicium oder Siliciumcarbid eingebracht. Im Hochtemperatur-Ofen werden diese Dotierstoffe elektrisch aktiviert und sorgen damit für die erforderlichen Ladungsträgerkonzentrationen, um die Funktion der Bauelemente sicherzustellen. In einem anderen Verfahren wird dem Silicium während des Hochtemperaturschrittes Sauerstoff zugeführt. Es entsteht Siliciumdioxid, ein Isolator, der verschiedene Aufgaben im Bauelement übernehmen kann, z.B. als Trennschicht zwischen leitfähigen Schichten, um einen Kurzschluss im Bauelement zu vermeiden.

Das neue Ofensystem bietet den Wissenschaftlern dabei mehr Flexibilität: Vier unterschiedlich nutzbare Prozessrohre sowie die extrem hohen Temperaturen von bis zu 1300 °C erweitern die Möglichkeiten, Silicium- und Siliciumcarbid-Scheiben zu behandeln. Gleichzeitig können mit dem Ofensystem Temperaturschritte bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von 650 °C bei variablen Druckverhältnisse durchgeführt werden, um zum Beispiel neue Schichtsysteme aus Metalloxiden zu optimieren.

Spezielle Umgebung, spezielle Anforderungen

Für das Reinraumlabor darf es natürlich nicht ein irgendein Ofensystem sein, das Gerät muss speziellen Anforderungen entsprechen. „Halbleiter werden in einem Reinraumlabor gefertigt, um zu verhindern, dass Partikel auf die Halbleiterscheiben gelangen und so die Funktionen des Bauelements stören“, erklärt Dr. Tobias Dirnecker, Akademischer Oberrat am LEB. „Durch die hohe Flexibilität und vielseitigen Einsatzmöglichkeiten stellt das neue Ofensystem damit schon etwas Besonderes in Deutschland dar und bietet erweiterte Prozessmöglichkeiten für die Forschungsarbeiten im Reinraumlabor.“

Weitere Informationen:

Prof. Dr. Lothar Frey
E-Mail: lothar.frey@fau.de

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