MASARYKOVA UNIVERZITA

MASARYKOVA UNIVERZITA Přírodovědecká fakulta Ústav fyziky kondenzovaných látek

DIPLOMOVÁ PRÁCE Příprava polovodičových součástek křemíkovou technologií

Bc. Michal Truhlář Vedoucí diplomové práce: doc. RNDr. Petr Mikulík, Ph.D.

Brno 2011

Michal Truhlář, Diplomová práce, Příprava polovodičových součástek křemíkovou technologií

Oficiální zadání práce

Téma/varianta: Příprava polovodičových součástek křemíkovou technologií Název anglicky: Preparation of semiconductor devices by silicon technology Vedení: RNDr. Petr Mikulík, Ph.D., učo 855 (vedoucí) RNDr. Luděk Bočánek, CSc., učo 1799 (konzultant)

Oficiální zadání: Nově vybudovaná Laboratoř polovodičů - čisté prostory pro křemíkovou technologii a mikroelektroniku obsahuje zařízení, která umožňují vyrobit polovodičové součástky na křemíkové desce, jako např. rezistory, induktory, kondenzátory, diody a tranzistory. Cílem diplomové práce bude provést a zdokumentovat postup této přípravy (na základě doposud zpracovaných návodů do praktik) a optimalizovat postup přípravy. Na vyrobených součástkách bude analyzován vliv parametrů technologického procesu na jejich fyzikální vlastnosti pomocí elektrických měření. Tyto výsledky budou porovnány s počítačovými simulacemi součástek. Související webová stránka: http://www.physics.muni.cz/ufkl/equipment/CleanRoom.shtml

2


© Michal Truhlář, Masarykova univerzita (Brno, Czech Republic) 2011

3


4

Prohlašuji, že jsem svou diplomovou práci napsal samostatně a výhradně s použitím citovaných pramenů. Souhlasím se zapůjčováním práce a jejím zveřejňováním. V Pršticích dne 10. ledna 2011

Michal Truhlář


Rád bych předně poděkoval vedoucímu své práce, doc. RNDr. Petru Mikulíkovi, Ph.D. za trpělivost, ochotu, konzultace a praktickou pomoc a rady, které mi poskytl. Dále bych rád poděkoval Ing. Milanu Kučerovi za praktickou pomoc a vedení v laboratoři čistých prostor, Ing. Jiřímu Špinkovi za rady a pomoc při sestavování návodu na měření v praktiku a Ing. Martinu Adámkovi, Ph.D. za poskytnutí fotografií a videí z praktika VUT. V neposlední řadě bych rád poděkoval všem studentům VUT, se kterými jsem spolupracoval při získávání výsledků měření. Na závěr bych chtěl poděkovat své snoubence, rodině a přátelům, bez jejichž pomoci a podpory by tato práce zajisté nevznikla.

5


ANOTACE: V předkládané práci se věnuji technologiím a procesům, používaným v Laboratoři polovodičů – čistých prostorách pro křemíkovou technologii a mikroelektroniku na Ústavu fyziky kondenzovaných látek (ÚFKL) Masarykovy univerzity a dále pak strukturám a součástkám, které byly vyrobeny v této laboratoři. Osobně jsem připravil několik křemíkových desek se třemi fotolitografickými kroky. V návaznosti na výrobu součástek jsem zprovoznil stanici hrotového měření mimo oblast čistých prostor a vytvořil jsem návod měření na této stanici. Díky tomu bylo možné rozšířit výuku v Laboratoři polovodičů o další úlohu – měření. Zprovoznění stanice umožňuje provést měření základních elektrických vlastností vyrobených součástek a vyhodnotit tak úspěšnost výroby.

KLÍČOVÁ SLOVA: Čisté prostory, fotolitografie, polovodičové součástky, stanice hrotového měření

6


ABSTRACT:

In the presented work I devote myself to study of technology and processes used in the Laboratory of Semiconductors – Clean room for silicon device technology and microelectronics at the Department of Condensed Matter Physics (ÚFKL) at Masaryk University. I focus on structures and components that are developed in this laboratory. Using a process with three photolitography steps I have processed a number of silicon wafers with a predefined structure. Further I have commissioned a workstation for probe measurements of devices outside of the clean room and created a measurement manual for this workstation. This allowed us to enhance teaching in the Laboratory of Semiconductors by a new task – the electrical measurement. Launching of the workstation enables the measurement of principal electrical properties (resistivity, capacity, V-A characteristics) of produced devices in order to evaluate the success of their production.

KEYWORDS: clean room, photolithography, semiconductor devices, probe measurement workstation, electrical measurement

7


0 Obsah 0

Obsah ...................................................................................................- 8 -

1

Úvod ...................................................................................................- 11 -

2

Technologie používané v laboratoři polovodičů na ÚFKL ...........- 14 2.1

Křemíková deska – wafer .............................................................- 14 -

2.2

Oxidace .........................................................................................- 15 -

2.2.1

Termická oxidace ...................................................................- 18 -

2.2.2

Model procesu oxidace - Deal-Grove ....................................- 20 -

2.2.3

Simulace růstu oxidu ..............................................................- 22 -

2.3

2.3.1

Fotorezist ................................................................................- 27 -

2.3.2

Rozlišení fotolitografie dle typu expozice .............................- 29 -

2.4

Difúze příměsí ..............................................................................- 30 -

2.4.1

Fyzikální popis driftu a difúze ...............................................- 31 -

2.4.2

Distribuce příměsí v objemu polovodiče ...............................- 33 -

2.4.3

Tok příměsí ............................................................................- 33 -

2.5

3

Fotolitografie ................................................................................- 24 -

Měření tlouštěk .............................................................................- 35 -

2.5.1

Měření spektrální závislosti ...................................................- 35 -

2.5.2

Měření tloušťky neprůhledných vrstev ..................................- 36 -

Praktika v Laboratoři polovodičů ...................................................- 38 3.1

Popis praktika ...............................................................................- 38 -

3.1.1

Technologický postup ............................................................- 39 -

3.1.2

Průběh praktika ......................................................................- 40 -

3.2

Popis základních součástek ..........................................................- 49 -

3.2.1

Standardní dioda s kruhovým designem ................................- 52 -

8


3.2.2

Dioda s velkým poměrem obvod/plocha ...............................- 54 -

3.2.3

Dioda s Gate nad PN přechodem ...........................................- 55 -

3.2.4

Standardní kondenzátor s kruhovým designem .....................- 57 -

3.2.5

Laterální tranzistor .................................................................- 60 -

3.2.6

Difúzní rezistor .......................................................................- 62 -

3.3

4

3.3.1

Klasická kelvinovská struktura pro měření kontaktního odporu ................................................................................................- 65 -

3.3.2

Vertikální “had” .....................................................................- 65 -

3.3.3

Crossbridge pro měření vrstvového odporu ...........................- 66 -

3.3.4

Planární odpor kontaktovaný čtyřbodově ..............................- 69 -

3.3.5

Proužky pro konstrukční analýzu ...........................................- 69 -

3.3.6

Optická mřížka .......................................................................- 71 -

Stanice hrotového měření .................................................................- 72 4.1

Hroty .............................................................................................- 72 -

4.2

Vícenásobný sonda tester AVT-110.............................................- 73 -

4.2.1

Podložní stolek .......................................................................- 73 -

4.2.2

Rameno s upevňovacím ringem .............................................- 74 -

4.2.3

Mikroskop ..............................................................................- 75 -

4.2.4

Ovládací jednotka ...................................................................- 77 -

4.3

5

Soupis ostatních součástek ...........................................................- 65 -

Charakteroskop TR-4807 .............................................................- 78 -

4.3.1

Měřící jednotka TR-4807-2....................................................- 78 -

4.3.2

Charakteroskopu TR-4807 .....................................................- 79 -

Měření elektrických parametrů součástek .....................................- 81 5.1

Nastavení měření ..........................................................................- 81 -

5.1.1

Rezistor...................................................................................- 82 -

5.1.2

Tranzistor ...............................................................................- 82 -

9


5.1.3

Dioda ......................................................................................- 83 -

5.1.4

Kondenzátor ...........................................................................- 83 -

5.2

Výsledky měření ...........................................................................- 84 -

5.2.1

Výsledky měření na mých deskách ........................................- 84 -

5.2.2

Výsledky měření pořízených při měření desek VUT ............- 91 -

6

Závěr ..................................................................................................- 97 -

7

Příloha ................................................................................................- 99 -

8

9

7.1

Obsah přiloženého CD .................................................................- 99 -

7.2

Tabulka tříd čistoty .......................................................................- 99 -

7.3

Doporučené použití fosforových disků pro difúzy .....................- 100 -

7.4

Ukázka naměřených hodnot na charakteroskopu .......................- 101 -

7.5

Návod: Hrotové měření ..............................................................- 103 -

7.6

ÚFKL PF 2010 ...........................................................................- 107 -

Seznamy ...........................................................................................- 108 8.1

Seznam obrázků ..........................................................................- 108 -

8.2

Seznam tabulek ...........................................................................- 111 -

8.3

Seznam grafů ..............................................................................- 112 -

8.4

Seznam použitých zkratek ..........................................................- 113 -

Literatura.........................................................................................- 115 -

10


1 Úvod V dubnu 2007 byla v prostorách Přírodovědecké fakulty Masarykovy Univerzity na Ústavu fyziky kondenzovaných látek ve spolupráci se společností ON Semiconductor Czech Republic otevřena Laboratoř polovodičů – čisté prostory pro křemíkovou technologii a mikroelektroniku (pozn.: dále jen „Laboratoř“). Laboratoř se nachází ve třech místnostech s celkovou rozlohou 120 m2. Projekt Laboratoře počítal s třídou čistoty Class 1000 (ISO 6), naměřená hodnota třídy čistoty je Class 100 (ISO 5). Laboratoře jsou vybaveny technologicky a přístrojově tak, aby v nich bylo možné připravovat jednoduché polovodičové součástky. Tyto součástky jsou vyráběny i v rámci výuky v prakticích, které dle složitosti a časové náročnosti obsahují několik technologických procesů. Hlavním cílem mé práce bylo zmapovat nejčastěji používané technologie, procesy a součástky připravované a používané během výuky, která probíhá v čistých prostorách ve spolupráci s FEKT VUT v Brně. Druhým cílem mé práce bylo sestavit a zprovoznit stanici na hrotové měření a vytvořit návod pro měření, ke kterému je tato stanice využívána. Výsledkem zprovoznění této měřící stanice bylo rozšíření možnosti výuky v Laboratoři o proměřování vytvořených součástek a ověření jejich funkčnosti. Obsahem této práce je tedy i rozšířený návod na měření na této stanici. V rámci své práce jsem se opakovaně účastnil výuky výše zmíněných praktik VUT a vyrobil jsem několik křemíkových desek, na jejichž povrchu jsou vytvořené funkční a měřitelné součástky. Vyrobená deska je součástí této práce a je umístěna na zadním přebalu. Některé vybrané součástky byly následně mnou proměřeny. V rámci měření jsem zmapoval funkčnost několika typů součástek na mých deskách. Bylo vybráno několik jednotlivých čipů v různých místech desky a ověřena reprodukovatelnost výsledků měření. Tyto mnou naměřené výsledky byly následně porovnány s výsledky měření na deskách vyrobených studenty FEKT VUT v rámci jednoho ročníku. V této práci jsou dále obsaženy i hodnoty měření součástek na deskách studentů, kteří proměřovali stejné součástky ve druhém roce. Bohužel v době dokončování této práce ještě nebyly poskytnuty výsledky z většího

