Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke

2/25/2015

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke

MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 Technológia: alaplépések, a tanszéki processz http://www.eet.bme.hu/~poppe/miel/hu/02-pMOS-technologia.ppt

http://www.eet.bme.hu

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

Technológia ► Alapvető

technológiai lépések ► Egyes gyártóberendezések

2011-09-13

Mikroelektronika - Technológiai áttekintés ©Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011

2

1

2/25/2015



Alapvető gyártási lépések ► Rétegleválasztás

vagy növesztés: új anyagréteg jön létre a félvezető (szilícium) szelet teljes felületén ► Struktúrálás (patterning): a kialakított anyagrétegben mintázatot alakítunk ki fotoreziszt felvitele mintázat ráfényképezése a rezisztre, a reziszt előhívása mintázat átvitele a rezisztről valamilyen marási művelettel (etching) reziszt eltávolítása ► Külső

adalékok mélységi bevitele: ion implantáció (korábban diffúzió) 2011-09-13


3



Mintázat kialakítása ► Az

eredeti mintázat egy fotomaszkon van

üveg hordozón króm mintázat ► Nagy

pontossági igény: 0.03µm / 30cm! 10-7

► Látható

fény:

λ=0.3-0.6 µm deep UV-re van szükség! 2011-09-13


4

2

2/25/2015



Monolitikus IC-k Mono lit = egy kő

• Mélységi struktúra • Felületi struktúra (mintázat, pattern)

MFS – min. csíkszélesség a legfontosabb jellemző: 15 µm → 0.18µ µm vagy még kisebb...

2011-09-13


5



Mélységi struktúra kialakítása ► Rétegleválasztás

/ rétegnövesztés:

epitaxiális réteg növesztése (a meglévő Si egykristállyal egyező szerkezetű, esetleg másképp adalékolt réteg) • ma pl.: IBE – ion-beam epitaxy: atomi rétegek leválasztásának a lehetősége / kvantumos hatások lehetősége az eszközökben

oxidáció (SiO2 leválasztás vagy növesztés) vákuumpárologtatás (evaporation) – pl. Al fémezés Egyéb rétegleválasztási módszerek • katódporlasztás (sputtering) • CVD: chemical vapor deposition – kémiai gőzfázisú leválasztás, stb.

2011-09-13


6

3

2/25/2015



Epitaxiális rétegnövesztés ►A

klasszikus epitaxia: egykristályos réteg hozzánövesztése a hordozóhoz gőz vagy folyadék fázisból Si szeletek

~1200 oC

SiCl4 + 2 H 2

→ Si + 4 HCl

A növesztett réteg kristályszerkezet u.a. mint szubsztráté 2011-09-13


7



Epitaxiális rétegnövesztés ► Molekula

sugaras epitaxia:

MBE: molecular beam epitaxy

ún. kvantum eszközök készülnek ilyennel

Oxidnövesztés oxidálás (900-1200 oC) ► Kémiai gőzfázisú leválasztás (CVD)

► Termikus

d SiO2 ~ t 2011-09-13


8

4

2/25/2015



Epitaxiális rétegnövesztés ► A SiCl4/H2

arányától függően

egkristály növesztése polikristályos Si növesztése: poliszilícium • lehet még amorf szilíciumot is létrehozni

maratás

Adalékolni is lehet!

2011-09-13


9



Vákuumpárologtatás ► Szabad

úthossz > edény

mérte ► Fémezés: ~0.1-0.5 µm ► Ma: elektronsugaras forrás

2011-09-13


10

5

2/25/2015



Katódporlasztás ► Kis

nyomáson gázkisülés (pl. Ar atmoszférában) hordozza a leválasztandó anyagot ► Nagyfrekvenciás meghajtással szigeteleő anyagok is porlaszthatók


2011-09-13

11



Mélységi struktúra kialakítása ► Adalék

atomok bevitele a Si-egykristályba – tulajdonságainak módosítása végett

Egyszerű 2D nézet

3D gyémántrács V. oszlopbeli adalék (5 v.é): extra elektron DONOR n-típusú Si 2011-09-13

III. oszlopbeli adalék (3 v.é.): elektron hiány ACCEPTOR p-típusú Si


12

6

2/25/2015



Az adalékolás szelektivitása? ►A

SiO2 kitűnően maszkolja az adalék atomokat (ellenálló, összefüggő réteg – GaAs-nél ilyen nincs) ► Ahol ablak van benne, ott behatolnak az adalékok

Diffúzió

Ion implantáció

mély profil

sekély profil

A SiO2 mintázat maszkolja 2011-09-13


13



Mélységi struktúra kialakítása ► Adalékok

bevitele diffúzióval

Az adalék atomok diffundálnak az igen nagy hőmérsékletű Si-ban Mozgató az atomok energiájának statisztikus eloszlása: • intersticiális vándorlás: helycsere a Si atomokkal • hibahelyeken vándorlás

Milyen mélységi eloszlás alakul ki? Fick törvények: ∂c ∂x

D = D (T ) !

