Das Laser-Annealing ermöglicht die Ohmsche Kontaktbildung (OCF) bei SiC-Leistungsbauelementen sowie die Formation von monolithisch integrierten Magnet-Sensoren auf einem industriellem Durchsatz-Niveau.

Der Markt für Leistungsbauelemente aus Siliziumkarbid (SiC) verzeichnet ein zweistelliges Wachstum. Dies ist vor allem auf die Vorteile von SiC in puncto Leistungseffizienz und der Minimierung von Energieverlusten zurückzuführen. SiC-Leistungsbauelemente werden beispielsweise in Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen, bei der Stromversorgung sowie in Solarwechselrichtern benötigt.

Die Art und Weise, wie Ohmsche Kontakten auf der Rückseite von SiC-Leistungsbauelementen erzeugt werden, ist dabei ein entscheidender Faktor für die elektrischen Eigenschaften sowie die mechanische Festigkeit des Bauelements. Bisher wurde die Formation von Ohmschen Kontakten (kurz: OCF = Ohmic Contact Formation) auf der Rückseite von SiC-Wafern mit Hilfe von Blitzlampen realisiert. Bei dieser Art des Annealings wird mit Hitze-Impulsen im Millisekundenbereich gearbeitet.

Die für den OCF-Prozess erforderlichen Temperaturen von über 1.000 °C können sich jedoch nachteilig auf die Strukturen auf der Vorderseite der Wafer auswirken. Das Annealing mit Hilfe von Blitzlampen ist deshalb auf Waferdicken von 350 Mikrometern und mehr beschränkt.

Die Halbleiter-Industrie geht nun zur Produktion von immer dünneren SiC-Leistungsbauelementen über. Ziel ist dabei die Verbesserung der elektrischen Leistung und des Wärmemanagements im SiC-Bauelement. Dafür werden neue Annealing-Verfahren benötigt, bei denen die thermischen Auswirkungen des OCF-Prozesses minimiert sind. Die Lösung: Das Laser-Annealing mit UV-Nanosekundenpulsen mithilfe unserer microPRO XS OCF. Es bietet die hohe Präzision und Wiederholbarkeit, die für OCF auf der Rückseite von SiC-Wafern erforderlich ist. Gleichzeitig stellt das OCF-Laser-Annealing sicher, dass die Wafer-Vorderseite nicht thermisch beschädigt wird. Die Leistung der Bauelemente bleibt damit unbeeinträchtigt.

Auch der Markt für Magnet-Sensoren erfährt durch die erhöhte Nachfrage nach Magnetfeld-Sensoren ein starkes Wachstum. Magnet-Sensoren werden z. B. in der Unterhaltungselektronik als Rotationssensoren und elektronische Kompasse in Smartphones und Wearables eingesetzt. Aber auch in anderen Geräten kommen Magnetsensoren z. B. als lineare Positionssensoren und Winkelsensoren zur Anwendung – beispielsweise in bürstenlosen Gleichstrommotoren. Aber auch bei der Servolenkungswinkelerkennung und elektronischen Drosselklappensteuerung in der Automobilindustrie sind Magnet-Sensoren zu finden.

Bisher wurden Riesen-Magneto-Widerstands- (GMR) und Tunnel-Magneto-Widerstandssensoren (TMR) mittels thermischem Annealing in sogenannten Glühöfen erzeugt. Dieser Ansatz erfordert jedoch mehrere Prozessschritte, um Sensoren mit unterschiedlichen magnetischen Ausrichtungen herzustellen. Insbesondere, wenn die Sensoren in Multichip-Packages eingebaut werden oder als integrierte monolithische Packages (als Wheatstone Bridge) verarbeitet werden sollen, erweist sich dies als Nachteil des konventionellen Annealing-Prozesses.

Das selektive Laser-Annealing mithilfe unserer microVEGA xMR hingegen bietet bei der Herstellung von Magnetsensoren mehrere Vorteile. Die höhere Präzision des Lasers ermöglicht die Verarbeitung kleinerer magnetischer Bauelementstrukturen. Mehrere Bauelemente pro Wafer und verschiedene Referenzmagnetisierungsrichtungen auf einem einzigen Wafer werden dadurch möglich. Dies reduziert die Anzahl der notwendigen Prozessschritte, vereinfacht den gesamten Produktionsablauf und ermöglicht damit eine kostengünstigere Produktion integrierter monolithischer Sensor-Bauelemente.