11


počtu měření, neboť termín pro odevzdání výsledků měření byl stanoven až po termínu odevzdání této práce. Díky možnosti získat data ze dvou po sobě jdoucích ročníků měření vyrobených součástek bylo možné ověřit nejen jejich funkčnost, ale i stabilitu postupu a parametrů vyrobených součástek. Porovnání těchto výsledků včetně jejich vyhodnocení je další součástí této diplomové práce. Součásti zadání bylo i vytvoření počítačových simulací vyráběných součástek. V rámci sbírání podkladů pro diplomovou práci jsem využil možnosti letní pracovní stáže u firmy ON Semiconductor v Rožnově pod Radhoštěm na oddělení výzkumu a vývoje detektorů. Zde jsem pracoval především na zadaných úkolech v rámci 2D procesních simulací vyvíjených struktur. Dále mi zde byl poskytnut jistý přístrojový čas na přípravu simulací využitelných pro tuto práci. Modelace a následná simulace jednotlivých součástek by vyžadovala 3D (či případně 2D) přístrojovou simulaci. Simulace tedy nebyla ve finále provedena z důvodu nároků na znalost jiných programovacích prostředků, nároků na přístrojové vybavení a přístrojový čas. Jedna 3D modelace jedné součástky vyžadovala zatížit výpočetní stanice v řádu desítek až stovek přístrojových hodin. Ve finále byla provedena pouze 2D simulace růstu oxidu na povrchu křemíkové desky. Tato simulace růstu oxidu a její srovnání s naměřenými hodnotami v prostorách Laboratoře čistých prostor na ÚFKL PřF MU jsou pak součástí této práce. Následující kapitola dále obsahuje fyzikální popis jednotlivých technologií používaných během přípravy součástek. V popisu technologií jsou uvedeny vždy jen základní informace, neboť podrobný popis každé z nich vydá na samostatnou knihu. Jejich využívání by si však určitě zasloužilo zpracovat v rámci jiných samostatných, úzce zaměřených prací. V další části práce se věnuji popisu většiny součástek vyráběných v rámci praktika VUT. Každá součástka je doplněna o fotografie, na kterých je demonstrováno její umístění v rámci čipu, případně zda je daná součástka funkční či nikoliv. Fotografiím a popisu součástek je věnována celá kapitola, fotografie jsou proto záměrně vyčleněny z přílohy a použity v textu.

12


Do přílohy jsem zařadil CD, na které jsem umístil jednak tuto práci v elektronické podobě, dále pak mnou dříve publikované materiály, zvětšené schéma struktury jednoho vyráběného čipu a několik dalších materiálů včetně fotografií.

13


14

2 Technologie používané v laboratoři polovodičů na ÚFKL 2.1 Křemíková deska – wafer Pro výrobu polovodičových součástek se v dnešní době používá převážně křemíková technologie. Jako substrát pro výrobu jsou tedy použity křemíkové desky. Nejinak je tomu i v případě Laboratoře. Křemíkové desky jsou již nakupovány v podobě a kvalitě vhodné pro použití v Laboratoři. Základním dělením křemíkových desek (pozn.: dále jen „deska") je dělení podle jejich průměru: od 25,4 mm (1") do 300 mm (11,8"). V čistých prostorách MU se používají 4" desky, pro jejichž zpracování je Laboratoř vybavena.

Velikost desek se historicky stále zvětšuje s cílem zvýšit výtěžnost materiálu. Se vzrůstajícím počtem vytvářených čipů na jedné desce, tedy s klesající velikostí čipu, je pak možné dosáhnout větší výtěžnosti právě růstem průměru desky. V současnosti se již objevují návrhy na velikost dalšího standardu, a to 450 mm (18") desek. Jednotlivé standardní velikosti desek jsou uvedeny v tabulce 2.1. [28]

Tabulka 2.1 Používané standardy výroby křemíkových desek [28]

[mm] 50,8 76,2 100 127 150 200 300 450

Průměr desky

[inch] 1 2 3 4 5 6 8 12 18

Tloušťka [µm] 275 375 525 625 675 725 775 925

Hmotnost [g] 1,3 4,0 9,6 18,5 27,8 53,1 127,8 343,1


15

400 Hmotnost desky [g]

350

18

300 250 200 150

12

100 50

8

5 6 2 3 4

0 0

5

10

15

20

Průměr desky [inch]

Graf 2.1 Graf závislosti hmotnosti na průměru desky [28]

Rozměry desky mají vliv nejen na výtěžnost čipů, ale i na požadavky na přístrojové vybavení a kvalitu jednotlivých procesů. Se vzrůstající velikostí nám tedy roste i velikost reakčního prostoru, na kterém je potřeba udržet homogenní podmínky. Hmotnost desky nás pak omezuje i při manipulaci: s rostoucí hmotností totiž roste také moment setrvačnosti desky. Dalším parametrem, který je potřeba se vzrůstající velikostí brát na vědomí, je i tepelná kapacita desky a nutnost hlídání případných teplotních gradientů. Technologické procesy použité během výroby také mohou se vzrůstající velikostí desky ovlivnit její rovinnost.

2.2 Oxidace Jedním ze základních postupů při výrobě polovodičových součástek je oxidace - proces, kdy se za přítomnosti kyslíku vytvoří tenká vrstva oxidu, nejčastěji oxidu křemíku (𝑆𝑖𝑂2 ) na povrchu desky. Oxid křemíku má několik využití:

1) Slouží jako krycí vrstva proti případné implantaci či difúzi dopantu do křemíku. 2) Používá se k pasivaci povrchu. 3) Izoluje mezi sebou jednotlivé součástky – je dielektrickým izolantem. 4) Využívá se jako komponenta při výrobě MOS struktur.


5) Využívá se jako elektrický izolant při přípravě multivrstevných metalizačních systémů. Vlastní růst oxidu pak probíhá oběma směry od původní hranice křemíku. Atomy kyslíku difundují do krystalu křemíku, zároveň také atomy křemíku difundují do oxidu. Během procesu oxidace tedy dochází k mírnému poklesu tloušťky křemíkového substrátu. Procentuelní rozložení růstu je následující: 44 % tloušťky oxidu je pod původním povrchem křemíku, 56 % tloušťky oxidu se nachází nad původním povrchem. Tento poměr se dá také vyjádřit tak, že za každou ztracenou jednotku tloušťky křemíku naroste 2,27 jednotek tloušťky oxidu. [01] [26]

Obrázek 2.1 Oxidace 𝑆𝑖 desek - kinetika termické oxidace [26]

Rychlost růstu oxidu je dále ovlivněna několika faktory: teplotou procesu oxidace, tloušťkou již narostlého oxidu, složení atmosféry, za které k růstu oxidu dochází nebo např. přítomností dopantu. S rostoucí teplotou rychlost oxidace roste, již narostlý oxid naopak proces zpomaluje, protože atomy oxidu již nemají dostatečnou pohyblivost na průchod celou narostlou tloušťkou. Rychlost růstu se zvýší také pokud atmosféru čistého kyslíku vyměníme např. za vodní páru, protože atomy vodíku urychlují transport kyslíku k povrchu křemíku, nebo za přítomnosti dopantu (fosforu nebo boru). [1] Naopak přítomnost inertních plynů, jako je např. dusík, rychlost oxidace zpomaluje. Tloušťku oxidu lze měřit například interferometrickým spektrometrem. Další metodou měření či spíše odhadu tloušťky oxidu může být vizuální

16


17

pozorování oxidu na denní světle. Oxid se totiž jeví jako barevný, přičemž každé tloušťce přísluší jiná barva. Seznam barev a příslušné tloušťky jsou shrnuty v tabulce 2.2 [29]. Tabulka 2.2 Barevné spektrum tloušťky vrstvy 𝑆𝑖𝑂2 vzniklé vysokoteplotní termickou oxidací [29] Tloušťka [𝛍𝐦] 0,05 0,07 0,10 0,12 0,15 0,17 0,20 0,22 0,25

Barva

žlutohnědá hnědá tmavě fialová až červenofialová královská modř světle modrá až kovově modrá kovově modrá až světle žlutozelená světle zlatá zlatá oranžová

Tloušťka [𝛍𝐦] 0,47 0,48 0,49

fialová modrofialová modrá

Tloušťka [𝛍𝐦] 0,97 0,99 1,00

0,50 0,52

modrozelená zelená

1,02 1,05

fialovočervená červenofialová

0,54

žlutozelená

1,06

fialová

0,56 0,57 0,58

zelenožlutá nažloutlá Světle oranžová až růžová sytě růžová fialovočervená

1,07 1,10 1,11

modrofialová zelená žlutozelená

1,12 1,18

zelená fialová

namodralá modrozelená až zelená nažloutlá

1,19 1,21

červenofialová fialovočervená

1,24

oranžová lososová světle červenofialová fialová modrofialová modrá modrozelená žlutozelená

1,25 1,28 1,32

sytě růžová až lososová oranžová nažloutlá Nebesky modrá až zelenomodrá oranžová modrofialová modrá

0,60 0,63

0,34

červenofialová modrá až fialovomodrá modrá modrá až modrozelená světle zelená

0,35 0,36 0,37

zelená až žlutozelená žlutozelená zelenožlutá

0,80 0,82 0,85

0,39 0,41 0,42 0,44 0,46

žlutá světle oranžová sytě růžová fialovočervená červenofialová

0,86 0,87 0,89 0,92 0,95

0,27 0,30 0,31 0,32

0,68 0,72 0,77

Barva

1,40 1,46 1,50

Barva

žlutá oranžová sytě růžová


Pro přípravu vrstev 𝑆𝑖𝑂2 se používá několika rozdílných technologií: [26]

1) Depozice z plynné fáze buďto za atmosférického tlaku (tzv. 𝐴𝑃𝐶𝑉𝐷 – Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition), nebo za sníženého tlaku – 𝐿𝑃𝐶𝑉𝐷 (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 2) Plazmochemická depozice z plynné fáze (chemická depozice, kdy část potřebné energie pro reakci je dodávána ohřevem a část přítomností plazmatu) 3) Chemická nebo elektrochemická oxidace 4) Termická oxidace v atmosféře kyslíku nebo vodní páry zpravidla za atmosférického tlaku, případně zvýšeného tlaku dle následujících chemických rovnic: 𝑆𝑖(𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑) + 2𝐻2 𝑂 → 𝑆𝑖𝑂2 (𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑) + 2𝐻2 𝑆𝑖(𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑) + 𝑂2 → 𝑆𝑖𝑂2 (𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑)

Laboratoř v prostorách ÚFKL MU je vybavena na přípravu oxidu termickou oxidací. Z tohoto důvodu se v další části budeme zabývat právě touto technologií.

2.2.1 Termická oxidace Termická oxidace je jednou ze základních metod, používaných pro růst oxidu křemíku 𝑆𝑖𝑂2 na desce. Základem této metody je oxidace povrchu desky v atmosféře bohaté na kyslík.