∂c ∂J =− ∂t ∂x

∂c ∂ 2c =D 2 ∂t ∂x

J = −D

2011-09-13


14

7

2/25/2015



Diffúzió ► Egy

fontos megoldás:

c( x,0) = M 0 ⋅ δ ( x ) c( x, t ) =

M0 exp(− x 2 / 4 Dt ) 4πDt

► Gyakorlati

végrehajtás 2 lépésben

elődiffúzió behajtás / drive-in ► Ma:

(pl. 1100oC, 3 óra) (pl. 1240oC, 1 óra)

ion implantáció után végső profil kialakítása

2011-09-13


15



Diffúzió ►A

diffúziós kályha (furnace)

kvarc csónak



16

8

2/25/2015



Ipari méretű diffúziós kályha

2011-09-13


17



Ion implantáció ► Tömegspektrométerrel

egy ionsugárból kiválasztott ionokat lövünk a Si szeletre mint target-re ► Az adalékok kezdeti eloszlása az ionsugár energiájától és dózisától függ ► Az implantációt hőkezelés követi a szilícium egykristály szerkezetének helyreállítása az adalékok behajtása: végső adalékeloszlás (adalék profil) kialakítása ► ~100

kV nagyságrendű feszültség

2011-09-13


18

9

2/25/2015



Ion implantáció

Átlagos behatolási mélység, körülötte véletlen eloszlás → Gauss profil

r=

mv qB A SiO2 mintázat maszkolja

2011-09-13


19



Ion implantáció Alacsony hőmérsékletű lépés. Előny: korábbi adalékprofilokat nem nagyon rontjuk el



20

10

2/25/2015



A felületi struktúra kialakítása ► Fotolitográfiával

– ez minden mintázatkialakítás (patterning) első lépése ► Az oxidlépcsők problémája: step coverage

Ablaknyitás az oxidon - fotolitográfiával

2011-09-13


21



Struktúrálás: fotolitográfia

2011-09-13


22

11

2/25/2015



Az ablaknyitás lépései

Fémezés mintázatához • teli-fémezés • fotoreziszt • fényképezés, előhívás • fölösleges fém kimaratása • reziszt eltávolítása 2011-09-13


23



Fotolitográfia ►

Sárga fényű helyiségben – a reziszt UV-re érzékeny, sárgára nem EET, V2 306

IC gyár valahol a világban

EET, V2 306 2011-09-13

Monolit IC Labor, Mikroelektronika szakirány az EET-n


24

12

2/25/2015



Egy egyszerű pMOS technológia ► Technológiai

lépések az EET Félvezető Laboratóriumában (tiszta szobájában)

2011-09-13


25



P-csatornás monolit IC készítése

Szelettisztítás 2011-09-13


26

13

2/25/2015




Vastagoxid-növesztés (ún. field oxide) 2011-09-13


27




Fotolitográfia: reziszt cseppentés, felpörgetés 2011-09-13


28

14

2/25/2015




Fotolitográfia: maszkillesztés 2011-09-13


29




Fotolitográfia: megvilágítás 2011-09-13


30

15

2/25/2015




Fotolitográfia: előhívás 2011-09-13


31




Mintázat átmásolása: az oxid kimarásával 2011-09-13


32

16

2/25/2015




Fotolitográfia: oxidmarás, lakkeltávolítás 2011-09-13


33




Bórdiffúzió szilárd fázisból, elődiffúzió 2011-09-13


34

17

2/25/2015




Bórüveg eltávolítása 2011-09-13


35




Bórdiffúzió második lépése: behajtás (oxigénben) 2011-09-13


36

18

2/25/2015




Vékonyoxid-növesztés Fotolitográfia: Alumínium vákuumgőzölése ablaknyitás lakk eltávolítása a gate a fémezés gate-oxid fémezés számáraszámára céljára számára 2011-09-13


37




Fotolitográfia: Kész struktúra lakk fém vezetékhálózat eltávolítása kialakítása 2011-09-13


38

19

2/25/2015




Darabolás, eutektikus kötés, termokompresszió 2011-09-13


39



P-csatornás monolit IC készítése napelem készítése ►

►

Akit érdekel, érdeklődhet Tímárné Horváth Veronika c. docensnél vagy Juhász László adjunktusnál Lehetőségek: Monolit IC készítése Napelem készítés

választható tárgyak, valamint: TDK (érdeklődni: Bognár György TDK felelősnél) Önálló labor (érdeklődni: Bognár Györgynél, Tímár tanár nőnél) Szakdolgozat (érdeklődni: Kollár Ernőnél) 2011-09-13


40

20

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök Tanszéke

Recommend Documents