Obrázek 2.2 Vnitřní stavba oxidu křemičitého: (a) základní struktura 𝑆𝑖𝑂2 , (b) trojrozměrná reprezentace dvou sousedních 𝑆𝑖𝑂4 , (c) trojdimenzionální mřížka reprezentující sklovitý 𝑆𝑖𝑂2 [24]

18


Oxid křemíku 𝑆𝑖𝑂2 může mít dle stupně uspořádání několik základních forem: 1) krystalická (crystalline) forma 2) skelná (vitreous) forma – tavenina 3) amorfní (amorphous) forma

Tyto formy se od sebe liší především uspořádáním jednotlivých atomů křemíku a kyslíku. Krystalická a skelná forma vykazují perfektní krystalické uspořádání, skelná forma však na rozdíl od krystalické pouze na kratší vzdálenost. Amorfní forma pak, jak již napovídá název, nevykazuje žádný stupeň uspořádání. [14] Samostatných metod a procesů růstu jednotlivých forem oxidů je několik. V Laboratoři lze využít jen některé z nich. Skelná forma je např. typická pro termické oxidy, amorfní forma je pak typická pro depované oxidy rostlé za neoptimálních podmínek. [24] Oxid vzniká či může být vytvořen nejčastěji jedním z následujících procesů: 2.2.1.1 Nativní oxid V případě, že je povrch křemíkové desky úplně čistý, naroste na něm za pokojové teploty oxid, který vzniká chemickou reakcí křemíku s kyslíkem nebo vodní párou obsaženou ve vzduchu. Takto narostlý oxid mívá standardně tloušťku v rozmezí 1 až 2 nm. Již takto tenká vrstva pak účinně brání průchodu dalšího oxidu a po jejím nárůstu se oxidace za pokojové teploty zastaví. V případě, že desku dále zahříváme, jsou molekuly a atomy kyslíku schopny projít tímto nativním oxidem až k povrchu křemíku. Tento proces se nazývá vysokoteplotní termická oxidace – High Temperature Oxidation (𝐻𝑇𝑂) a probíhá nejčastěji při teplotách 800 °C až 1200 °C. Dle způsobu přístupu kyslíku jej dělíme na: 2.2.1.2 Mokrá oxidace – wet oxidation

Mokrou oxidací je nazýván proces, při kterém se jako reakční plyn používá vodní pára, vznikající hořením vodíku v kyslíku. Zápalná teplota tohoto hoření je zhruba 600 °C. Jak již bylo uvedeno výše, přítomnost atomů vodíku rychlost růstu oxidu urychluje. Mokrá oxidace se proto používá pro

19


20

růst tlustých oxidů o tloušťkách v řádech stovek nanometrů. Reakci růstu mokrého oxidu lze vyjádřit chemickou rovnicí: 𝑆𝑖(𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑) + 2𝐻2 𝑂 → 𝑆𝑖𝑂2 (𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑) + 2𝐻2

2.2.1.3 Suchá oxidace – dry oxidation

Suchá oxidace je reakce, při které je reakčním plynem čistý kyslík. Rychlost růstu pomocí tohoto procesu je pomalejší a používá se na tvorbu tenkých vrstev oxidu v řádu desítek nanometrů. Vlastní reakce je pak vyjádřena chemickou rovnicí: 𝑆𝑖(𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑) + 𝑂2 → 𝑆𝑖𝑂2 (𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑)

Obrázek 2.3 Nárůst tloušťky vrstvy oxidu křemíku 𝑆𝑖𝑂2 v závislosti na typu, teplotě a druhu oxidace [11]

2.2.2 Model procesu oxidace - Deal-Grove

[09], [21], [30] [31] [32]

Jedním z nejjednodušších modelů procesu oxidace je matematický model Deal-Grove. Tento model popisuje růst oxidové vrstvy na povrchu různých materiálů. Po zjednodušení nám pak tento model dává kvadratickou funkci pro vztah mezi dobou oxidace 𝑡 a výslednou tloušťkou narostlého oxidu 𝑋0 : 𝑡=

𝑋02 𝐵

+

𝑋 𝐵⁄𝐴

(2.1)


21

kde konstanty 𝐴 a 𝐵 charakterizují vlastnosti chemické reakce, konkrétněji konstanta 𝐵 charakterizuje difúzi 𝑂2 v 𝑆𝑖𝑂2 a zlomek 𝐵/𝐴 chemickou reakci na rozhraní 𝑆𝑖 a 𝑆𝑖𝑂2 . Pokud křemíková deska obsahuje vrstvu oxidu, musí být rovnice (2.1) upravena. Tuto úpravu provedeme přidáním koeficientu 𝜏 udávajícího čas, který by byl potřebný pro růst tohoto již existujícího oxidu za podmínek nastavených pro růst nové vrstvy. Tento koeficient může být nalezen za použití rovnice pro 𝑡 uvedené výše. Vyřešením kvadratické rovnice pro 𝑋0 získáme: 𝑋0 (𝑡) =

−𝐴+�𝐴2 +4(𝐵)(𝑡+𝜏)

(2.2)

𝐴2

(2.3)

2

Z vyjádření diskriminantu rovnice (2.2) můžeme získat dva různé mody procesu oxidace: 𝑡+𝜏 ≪ 𝑡+𝜏 ≫

4𝐵 𝐴2

4𝐵

𝐵

⟹ 𝑋0 (𝑡) = (𝑡 + 𝜏) 𝐴

⟹ 𝑋0 (𝑡) = �𝐵(𝑡 + 𝜏)

(2.4)

Protože v rovnicích (2.3) a (2.4) koeficient 𝐵 vystupuje ve dvou různých variacích, 𝐵 a 𝐵/𝐴, jsou tyto často označovány jako kvadratická konstanta reakční rychlosti a lineární konstanta reakční rychlosti. Tyto dvě konstanty jsou pak závislé na teplotě reakce exponenciálně, konkrétně jako výraz (2.5) a (2.6): 𝐵 = 𝐵0 𝑒 −𝐸𝐴 ⁄𝑘𝑇

𝐵

𝐴

𝐵

= � � 𝑒 −𝐸𝐴 ⁄𝑘𝑇 𝐴 0

(2.5) (2.6)

kde 𝐸𝐴 je výraz pro aktivační energii a 𝑘 je Boltzmannova konstanta vyjádřená v elektronvoltech. Hodnota aktivační energie se liší podle druhého použitého procesu oxidace a také podle typu konstanty reakční rychlosti. Dostáváme tak čtyři různé hodnoty pro konstantu 𝐸𝐴 :

Tabulka 2.3 Velikost aktivační energie pro různé druhy procesu oxidace

mokrá oxidace Lineární konstanta reakční rychlosti Kvadratická konstanta reakční rychlosti

𝐸𝐴 = 2,05 eV 𝐸𝐴 = 0,78 eV

suchá oxidace 𝐸𝐴 = 2,00 eV 𝐸𝐴 = 1,23 eV


2.2.3 Simulace růstu oxidu V rámci své letní pracovní stáže u firmy ON Semiconductor v Rožnově pod Radhoštěm jsem provedl několik základních simulací růstu oxidu na křemíkových deskách. Vstupními parametry pro simulaci byly údaje o krystalové orientaci, druhu příměsi a rezistivitě desky. Simulačním nástrojem byl program TCAD Sentaurus Process Simulation. Mým cílem bylo provést simulaci pro křemíkové desky, které jsou používány v Laboratoři. Záměrem bylo ověřit, zda pomocí počítačové simulace získám stejné výsledky, jaké jsou získávány měřením naoxidovaných desek v Laboratoři. Pro simulaci byly použity křemíkové desky s následujícími parametry: • • • • • • • • • •

doping: Boron; doping: Boron; doping: Boron; doping: Phosphorus; doping: Phosphorus; doping: Phosphorus; doping: Phosphorus; doping: Phosphorus; doping: Phosphorus; doping: Antimony;

orientace: {100}; orientace: {100}; orientace: {100}; orientace: {100}; orientace: {100}; orientace: {100}; orientace: {111}; orientace: {111}; orientace: {111}; orientace: {100};

rezistivita: 3 – 6 Ω ∙ cm rezistivita: 6 – 8.5 Ω ∙ cm rezistivita: 6 – 12 Ω ∙ cm rezistivita: 0.001 – 0.074 Ω ∙ cm rezistivita: 4 – 16 Ω ∙ cm rezistivita: 3.5 – 5.7 Ω ∙ cm rezistivita: 0.006 – 4 Ω ∙ cm rezistivita: 1 – 6 Ω ∙ cm rezistivita: 0.006 – 4 Ω ∙ cm rezistivita: 0.005 – 0.018 Ω ∙ cm

V simulátoru byla následně ještě nastavena doba oxidace. Po zpracování jsem již získal výslednou tloušťku oxidu. 2.2.3.1 Požadovaná tloušťka 𝟐𝟎 𝒏𝒎 Simulovaná délka oxidace: 𝟏𝟒, 𝟓 𝐦𝐢𝐧

Orientace: {1 0 0} Doping: Boron Doping: Boron Doping: Boron

Orientace: {1 0 0} Doping: Phosphorus Doping: Phosphorus Doping: Phosphorus

rezistivita: 4,5 Ω ∙ cm rezistivita: 7,0 Ω ∙ cm rezistivita: 10,0 Ω ∙ cm

výsledná tloušťka: 20,29 nm výsledná tloušťka: 20,29 nm výsledná tloušťka: 20,28 nm



22







Simulovaná délka oxidace: 𝟏𝟑, 𝟎 𝐦𝐢𝐧

Orientace: {1 1 1} Doping: Phosphorus Doping: Phosphorus Doping: Phosphorus Orientace: {1 0 0} Doping: Phosphorus Doping: Phosphorus Doping: Phosphorus


Simulovaná délka oxidace: 𝟏𝟎, 𝟎 𝐦𝐢𝐧



rezistivita: 0,01 Ω ∙ cm rezistivita: 1,0 Ω ∙ cm rezistivita: 5,0 Ω ∙ cm rezistivita: 0,04 Ω ∙ cm rezistivita: 5,0 Ω ∙ cm rezistivita: 10,0 Ω ∙ cm

2.2.3.2 Požadovaná tloušťka 𝟏𝟎𝟎 𝒏𝒎

Phosphorus; orientace: {100} rezistivita: 5 Ω ∙ cm Phosphorus; orientace:{111} rezistivita: 5 Ω ∙ cm Boron; orientace: {100} rezistivita: 5 Ω ∙ cm


výsledná tloušťka: 21,51 nm výsledná tloušťka: 21,52 nm výsledná tloušťka: 21,50 nm výsledná tloušťka: 16,41 nm výsledná tloušťka: 16,39 nm výsledná tloušťka: 16,40 nm výsledná tloušťka: 96,73 nm výsledná tloušťka: 116,25 nm výsledná tloušťka: 96,74 nm

Jak je vidět, výsledky simulovaného růstu oxidu se poměrně dobře shodují s tloušťkami oxidů, které byly po daných simulacích požadovány, a tedy se poměrně dobře shodují s oxidy rostlými v Laboratoři. Modelace růstu oxidu lze také provést pomocí některé z online kalkulaček, např: http://cleanroom.byu.edu/OxideTimeCalc.phtml Některé kalkulačky umožňují zadat i další parametry simulace, jako je např. parciální tlak.

23


2.3 Fotolitografie Při tvorbě polovodičových součástek se používá soubor metod, které se souhrnně označují jako litografie. Tyto metody jsou určeny pro přesné chemicko-fyzikální opracování dílčích oblastí na povrchu substrátu a jsou nejčastěji založeny na elektronové či optické litografii. Laboratoř polovodičů - čisté prostory pro křemíkovou technologii a mikroelektroniku je vybavena druhou jmenovanou metodou, tedy optickou. Fotolitografie se tak v Laboratoři Obrázek 2.4 Schematické znázornění stává základním procesem při procesu fotolitografie vytváření polovodičových součástek a struktur. Jak už z názvu vyplývá, fotolitografie je technologie optického přenosu navrhovaného obrazce na podložku. Přenos vytvářené struktury (masky) na substrátovou desku je schematicky znázorněn na obrázku 2.4. Proces fotolitografie probíhá v několika základních krocích: [25] 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8)

Hydrofobizace Lakování na odstředivce Sušení po lakování Orientace a expozice Sušení (žíhání) po expozici Vyvolání Sušení po vyvolání Vizuální kontrola

Grafické znázornění tohoto procesu je zobrazeno na obrázku 2.5.

24


25

Obrázek 2.5 Schematické znázornění základních procesních kroků fotolitografie [25]

Základním prvkem je právě osvit desky skrz fotomasku se vzorovou strukturou. Fotorezist musí být fotocitlivý, tzn. při průchodu záření skrz fotorezist musí dojít k absorpci fotonu záření molekulami fotorezistu. Během absorpce se molekula dostane do excitovaného stavu. Aktivační energie pro chemickou reakci je často v rozmezí 0,43 eV až 4,33 eV. Energie dopadajícího fotonu je pak dána vztahem: 𝐸=

ℎ𝑐 𝜆

(2.7)

kde 𝜆 je vlnová délka dopadajícího světla, ℎ je Planckova konstanta a 𝑐 je rychlost světla ve vakuu. Pro potřeby fotolitografie se používá nejčastěji záření s vlnovou délkou zhruba v rozsahu 150 nm až 450 nm. Tyto vlnové délky tedy patří do ultrafialové oblasti záření. Některé důležité vlnové délky pro expozici ve fotolitografii jsou vypsány v tabulce 2.4.


26

Tabulka 2.4 Vlnové délky používané ve fotolitografii [25] UV vlnová délka

Energie

Název vlnové délky

UV emisní zdroj

436 nm

2,84 eV

g-linie

Rtuťová výbojka

h-linie

Rtuťová výbojka

365 nm

3,06 eV 3,40 eV

i-linie

Rtuťová výbojka

5,00 eV

Deep UV (DUV)

Rtuťová výbojka nebo krypton fluoridový (𝐾𝑟𝐹) epimer laser

6,42 eV

Deep UV (DUV)

Argon - fluoridový (𝐴𝑟𝐹) epimer laser

Vakuum UV (VUV)

Fluorový (𝐹2 ) epimer laser

405 nm 248 nm 193 nm 157 nm

7,90 eV

Obrázek 2.6 Schematické znázornění používaných vlnových délek při procesu fotolitografie [25]

Pokud má světlo dopadající na povrch fotorezistu počáteční intenzitu záření rovnou 𝐼0 , pak můžeme vyjádřit podíl absorbovaného záření na jednotku tloušťky 𝑑𝑥 pomocí vztahu: ∆𝐼 𝐼0

= 𝛼 ∙ 𝐶 ∙ 𝑑𝑥

(2.8)

kde 𝛼 vyjadřuje absorpční koeficient a 𝐶 je počet absorbujících molekul na jednotku objemu.


27

Hodnota absorpčního koeficientu 𝛼 je tedy závislá na tloušťce vrstvy fotorezistu a na vlnové délce dopadajícího záření. Tuto závislost pro různé druhy fotorezistu je možné dohledat. Graf závislosti pak bývá standardně vyjádřen jako optická hustota nebo absorbance v závislosti na vlnové délce, kde optickou hustotu můžeme definovat jako: 𝑜𝑝𝑡𝑖𝑐𝑘á ℎ𝑢𝑠𝑡𝑜𝑡𝑎 = log

a intenzitu záření 𝐼 pak jako:

𝐼0 𝐼

𝐼 = 𝐼0 − 𝐼0 ∙ 10−𝛼𝐶𝑥

(2.9)

(2.10)

2.3.1 Fotorezist Základním prvkem pro fotolitografii je fotorezist – fotosenzitivní a kyselinoodolná látka, která může být nanesená na desku a následně vyvolána pomocí osvitu ze zdroje. Fotorezist vhodný pro použití při výrobě polovodičových součástek musí mít několik základních vlastností: [10] 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9)

10)

Roztíratelnost – musí být schopný vytvořit tenkou, jednolitou vrstvu. Přilnavost – musí dobře přilnout k podkladovému materiálu a nesmí se během následných procesů odlupovat. Fotocitlivost – musí být fotocitlivý na určenou vlnovou délku záření, používaného pro vyvolání. Rozlišovací schopnost – musí být schopný rozlišit požadovanou minimální velikost vytvářených struktur. Kontrast – musí být schopný po vyvolání dobře rozlišit vyvolané a nevyvolané oblasti. Procesní odolnost – musí být odolný na procesy, které probíhají při následných úpravách. Snadné smývání – musí se dát dobře a jednoduše smýt z povrchu substrátu. Teplotní stabilita – musí vydržet teplotní procesy během sušení bez popraskání. Stabilita – musí být chemicky stabilní při uskladňování a používání v průběhu delšího časového úseku bez nutnosti zavádění složitých uskladňovacích podmínek. Bezpečnost – materiál používaný na přípravu fotorezistu musí být zdravotně nezávadný.


Fotorezist jako takový se nejčastěji skládá z několika hlavních stavebních prvků: základem je vybraný polymer, dalším prvkem ve fotorezistu je světlocitlivá složka (pozn.: photo active compound – PAC). Třetím hlavním prvkem je rozpouštědlo, které udržuje fotorezist v tekutém skupenství. Podle použití rozlišujeme dvě základní skupiny fotorezistu: negativní a pozitivní. Toto základní dělení nám pak definuje samotný způsob použití a vyvolávání fotorezistu. V případě použití negativního fotorezistu nám po vyvolání a odleptání zůstane na substrátu ta část fotorezistu, která byla exponována, v případě použití pozitivního fotorezistu na substrátu zůstane ta část fotorezistu, která exponována nebyla. Vlastnosti obou typů jsou porovnány v tabulce 2.5. Tabulka 2.5 Srovnání negativního a pozitivního fotorezistu

Negativní fotorezist

Pozitivní fotorezist

Obraz na substrátu je opačný k obrazu na masce

Obraz na substrátu je stejný jako obraz na masce

Exponovaný rezist se vytvrdí a je nerozpustný

Exponovaný rezist změkne a je rozpustný

Vývojka odstraní neexponovaný rezist

Vývojka odstraní exponovaný rezist

Obrázek 2.7 Základní rozdělení procesu fotolitografie za použití: (a) negativního a (b) pozitivního fotorezistu. [10]

28


29

2.3.2 Rozlišení fotolitografie dle typu expozice Dle způsobu expozice můžeme rozdělit fotolitografii do tří základních skupin: [25] 1) 2) 3)

Kontaktní fotolitografie (Contact printing) Fotolitografie se separační vzdáleností (Proximity printing) Projekční krokovací fotolitografie (stepper) (Projection printing)

Každá z výše uvedených technik má určité výhody i nevýhody. Kontaktní fotolitografie má poměrně dobré rozlišení, na druhou stranu se vyznačuje větší hustotou defektů. Toto z ní dělá dobrou metodu pro potřeby vývoje součástek, ale ne již pro samotnou výrobu. Fotolitografie se separační vzdáleností je vhodná pro tvorbu součástek, kde jsou na zobrazované masce útvary s tloušťkou pod 1 µm.

V průmyslu pak v dnešní době dominuje poslední uvedená metoda – projekční krokovací fotolitografie. Tato metoda poskytuje vysoké rozlišení při zachování nízké hustoty deformací. Metoda navíc využívá optický projekční systém s dvojnásobným až pětinásobným zvětšením. Součástí je pak také krokovací systém, který umožňuje daný motiv opakovat na větší ploše substrátu. Jednotlivé metody se od sebe liší také kvalitou rozlišení zobrazovacího systému, které lze definovat pomocí vztahu:

přičemž 𝑁𝐴 lze definovat jako:

𝑟𝑜𝑧𝑙𝑖š𝑒𝑛í = 𝑘1 ∙ 𝑁𝐴 = 𝑛 sin Θ

𝜆

𝑁𝐴

(2.11)

(2.12)

kde 𝜆 je vlnová délka světla, 𝑁𝐴 je numerická aparatura, 𝑘1 je koeficient (> 0,25), 𝑛 je index lomu zaostřovací čočky a Θ je poloviční úhel zobrazení. Srovnání jednotlivých metod expozice a kvality rozlišení lze najít na obrázku 2.8.


Obrázek 2.8 Srovnání rozlišení zobrazovacího systému dle jednotlivých metod expozice [25]

2.4 Difúze příměsí Během přípravy polovodičových součástek je potřeba pro výrobu některých z nich obohatit křemík (či jiný substrát) atomy příměsových prvků. Díky procesu obohacení pak v substrátu dochází ke vzniku oblastí s různou koncentrací dopantů, a tedy i k případnému vzniku 𝑃𝑁 přechodů. Děj, při němž atomy příměsové látky pronikají pod povrch v přesně daných oblastech, se nazývá difúze. Samotný proces se pak nejčastěji označuje jako sycení či legování. Difúzi vyvoláme tak, že celou desku vložíme do atmosféry s vysokým procentuálním zastoupením příměsové látky. Proces probíhá na povrchu celé desky. Základem pro proces sycení musí být tedy deska, na jejímž povrchu je již připravena oxidová vrstva s odleptanou strukturou. Průběh procesu lze rozdělit do dvou po sobě jdoucích etap: [09] 1)

Sycení – nadopování vybrané oblasti příměsovými atomy

30


2)

31

Rozdifundování – zvýšením teploty desky umožníme příměsovým atomům proniknout hlouběji do substrátu, takže dojde ke změně koncentračního profilu do hloubky i do stran

Po rozdifundování a následném sleptání krycího oxidu získáváme desku, na které se nachází v námi přesně definovaných oblastech jiný typ dopantu. Velikost oblasti, hloubku, do které se příměsové atomy dostanou i tvar koncentračního profilu lze ovlivňovat nastavením teploty, délkou operace a chemickým složením reakční atmosféry. Průběh dopování příměsí je schematicky zakreslen na obrázku 2.9. SiO2 1. krok

Oxidace Si

Si

SiO2 2. krok

Selektivní vyleptání SiO2

Si

vrstva příměsi

SiO2 3. krok

Nanesení příměsi

Si příměs

SiO2 4. krok

Rozdifundování příměsi při T = 1100 - 1200o C

Si

příměs

Obrázek 2.9 Schematický zákres postupu dopování příměsí [26]

2.4.1 Fyzikální popis driftu a difúze [25] Pro potřebu popisu chování jednotlivých atomů ve strukturách polovodičových součástek je potřeba popsat atomy a jednotlivé částice pomocí vlnových funkcí, přičemž kmitočet a vlnová délka jsou provázány s energií a momentem hybnosti částic. Pro vlastní matematický popis vyjdeme z Maxwellových rovnic: �⃗ = 𝐽⃗ + ∇×𝐻

�⃗ 𝜕𝐷 𝜕𝑡

�⃗

𝜕𝐵 ∇ × 𝐸�⃗ = −

�⃗ = 𝜌 ∇∙𝐷

𝜕𝑡

(2.13a) (2.13b) (2.13c)


�⃗ = 0 ∇∙𝐵

32 (2.13d)

a z výrazů pro materiálové vztahy:

�⃗ = 𝜀 ∙ 𝐸�⃗ 𝐷

(2.14)

�⃗ = 𝜇 ∙ 𝐻 𝐵

(2.15)

�⃗ elektrickou indukci, 𝐵 �⃗ magnetickou indukci, 𝐸�⃗ elektrické kde značí 𝐷 �⃗ intenzitu magnetického pole, 𝐽⃗ proudovou hustotu, 𝜌 hustotu pole, 𝐻 volného náboje, 𝜀 permitivitu prostředí, 𝜇 permeabilitu prostředí a 𝑡 čas. Jejich úpravou můžeme získat tzv. Poissonovu rovnici ve vhodném tvaru pro popis elektrostatického pole polovodičů: 𝑞

∇ ∙ (∇ ∙ Ψ) = ∙ (𝑛 − 𝑝 − 𝐶 ) 𝜀

(2.16)

kde Ψ je elektrický potenciál, 𝑝 koncentrace kladně nabitých děr, 𝑛 koncentrace záporně nabitých elektronů a 𝐶 koncentrace pevného náboje příměsí v atomové mřížce polovodiče.

Z Maxwellových rovnic můžeme také odvodit rovnici kontinuity ve tvaru zvlášť pro díry a zvlášť pro elektrony: ∇ ∙ �𝐽��⃗ 𝑛� − 𝑞

∇ ∙ �𝐽��⃗ 𝑝� + 𝑞

𝜕𝑛 𝜕𝑡

𝜕𝑝 𝜕𝑡

=𝑞

= −𝑞 ∙ 𝑅

(2.17a) (2.17b)

kde 𝑅 vyjadřuje četnost generace a rekombinace elektronů a děr.

Pro vlastní popis fyzikálních parametrů polovodičových součástek je potřeba ještě zavést vztahy pro proudové hustoty elektronů a děr. ��⃗ 𝐽𝑛 = 𝑞𝑛𝜇𝑛 𝐸�⃗ + 𝑞𝐷𝑛 ∇𝑛

��⃗ 𝐽𝑝 = 𝑞𝑝𝜇𝑝 𝐸�⃗ + 𝑞𝐷𝑝 ∇𝑝

(2.18a) (2.18b)

kde 𝜇𝑛 , resp. 𝜇𝑝 je efektivní pohyblivost elektronů, resp. děr, a 𝐷𝑛 , resp. 𝐷𝑝 jsou Einsteinovy difúzní konstanty, které jsou definovány jako 𝐷𝑛 = 𝜇𝑛

𝑘𝑇 𝑞

, resp. 𝐷𝑝 = 𝜇𝑝

kde 𝑘 je Boltzmannova konstanta a 𝑇 je teplota.

𝑘𝑇 𝑞

(2.19)


33

2.4.2 Distribuce příměsí v objemu polovodiče [25] Rozložení příměsí v objemu polovodiče nám přesně určuje geometrii a funkci polovodičové součástky. Z tohoto důvodu patří dotační profil rozložení příměsí mezi nejdůležitější parametry při výrobě. V praxi se nejčastěji setkáme s modelováním rozložení příměsí pomocí Gaussovy funkce: 𝐺 (𝑥) = 𝑎𝑒

−

(𝑥−𝑏)2 2𝑐2

(2.20)

kde 𝑥 představuje prostorovou souřadnici, 𝑎, 𝑏, 𝑐 jsou reálné konstanty a 𝑒 je Eulerovo číslo.

V předchozím textu jsme si zavedli koncentraci pevného náboje 𝐶, která odpovídá námi hledané distribuci příměsí v polovodiči. Za použití předpokladu Gaussova rozdělení, kdy konstanta 𝑎 udává špičkovou koncentraci příměsi a 𝑏 pozici aplikace technologického procesu je 𝑐 úměrná difúzi příměsi do substrátu. Pak můžeme pro 1D případ rozložení příměsí v 𝑃𝑁 přechodu psát: 𝐶 = 𝑁𝐷𝑖 + 𝑁𝐷 𝐺 (𝑥𝐷 , 𝑏𝐷 , 𝑐𝐷 ) − 𝑁𝐴 𝐺 (𝑥𝐴 , 𝑏𝐴 , 𝑐𝐴 )

(2.21)

kde index 𝐴, resp. 𝐷 označuje akceptory, resp. donory. 𝑁𝐴 , resp. 𝑁𝐷 tedy představuje koncentraci akceptorů, resp. donorů a 𝑁𝐷𝑖 představuje koncentraci příměsi výchozího substrátu (za předpokladu, že je substrát ve výchozím stavu již částečně dotován donory).

2.4.3 Tok příměsí [26] Samotný proces difúze, tedy přesun příměsových atomů z reakční atmosféry do objemu substrátu lze popsat pomocí Fickových zákonů, které vyjadřují závislost difúzního toku na gradientu koncentrace (dále jen spádu). Základem popisu je pak transportní rovnice, kterou můžeme z obrázku 2.10 vyjádřit jako:

tedy jako:

Přírůstek koncentrace difúzantu v objemu = 𝑭𝒊𝒏 − 𝑭𝒐𝒖𝒕 čas

∆𝑥

𝜕𝐶 𝜕𝑡

= 𝐹 (𝑥) − 𝐹 (𝑥 + ∆𝑥)

(2.22)


34

Pro případ, kdy ∆𝑥 → 0:

𝐹 (𝑥) − 𝐹 (𝑥 + ∆𝑥) 𝜕𝐹 → 𝜕𝑥 ∆𝑥

platí tedy:

𝜕𝐶 𝜕𝑡

Obrázek 2.10 Přírůstek difúzantu v objemu [17]

=

𝜕𝐹

(2.23)

𝜕𝑥

Pro difúzní tok 𝐹 lze použít Flickovu teorii difúze. Pro 1𝐷 případ pak máme vztah:

koncentrace

𝐽 = −𝐷

𝜕𝐶(𝑥,𝑡) 𝜕𝑥

(2.24)

kde 𝐷 je tzv. difúzní koeficient. Záporné znaménko poukazuje na fakt, že ve směru poklesu koncentrace je difúzní tok pozitivní. Dosazením vztahu (2.24) do (2.23) získáme po úpravách vztah: 𝜕𝐶(𝑥,𝑡) 𝜕𝑡

=𝐷∙

𝜕2 𝐶(𝑥,𝑡)

(2.25)

𝜕𝑥 2

V praxi se pak setkáme se dvěma hlavními řešeními vztahu (2.25), konkrétně pro okrajové podmínky, které nám definují (2.26a) tzv. nekonečný zdroj – povrchová koncentrace je konstantní, stejně jako (2.26b) množství příměsi.

𝐶 (𝑥, 𝑡) = 𝐶𝑠 𝑒𝑟𝑓𝑐 �

𝐶 (𝑥, 𝑡) =

𝑄

√𝜋𝐷𝑡

𝑥

2∙√𝐷𝑡

𝑒𝑥𝑝 �−

�

𝑥2

4𝐷𝑡

(2.26a) �

(2.26b)


Obrázek 2.11 Difúze: (a) z nekonečného zdroje, (b) za podmínky konstantního celkového množství příměsí [26]

2.5 Měření tlouštěk Při výrobě i po ní lze provést několik různých měření tlouštěk vrstev, které byly během procesu vyhotoveny. Mezi takováto měření patří např. proměřování tloušťky vrstvy fotorezistu, případně měření tloušťky vrstvy oxidu. Oba tyto materiály jsou průhledné. Díky tomu jsme schopni změřit a určit tloušťky těchto vrstev měřením spektrální odrazivosti ve viditelném světle. Ostatní zhotovované vrstvy, jako je například metalizace a jiné neprůhledné vrstvy je potřeba měřit za pomocí profilometru, případně za pomocí rentgenové reflektivity.

2.5.1 Měření spektrální závislosti [11] Pokud známe alespoň index lomu substrátu, jsme schopni díky měření spektrální odrazivosti zjistit index lomu krycí vrstvy i její tloušťku. Vycházíme z reálné části indexu lomu, jehož spektrální závislost je možné popsat pomocí Cauchyho vztahu:

35


𝑛 (𝜆 ) = 𝐴 +

𝐵

𝜆2

+

36

𝐶

(2.27)

𝜆4

V našem případě je substrátem křemík. Ve viditelné oblasti spektra nad 400 nm je pak možné pro tento substrát zanedbat absorpční koeficient. Vztah (2.27) pak můžeme vyjádřit pro křemík ve tvaru: 𝑛(𝑆𝑖) = 3,397 +

pro hodnoty vlnové délky v nanometrech.

1,4∙105 𝜆2

+

1,992∙1010 𝜆4

(2.28)

Pokud světlo dopadá na proměřovanou vrstvu kolmo, můžeme spektrální závislost intenzity vyjádřit vztahem

kde 𝜙 =

2𝜋𝑑𝑛1 𝜆

(𝑟 𝑟 )2 −4𝑟1 𝑟𝑠 sin2 𝜙 2 2 1 𝑟𝑠 ) −4𝑟1 𝑟𝑠 sin 𝜙

1 𝑠 𝑅 (𝜆) = (1+𝑟

(2.29)

a udává nám fázový posun v proměřované vrstvě.

Fresnelovy koeficienty odrazivosti na rozhraní substrátu a krycí vrstvy a na povrchu jsou: 𝑟𝑠 =

𝑟1 =

𝑛1 −𝑛𝑠

(2.30a)

𝑛1 +𝑛𝑠 1−𝑛1

(2.30b)

1+𝑛1

kde 𝑛1 a 𝑛𝑠 jsou index lomu vrstvy a index lomu substrátu.

Měřením ovšem nezískáme absolutní hodnotu odrazivosti 𝑅 (𝜆). Je proto nutné získat odrazivost srovnávacího vzorku, v našem případě ideálně z vyleštěné strany desky křemíku, substrátu 𝑅𝑆𝑖 (𝜆) = |𝑟𝑠 |2 . Díky tomu, že spektrální závislost indexu lomu křemíku je přesně tabelovaná, můžeme vztah pro spektrální přepsat do tvaru: 𝑅 (𝜆) = 𝑅𝑚ěř𝑒𝑛á (𝜆) ∙

𝑅𝑆𝑖 (𝜆) 𝑚ěř𝑒𝑛á (𝜆) 𝑅𝑆𝑖

(2.31)

2.5.2 Měření tloušťky neprůhledných vrstev [11] Vzhledem k tomu, že u neprůhledných vrstev, jako je například metalizace, nelze použít výše uvedený postup, je potřeba proměřit tyto vrstvy mechanickou cestou. Toto lze provést například mechanickým profilometrem, který s využitím diamantového hrotu nasnímá profil celého povrchu desky. Snímání probíhá tak, že je hrot přímo položen na měřenou


vrstvu a během pohybu je snímána výška hrotu. Jedná se tedy o kontaktní způsob měření, při němž může dojít k poškrábání. Pokud je určitá část povrchové vrstvy odstraněna, uvidíme na naměřené křivce schodovitý profil. Z velikosti tohoto schodu je pak možné přímo odečíst tloušťku povrchové vrstvy. Laboratoř je pro toto měření vybavena profilometrem Dektak 150 firmy Veeco (zobrazen na obrázku 2.12). Diamantový hrot profilometru má tvar polokoule o průměru 12,5 µm a jeho přítlačná síla je 10 mg.

Obrázek 2.12 Profilometr Veeco Dektak 150 Zdroj obrázku: http://www.veeco.com

37


3 Praktika v Laboratoři polovodičů V Laboratoři probíhá standardně výuka studentů Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity. Mimo to jsou prostory nabízeny i jiným školám s nabídkou několika druhů praktik. Ve výuce, která probíhá jako součást speciálních praktik studentů Fyziky kondenzovaných látek na PřF MU, jsou zařazena dvě krátká jednodenní praktika: 1) 2)

Základy práce v čistých prostorách a princip fotolitografie Technologie přípravy polovodičových součástek – rezistor, kondenzátor a induktor na křemíkové desce

Mezi další praktika probíhající v Laboratoři je zařazena i úloha s názvem Výroba polovodičových prvků, vedená v rámci výuky předmětu Výroba součástek a konstrukčních prvků (dále jen MVSK) na FEKT VUT v Brně. Toto praktikum je vícedenní, probíhá vždy jednou za 14 dní a střídá se s přednáškami k danému předmětu. Celkem má tato úloha pět dílčích částí. Oproti praktikám vedených PřF MU obsahuje tato úloha několik litografických kroků a umožňuje tak vyrobit složitější součástky jako jsou diody, tranzistory, struktury pro měření odporu aj. V této kapitole se nachází popis zmíněného praktika a výčet součástek vyrobených na desce. V další kapitole pak naleznete popis mnou vytvořeného rozšíření tohoto praktika o proměřování na stanici hrotového měření.

3.1 Popis praktika Praktikum a vlastní výroba součástek obsahují několik časově oddělených částí: čtyři samostatné technologické části probíhající v čistých prostorách a jednu část zaměřenou na proměřování vytvořených součástek. V mezičase je pak provedeno několik déletrvajících fází procesu, které z časových důvodů zpracovávají zaměstnanci ÚFKL PřF MU. Pořadí jednotlivých procesů je uvedeno v části 3.1.1 Technologický postup.

38


3.1.1 Technologický postup  Substrát: základem pro výrobu součástek je křemíková čtyřpalcová deska s dotací příměsí typu 𝑝 s 0.5 − 1 Wcm.

 Mytí a popis: prvním krokem pro přípravu desky na výrobní proces je její mytí, případně popis jednotlivých desek pro jejich další rozpoznání.  Oxidace: na desce je vytvořen krycí oxid. Oxidace probíhá při teplotě 1050 °C.

 Maskování zadní strany

 Maskování difúze: během tohoto fotolitografického kroku je na desce vytvořena první maska, sloužící pro následné vytvoření oblastí, v nichž bude probíhat difúze.  Leptání oxidu: po vyvolání masky je v tomto kroku odleptána ta část krycího oxidu, kterou je nutné odstranit pro potřebu difúze.  Resist stripping: po odleptání oxidu je provedeno smytí fotorezistu, který byl použit pro vytvoření masky.  Mytí: mytí desky s vyleptanou strukturou a odstranění nečistot, které se na desku dostaly během manipulace.  Difúze fosforu: probíhá v difúzní peci při teplotě 1050 °C na všech připravovaných deskách současně. Dochází k difúzi fosforových atomů z keramických desek na desky křemíkové.  Rozdifundování: po difúzi následuje rozdifundování atomů fosforu při teplotě 1050 °C, při němž dochází k rozšíření oblasti výskytu příměsových atomů do hloubky i do šířky.  Reoxidace: v tomto kroku je vytvořen nový krycí oxid. Oxidace tentokrát probíhá při teplotě 950 °C, je tedy vytvořen oxid s menší tloušťkou.

 Žíhání v dusíku: probíhá žíhání v inertní atmosféře dusíku při teplotě 850 °C těsně před maskou kontaktů.

 Maskování kontaktů: vznik v pořadí druhé masky a tedy druhý fotolitografický krok. Dochází ke vzniku struktury, která bude sloužit pro vytvoření kontaktů.

39


 Leptání oxidu: po vyvolání masky je v tomto kroku odleptána ta část krycího oxidu, kterou je nutné odstranit pro potřebu naprašování metalu.  Resist stripping: po odleptání oxidu je opět provedeno smytí fotorezistu, který byl použit pro vytvoření masky.  Mytí: mytí desky s vyleptanou strukturou a odstranění nečistot, které se na desku dostaly během manipulace.  Naprašování metalu: v tomto kroku dojde k naprašování metalu, který bude sloužit jako kontakt na vytvořených polovodičových součástkách. V tomto případě se jedná o hliník 𝐴𝑙.

 Maskování metalu: v pořadí již třetí maska slouží pro vytvoření struktury kontaktů. Opět probíhá celý proces fotolitografie.  Leptání metalu: po vytvoření struktury kontaktů je potřeba odleptat přebytečný metal.  Resist stripping: po odleptání oxidu je opět provedeno smytí fotorezistu, který byl použit pro vytvoření masky.  Mytí: mytí desky s vyleptanou strukturou a odstranění nečistot, které se na desku dostaly během manipulace.  Žíhání Al: na závěr je ještě provedeno žíhání metalu. Po provedení všech předchozích kroků jsou součástky hotové a mohou být proměřeny.

3.1.2 Průběh praktika Jak již bylo výše řečeno, studenti projdou celkem čtyřmi samostatnými částmi laboratorního cvičení v prostorách Laboratoře. 3.1.2.1 První část praktika V první části jsou seznámeni s technickým vybavením Laboratoře a jejího zázemí. Jsou také seznámeni se základy oblékání kombinéz a se zásadami práce v čistých prostorách. Dále je jim přidělena deska, kterou bude každý z nich samostatně zpracovávat. Každý student si svou desku podepíše za pomoci diamantového hrotu na zadní (matné) straně desky. Během podepisování se

40


41

studenti seznámí s technologií manipulace s deskou, a to jak za pomoci vakuové pinzety, tak za použití speciálních teflonových pinzet. Následuje měření rezistivity jednotlivých desek na automatické čtyřbodovce. Postup měření rezistivity na čtyřbodovce lze nalézt v literatuře. Na závěr cvičení jsou desky vloženy do pece a připraveny na růst krycího oxidu. 3.1.2.2 Růst mokrého oxidu Následuje proces oxidace, který je proveden mimo běh praktika zaměstnancem ÚFKL PřF MU. Oxidace probíhá současně na všech deskách v oxidační peci. Je tak zajištěn shodný či podobný průběh procesu. Tento první krycí oxid (dále jen LOCOS) se používá jako maska pro následující operace. V tomto případě se jednalo o vysokoteplotní termickou mokrou oxidaci, která probíhala dle oxidačního schématu popsaného v tabulce 3.1. Tabulka 3.1 Průběh první, mokré, oxidace

Fáze

Interval

Teplota

[min]

[°C]

Množství reakčních plynů 𝑁2

Stand by

850

[l⁄min]

Založení desek

850

1 2

1

𝑂2

[l⁄min]

Náběh teploty

40

1050

Oxidace

5

1050

3

Oxidace

40

1050

5

Pokles teploty

60

850

1

Vytažení desek

850

1

Stand by

850

𝐻2

[l⁄min]

2

4,5


42

Z daného popisu průběhu oxidace lze také vypočítat dle rovnic (2.5) a (2.6) při známé teplotě i tloušťku rostlého oxidu. Pro zadané parametry lze vypočíst parametry 𝐵 a 𝐵⁄𝐴: 𝐵 = 0,44 µm2 ⁄h 𝐵

a tedy i parametry A:

𝐴

= 3,55 µm⁄h

𝐴=

𝐵 𝐵⁄𝐴

=

0,44

3,55

= 0,124 µm

(3.1) (3.2)

(3.3)

Ze znalosti příslušných parametrů pak již můžeme přímo z rovnice (2.1) vyjádřit vztah pro tloušťku rostlého oxidu 𝑋: 𝑋 2 + 𝐴𝑋 = 𝐵𝑡

(3.4)

Po dosazení pak již získáváme:

𝑋 2 + 0,124𝑋 = 0,44 ∙ 0,75

𝑋 2 + 0,124𝑋 − 0,33 = 0 𝑋 = 0,52 µm

(3.5a) (3.5b) (3.5c)

V druhé části praktika studenti provedou na desce první fotolitografický krok. Tento krok obsahuje: 1) 2)

Nanesení fotorezistu na odstředivce na zadní stranu desky Vytvrzení fotorezistu

3.1.2.3 Druhá část praktika V druhé části praktika bylo cílem vytvoření oblastí pro následnou difúzi. Toho je docíleno za pomocí prvního fotolitografického kroku. Konkrétněji tedy dojde k nanesení fotorezistu na desku s 𝐿𝑂𝐶𝑂𝑆 oxidem a jeho následnému vyvolání. Dále je odleptána ta část oxidu, která není krytá fotorezistem. V oxidu se tak vytvoří oblasti (díry), do kterých budou difundovány atomy fosforu. Přesný postup po jednotlivých krocích je následující:


 Hydrofobizace povrchu desky: hydrofobizace je provedena umístěním desky na několik minut do desikátoru s 𝐻𝑀𝐷𝑆 (hexametyldisilazan).

 Lakování zadní strany: nanesení fotorezistu na zadní stranu desky probíhá na rotační lakovce. Desku nejprve vycentrujeme v přístroji a upevníme pomocí vakua. Po uzavření naneseme do středu desky kapku fotorezistu a zapneme přístroj. Tloušťka výsledné vrstvy fotorezistu závisí na rychlosti rotace a na době, po kterou rotace probíhá. V tomto případě byla použita rychlost 5000 ot.⁄min po dobu 30 s.

 Hard bake: zapečení naneseného fotorezistu při teplotě 110 °C po dobu 4,5 min s následným pomalým chlazením na laboratorní teplotu po dobu 3 min.

 Lakování přední strany: nanesení fotorezistu na přední stranu desky. Lakování probíhá stejným postupem jako při lakování zadní strany.  Soft bake: zapečení naneseného fotorezistu při teplotě 90 °C po dobu 2 min s následným pomalým chlazením na laboratorní teplotu po dobu 3 min.

 Expozice: probíhá na expozičním zařízení Perkin-Elmer (𝑃𝐸 340 𝐻𝑇) se rtuťovou výbojkou. Je použita první maska se vzorem pro oblasti difúze.

 Vyvolání fotorezistu: probíhá mechanickou cestou (ručním máčením ve vývojce). Postup je složen z několika částí, kdy je deska promývána ve třech samostatných vaničkách s různým poměrem vývojky a vody. V prvním kroku je deska ponořena 2 – 3 minuty v neředěném roztoku vývojky, následuje třicetisekundový oplach v roztoku vývojky s vodou ředěném v poměru 1: 1 a v poslední části je deska opláchnuta pod sprchou demineralizovanou vodou.

Pozn.: Vyvolávání je nejchoulostivější částí průběhu výroby součástek. Je totiž ovlivněno jednak lidským faktorem (rychlostí máčení, technikou, zkušeností) a jednak stářím vývojky (ve vývojce se postupně rozpouští fotorezist z předchozích máčení, čímž jeho vyvolávací schopnost klesá a je nutno prodlužovat dobu vyvolávání).

43


Tyto dva aspekty mohou ovlivnit homogenitu vyvolání (nedoleptání či přeleptání) povrchu desky. Průběh vyvolávání je kontrolován čistě opticky – pozorováním. I toto může tedy ovlivnit průběh a kvalitu vyvolávání.  Sušení desky: tento krok probíhá v odstředivce. Z desky je takto odstraněna voda, která na ní zůstala po posledním kroku vyvolávání.  Hard bake: zapečení a ustálení naneseného fotorezistu při teplotě 110 °C po dobu 4,5 min s následným pomalým chlazením na laboratorní teplotu po dobu 3 min.

 Vizuální inspekce: deska s osvíceným a vyvolaným fotorezistem je vložena pod mikroskop, kde lze ověřit kvalitu předcházejících postupů. Do tohoto bodu se jedná ještě o vratný proces - v případě nalezení chyby lze desku smýt a postup opakovat.  Leptání v POL: pro leptání se používá leptací směs 𝑃𝑂𝐿 (𝑃𝑂𝐿 – Pomalé Oxidové Leptadlo; 𝐵𝑂𝐸 – Buffered Oxide Etch), která je směsí kyseliny fluorovodíkové a fluoridu amonného. Leptadlu je vystavena pouze část oxidu bez fotorezistu smytého v předchozím kroku. Tato část oxidu se odleptá. Dojde tak k vytvoření okének, která nám poslouží jako maska pro difundování fosforu.

 Sušení desky: probíhá v odstředivce. Z desky je takto odstraněna voda, která na ní zůstala po posledním kroku vyvolávání.  Stripování fotorezistu: protože na desce se po předchozích krocích ještě nacházejí oblasti, kde zůstal fotorezist, je potřeba jej smýt. Toto smývání fotorezistu se provádí na rotační lakovce. Smývání probíhá za pomoci acetonu, který je nanášen pipetou na střed rotující desky. Rotací se pak aceton rozšíří po celém povrchu desky a omyje ji. Protože po tomto kroku mohou ještě na desce zůstávat různé organické nečistoty a zbytky ulpělého laku, je deska ještě stejnou technikou opláchnuta isopropylalkoholem. Rotací na lakovce se deska současně usuší. Stripování provedeme z obou stran – nejprve ze zadní a poté z přední strany desky.  Vizuální inspekce: desku s odleptaným oxidem vložíme pod mikroskop a provedeme vizuální kontrolu vytvořené struktury.

44


3.1.2.4 Difúze fosforu Pro vytvoření oblastí s PN přechodem je potřeba do křemíkového substrátu vpravit dopanty (např. atomy bóru nebo fosforu). Proces difúze příměsí se dělí do dvou částí: 1)

Sycení

(pozn.: viz. příloha 7.3)

Po předchozím fotolitografickém kroku jsou desky opět vloženy do pece, kde je provedeno sycení z pevného zdroje fosforu 𝑃ℎ𝑜𝑠𝑝ℎ𝑜𝑟𝑜𝑛 𝑇 250. Zdroj fosforu je vložen do pece společně s deskami a jejich umístění na lodičce se střídá. Během ohřevu desek a zdroje pak dochází k odpařování atomů fosforu ze zdroje a jejich usazování na sousedních deskách. Tato operace zajistila vpravení námi zvolené dávky fosforu na povrch desek. V oblasti, kde zůstal 𝐿𝑂𝐶𝑂𝑆 oxid se fosfor usadil v něm. V oblastech, ve kterých byla v předchozích krocích vytvořena okénka v 𝐿𝑂𝐶𝑂𝑆 oxidu se fosfor dostal až na povrch křemíkového substrátu. Sycení probíhalo po dobu 60 min při teplotě 900 °C. 2)

Rozdifundování

Po sycení je dopant obsažen pouze v poměrně tenké povrchové vrstvě. Pro potřebu vytvoření větší oblasti s námi požadovaným koncentračním profilem dopantu je potřeba rozdifundovat příměsi. Toto rozdifundování se opět provádí teplotním procesem v peci, v tomto případě již bez zdroje fosforu. Rozdifundování probíhalo žíháním za teploty 950 °C v atmosféře 𝑁2 po dobu 70 min. Následně byly desky z pece vyjmuty a přeloženy na lodičky vhodné pro oxidaci. Poté následovala reoxidace při teplotě 1050 °C v délce 80 min v atmosféře 𝑂2 . Celý proces difúze a rozdifundování tedy probíhá dle následujícího schématu: [11] 1) 2) 3) 4)

Vložení desek a disků do pece, náběh teploty, sycení, snížení teploty. Vyjmutí desek a disků z pece, vychladnutí. Vložení desek do pece, náběh teploty, krátká reoxidace, rozdifundování, snížení teploty. Vyjmutí desek z pece, vychladnutí.

45


3.1.2.5 Třetí část praktika Ve třetí části praktika bylo cílem vytvořit na povrchu desky masku pro nanesení kontaktů. Nanesení masky probíhá stejným postupem jako v předchozí části praktika, postup je tedy popsán výše v příslušné části a není potřeba jej zde opakovat. Jedinou změnou je nanášení fotorezistu pouze na přední stranu desky. Byl tedy vypuštěn krok s nanášením fotorezistu na zadní stranu na lakovce a následný Hard bake. Tato změna umožňuje během odleptávání odstranit oxid z celého povrchu zadní strany desky. Na přední straně desky byla pak otevřena okénka pro kontaktování součástek. Během postupu se navíc objevil jeden nový klíčový prvek, který je důležitý pro následnou funkčnost vytvořených součástek. Tímto prvkem je správné sesazení druhé masky na struktury masky první. Sesazování probíhá vizuálně a mechanicky za pomocí joysticku na přístroji Perkin-Elmer a vyžaduje tedy manuální zručnost. Správné sesazování je možné díky několika konstrukčním prvkům, které jsou umístěny na každé masce. Jedná se o několik geometrických útvarů umístěných na okraji jednotlivých čipů, jejichž vzhled je zobrazen na obrázku 3.1.

Obrázek 3.1 Sesazovací struktury: (a) snímek části desky se strukturami, (b) detail sesazovací struktury

46


Sesazování lze vyzkoušet v PowerPointové aplikaci Simulátor orientace, kterou vytvořil pro potřebu výuky Ing. V. Strakoš z firmy ON Semiconductor, Rožnov pod Radhoštěm. Tento simulátor je umístěn na přiloženém CD. 3.1.2.6 Naprášení vodivé vrstvy na povrch desky Desky, které prošly předchozími kroky, jsou následně předány k naprašování. Naprašování provádí zaměstnanec ÚFKL PřF MU, studenti tedy znovu obdrží desku až po proběhnutí celého procesu. Naprašování probíhá pomocí naprašovačky 𝑀𝑅𝐶 603, která je vhodná pro naprašování více druhů kovů (vždy ale jen jeden na proces). V současné době se pro praktika používá hliník. Nejedná se však o 100 % čistý kov, ale o slitinu 𝐴𝑙𝐶𝑢𝑆𝑖. Tato slitina je používána proto, že umožňuje dobrý ohmický kontakt při styku s křemíkem, navíc je odolná vůči elektromigraci. Samotné naprášení probíhá tak, že desky založíme po 9 ks do nosiče. Desky jsou nejprve ohřáty za pomocí infračervených lamp, následně je naprášena vlastní vrstva kovu. Naprašování probíhá za velmi nízkého tlaku cca. 10−4 Pa, jehož dosažení trvá naprašovačce přibližně 24 hod. Vlastní naprašování je pak provedeno metodou magnetonového naprašování, kdy se do komory, ve které jsou umístěny desky, vhání argon. Jeho molekuly dopadají i na target z námi vybrané slitiny hliníku. To má za následek odprašování atomů z targetu a jejich následné usazování na povrchu desky. Tloušťku naprášené vrstvy lze řídit rychlostí průjezdu desek před targetem se slitinou a také počtem průjezdů. Tloušťka výsledné vrstvy je v řádu stovek nanometrů. Vrstva byla vytvořena na celé zadní i přední straně desky. Na zadní straně desky je kontakt přímo nanesen na křemíkový substrát, na přední straně pak kov dosedá na křemík pouze v místech, kde byla v předchozím fotolitografickém kroku vytvořena okénka. Jinak 𝐴𝑙 dopadá a usedá na zbylý 𝑆𝑖𝑂2 . 3.1.2.7 Čtvrtá část praktika

Jak již bylo řečeno, metal (hliník) je nyní nanesen na obou stranách desky. Na zadní straně je to naším záměrem, protože celá zadní strana ve finále slouží jako kontakt pro některé námi vytvářené součástky. Na přední straně

47


jsou ale propojeny všechny součástky. Aby byly funkční, je potřeba odstranit přebytečný hliník. Odstranění přebytečných oblastí hliníku můžeme provést opět pomocí fotolitografického kroku a postupu popsaného v kapitole 3.1.2.3. Na desku je opět nanesen a z obou stran zapečen fotorezist. Následně je v osvitové jednotce Perkin-Elmer exponován na přední stranu desky třetí motiv. Opět je potřeba dát pozor na sesazení jednotlivých vrstev. Po vyvolání, osušení, zapečení přední strany a vizuální kontrole putuje deska na vlastní odleptávání přebytečného hliníku. Odleptávání probíhá v lázni předehřáté na 50 °C za použití vhodného leptadla. Po opláchnutí a následném sestripování zbylého fotorezistu je deska usušena a je provedena finální vizuální kontrola pod mikroskopem. Vlastní výroba součástek tímto krokem končí.

48


3.2 Popis základních součástek

Obrázek 3.2 Označení čipu Pozn.: Tento a i další obdobné snímky byly pořízeny za pomoci USB kamery na mikroskopu umístěném v Laboratoři.

V návrhu desky bylo počítáno s přípravou a výrobou následujících součástek: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10)

Standardní dioda s kruhovým designem Dioda s velkým poměrem obvod/plocha Dioda s Gate nad PN – přechodem Kondenzátor s homogenizačním ringem Klasický crossbridge pro měření vrstvového odporu v úrovni difúze a v metalu Klasická kelvinovská struktura pro měření kontaktního odporu Planární odpor kontaktovaný čtyřbodově Laterální transistor s bázovým kontaktem na ZS desky Proužky pro konstrukční analýzu (cross-section) a pro měření 𝑆𝑅𝑃 Optické mřížky

V této kapitole se chci věnovat vybraným součástkám, o které jsem se zajímal v rámci své práce. Zbývající jsou pak popsány v následující kapitole.

49


Vlastní návrh topologie jednoho čipu je ve formátu PDF a ve spustitelné EXE aplikaci umístěn na přiloženém CD. Autorem návrhu je Ing. V. Strakoš z firmy ON Semiconductor se sídlem v Rožnově pod Radhoštěm. Jednotlivé desky masek pro fotolitografii byly vyrobeny ve firmě Photronics Inc. v Drážďanech. Rozmístění součástek v rámci jednoho čipu je znázorněno na následujícím obrázku 3.3. Tento schematický obrázek (a i následující schematické obrázky) byl sejmut z výše zmíněného návrhu a upraven a překreslen pro potřebu této práce.

Obrázek 3.3 Struktura čipu Pozn.: Struktura čipu ve větším rozlišení je přiložena ve formátu PDF a ve spustitelné aplikaci na disku CD umístěném na zadním přebalu této práce.

50


Obrázek 3.5 Struktura čipu bez oblasti s mřížkami pro optickou analýzu

Obrázek 3.4 Fotografie vyrobených součástek jednoho čipu bez oblasti pro optickou analýzu Autor fotografie: Ing. Martin Adámek, Ph.D.

51


52

V dalších částech je ve schematických obrázcích vždy použito označení dle obrázku 3.6, kde použité označení reprezentuje struktury vytvořené během tří litografických kroků.

Obrázek 3.6 Barevné označení jednotlivých konstrukčních vrstev: (a) difúze, (b) kontakt, (c) metal

1) Difúze – vytvoření dopovaných oblastí na substrátu 2) Kontakt – otevření okének pro kontaktování v krycím oxidu 3) Metal – vytvoření hliníkové vrstvy na povrchu

3.2.1 Standardní dioda s kruhovým designem Návrh čipu obsahuje několik různých diskrétních součástek. V horní části čipu je to v první řadě standardní dioda s kruhovým designem, která je na návrhu uvedena v několika rozměrových obměnách. Označení příslušející jednotlivým rozměrům je: 20; 40; 60; 110; 510.

Schematické znázornění diody je přiloženo na obrázku 3.7, rozměry konstrukčních prvků jednotlivých diod obsahuje následující tabulka 3.2. Tabulka 3.2 Rozměry konstrukčních prvků diody s kruhovým designem 𝑋1 = 10𝜇𝑚

𝑋2 = 30𝜇𝑚

𝑋3 = 50𝜇𝑚

𝑋4 = 100𝜇𝑚

𝑋5 = 500𝜇𝑚

𝑍1 = 30𝜇𝑚

𝑍2 = 50𝜇𝑚

𝑍3 = 70𝜇𝑚

𝑍4 = 120𝜇𝑚

𝑍5 = 520𝜇𝑚

𝑌1 = 20𝜇𝑚

𝑌2 = 40𝜇𝑚

𝑌3 = 60𝜇𝑚

𝑌4 = 110𝜇𝑚

𝑌5 = 510𝜇𝑚

Přesné umístění na čipu lze odečíst z výřezu designu čipu znázorněného na obrázku 3.8.


Obrázek 3.7 Schematické znázornění diody s kruhovým designem

53

Obrázek 3.8 Výřez návrhu čipu s umístěním diod s kruhovým designem

Na vyhotovené desce lze diody pozorovat pomocí mikroskopu. Jejich fotografie je zachycena na obrázku 3.9. Vlastní diody se nacházejí v červeně označené oblasti.

Obrázek 3.9 Snímek oblasti čipu s umístěním diod s kruhovým designem


3.2.2 Dioda s velkým poměrem obvod/plocha Druhým typem diod umístěných na čipu jsou diody s velkým poměrem obvod/plocha. Jednotlivé diody byly navrhnuty tak, že celková plocha diody zůstává konstantní, přičemž plocha diody se rovná 𝐴 = 100 000 µm2 .

Obrázek 3.10 Schematické znázornění diody s velkým poměrem obvod/plocha

Umístění těchto plošných diod v rámci návrhu je znázorněno na obrázku 3.11. Pro potřebu měření je od diody vyveden kontakt na kontaktní plošku mozaiky 𝑀𝑂𝑍3. Druhý kontakt se nachází na zadní straně desky. Kontakty příslušných diod a tedy i pozice jednotlivých diod jsou opět na obrázku zvýrazněny pomocí šipek. Snímek vyrobených diod lze nalézt níže na obrázku 3.12.

Obrázek 3.11 Výřez návrhu čipu s umístěním plošných diod

54


55

Obrázek 3.12 Snímek oblasti čipu s umístěním plošných diod

3.2.3 Dioda s Gate nad 𝑷𝑵 přechodem

Třetím typem diody umístěné na návrhu čipu je dioda s Gate nad 𝑃𝑁 přechodem. Její struktura je zobrazena na obrázku 3.13. V návrhu čipu se objevují dva typy této diody, které se vzájemně liší druhem vyvedení kontaktního bodu ze střední oblasti. V prvním případě je potřeba při měření trefit střední oblast diody, ve druhém případě je kontakt vyveden na kontaktní plošku mozaiky 𝑀𝑂𝑍1. Jejich umístění v rámci návrhu a snímky vyrobených diod lze nalézt na další stránce na obrázku 3.14. Fotografie vyrobených diod jsou zachyceny na obrázku 3.15. V návrhu čipu pak vystupují vždy čtyři diody daného typu, které se liší vlastním rozměrem diody. Rozměry jsou uvedeny v tabulce 3.3. Tabulka 3.3 Rozměry diod s Gate nad PN přechodem

Průměr oblasti difúze Průměr metalového prstence - gate Průměr metalu kontakt

dioda 50 36 µm 30 µm 42 µm 24 µm

dioda 70 56 µm 50 µm 62 µm 44 µm

dioda 120 106 µm 100 µm 112 µm 94 µm

dioda 520 506 µm 500 µm 512 µm 494 µm


Obrázek 3.13 Schematické znázornění diody s Gate na PN přechodem: (a) bez připojeného kontaktu, (b) s připojeným kontaktem na kontaktní plošky mozaiky, (c) řez strukturou diody

Obrázek 3.14 Výřez návrhu čipu s umístěním diod s Gate nad PN přechodem: (a) bez připojeného kontaktu, (b) s připojeným kontaktem na kontaktní plošky mozaiky

56


Obrázek 3.15 Snímky oblastí čipu s umístěním diod s Gate nad 𝑃𝑁 přechodem: (a) bez připojeného kontaktu, (b) s připojeným kontaktem na kontaktní plošky, (c) detail diody s označením 520, (d) detail diody s označením 120

3.2.4 Standardní kondenzátor s kruhovým designem Dalším typem součástek umístěných na návrhu čipu jsou standardní kondenzátory s kruhovým designem. Homogenizační prstenec tvoří metal (v našem případě hliník), který je umístěn buď přímo na substrátu, případně na substrátu, který je v dané oblasti dopován jiným druhem příměsi. V tomto návrhu se jedná o oblasti, ve kterých byl difundován fosfor. Oba typy kondenzátoru mají stejné rozměry, které jsou uvedeny v tabulce 3.4. Základní konstrukční schéma je zobrazeno na obrázku 3.16. Vlastní umístění v rámci konceptu návrhu čipu je pak znázorněno na obrázku 3.17. Jednotlivé kondenzátory jsou označeny čísly 10, 30, 50, 100, 500, což současně představuje i jejich rozměr. Oblast, která je v rámci návrhu dopovaná příměsí je ohraničena a lze ji na nákresu odečíst.

57


58

Tabulka 3.4 Rozměry konstrukčních prvků kondenzátorů s kruhovým designem Kondenzátor

Kondenzátor

Kondenzátor

Kondenzátor

Kondenzátor

10 [µm]

30 [µm]

50 [µm]

100 [µm]

500 [µm]

30 [µm]

50 [µm]

70 [µm]

120 [µm]

520 [µm]

10

Průměr vnitřního kontaktu X Průměr mezikruží Y Průměr vnějšího prstence Z

20 [µm]

Obrázek 3.16 Schematické znázornění kondenzátoru s kruhovým designem

30

40 [µm]

50

60 [µm]

100

110 [µm]

500

510 [µm]

Obrázek 3.17 Výřez návrhu čipu s umístěním kondenzátorů s kruhovým designem


Obrázek 3.18 Snímky oblastí čipu s umístěním kondenzátorů s kruhovým designem: (a) na nedopovaném substrátu, (b) detail kondenzátorů 10, 30, 50, 100, (c) detail vyvedení kontaktu z kondenzátoru 500, (d) kondenzátory v oblasti s dopovaným substrátem, (e) detail kondenzátoru 500 v oblasti s dopovaným substrátem

59


3.2.5 Laterální tranzistor V návrhu čipu je navržen také laterální tranzistor. Jako bázový kontakt je použita zadní strana desky, na přední straně proto lze nalézt jen kontakty pro emitor a kolektor. Navrženy jsou celkem čtyři varianty tranzistoru, které se liší vzdáleností dopovaných oblastí (ve schematickém znázornění označena jako 𝑊𝑏 ). Na desce jsou pak tranzistory označeny jako 𝑊𝐵 = 5, 𝑊𝐵 = 10, 𝑊𝐵 = 15, 𝑊𝐵 = 20 a jejich kontakty (kolektor a emitor) jsou umístěny na kontaktních ploškách mozaiky 𝑀𝑂𝑍6.

Vzájemná vzdálenost metalu je konstantní. Postup výroby tranzistoru je pak schematicky znázorněn na obrázku 3.19, kde jsou postupně rozkresleny fáze výroby dle jednotlivých litografických kroků.

Obrázek 3.19 Schematické znázornění laterálního tranzistoru a průběh jeho výroby dle jednotlivých litografických kroků: (a) dopovaná oblast, (b) otevření okének v oxidu pro kontaktování, (c) nanesení metalu – finální podoba tranzistoru

Obrázek 3.20 Výřez návrhu čipu s umístěním laterálních tranzistorů

60


U tranzistorů lze dobře pozorovat správnost sesazení jednotlivých masek při fotolitografii. Při malých nepřesnostech tranzistor ještě zůstává funkční, svou funkčnost však ztrácí v okamžiku, kdy metalová vrstva jedné větve tranzistoru zasahuje přes dopovanou oblast druhé větve. Několik snímků tranzistorů pořízených mikroskopem včetně ukázky přesnosti/nepřesnosti sesazení je pak zobrazeno na obrázku 3.21.

Obrázek 3.21 Snímky oblastí čipu s umístěním laterálních tranzistorů: (a) tranzistory 𝑊𝐵 = 10 a 𝑊𝐵 = 15, (b) detail na tranzistor 𝑊𝐵 = 20, (c) detail správně sesazených vrstev, (d) detail nesprávně sesazených vrstev

61


3.2.6 Difúzní rezistor Součástkou, kterou jsem se zabýval při své práci nejvíce, byl difúzní rezistor. V návrhu čipu jsou umístěny dvě základní varianty této součástky: 1) Difúzní rezistor s variací délky kontaktu 2) Difúzní rezistor s variací šířky kontaktu Každý z těchto dvou typů je v návrhu zastoupen celkem pěti různými variacemi daného typu. Vlastní uspořádání obou skupin rezistorů v rámci návrhu čipu lze pak najít na obrázku 3.22.

Obrázek 3.22 Výřez návrhu čipu s umístěním difúzních rezistorů: (a) s variací délky 𝑀𝑂𝑍4, (b) s variací šířky - 𝑀𝑂𝑍5

Celá sekvence rezistorů se stejně jako tranzistory a plošné diody opakuje v návrhu čipu dvakrát. Umístěny jsou přímo nad sebou. V dalším popisu budu tyto dvě varianty umístění označovat jako 1. série (horní umístění) a 2. série (dolní umístění) dle pozice ve schématu na obrázku 3.5. V prvním případě zůstává zachována jak šířka difúzní vrstvy, tak hlavně šířka kontaktu polovodič-metal, která činí 15 µm. Délka pak roste z 10 µm na 15 µm, 20 µm, 25 µm až 30 µm. Schematicky jsou tyto rezistory zobrazeny na obrázku 3.23.

62


Obrázek 3.23 Schematické znázornění difúzního rezistoru s variací délky kontaktu: (a) 10 𝜇𝑚, (b) 15 𝜇𝑚, (c) 20 𝜇𝑚, (d) 25 𝜇𝑚, (e) 30 𝜇𝑚

V případě variace na šířku kontaktu zůstává zachována délka kontaktu při průběžné změně šířky kontaktu a difúzní vrstvy. Délka kontaktu je 10 µm, šířka se mění z 10 µm na 15 µm, 20 µm, 25 µm až 30 µm. Obdobně jako v předcházejícím případě je schematické znázornění uspořádání a velikostí rezistorů znázorněno na obrázku 3.24.

Obrázek 3.24 Schematické znázornění difúzního rezistoru s variací šířky kontaktu: (a) 10 μm, (b) 15 μm, (c) 20 μm, (d) 25 μm,(e) 30 μm

Snímky rezistorů jsou pak zachyceny na další stránce na obrázku 3.25.

63


Obrázek 3.25 Snímky oblastí čipu s umístěním difúzních rezistorů: (a) snímek celé oblasti, (b) rezistory s variací délky 𝑌25 a 𝑌30 – špatné sesazení, (c) rezistory s variací délky 𝑌25 a 𝑌30 – správné sesazení, (d) detail špatně sesazeného rezistoru 𝑌25

64


3.3 Soupis ostatních součástek Návrh čipu obsahuje mimo výše uvedené součástky i několik dalších prvků, určených primárně pro konstrukční analýzu. Těmito součástkami jsem se ve své práci nezabýval, neboť jejich proměření by vyžadovalo jiné postupy měření či jiné uspořádání měřících přístrojů. Proto jsou zde uvedeny bez bližšího vysvětlení a popisu. Jejich proměřování může být tématem jiné, např. bakalářské práce.

3.3.1 Klasická kelvinovská struktura pro měření kontaktního odporu Tato struktura umožňuje přesné měření malých odporů. Běžně se také užívá pro určení konkrétní hodnoty kontaktního odporu. Ze znalosti protékajícího proudu 𝐼 a naměřeného kelvinovského potenciálu (𝑉2 − 𝑉1 ) můžeme určit odpor 𝑅𝑐 ze vztahu 𝑅𝑐 = (𝑉2 − 𝑉1 ) ⁄𝐼 . Z obrázku 3.26 lze odečíst rozměry struktury umístěné v návrhu čipu. Rozměry kontaktu (na obrázku neznázorněné) jsou 10 µm × 10 µm.

Obrázek 3.26 Schematické znázornění kelvinovské struktury

3.3.2 Vertikální “had”

Další součástkou pro měření kontaktního odporu je vertikální “had”. Tato součástka je tvořena difúzí, metalem a kontakty. Kontakty mají opět velikost 10 µm × 10 µm. Schematické znázornění součástky je na obrázku 3.27.

65


Obrázek 3.27 Schematické znázornění vertikálního "hada".

Obě předchozí součástky jsou umístěny na čipu ve struktuře mozaiky 𝑀𝑂𝑍2. Znázornění uspořádání je zobrazeno na obrázku 3.28.

Obrázek 3.28 Výřez návrhu čipu s umístěním součástek pro měření kontaktního odporu: (a) kelvinovská struktura, (b) vertikální „had“

3.3.3 Crossbridge pro měření vrstvového odporu V návrhu čipu se dále vyskytují dvě součástky pro měření vrstvového odporu a změny šířky proužků v procesu: (a) v úrovni metalizace, (b) v úrovni difúze. V rámci návrhu jsou tyto dvě součástky umístěny ve struktuře mozaiky 𝑀𝑂𝑍3 – viz obrázek 3.29.

Vlastní struktura součástek je opět naznačena ve schematickém znázornění na obrázku 3.30 a obrázku 3.31, které najdete společně s výřezem návrhu čipu na další stránce.

66


Obrázek 3.29 Výřez návrhu čipu s umístěním crossbridge součástek pro měření vrstvového odporu: (a) na úrovni difúze, (b) na úrovni metalizace

Obrázek 3.30 Schematické znázornění crossbridge v úrovni metalizace

Obrázek 3.31 Schematické znázornění crossbridge v úrovni difúze

67


Obrázek 3.32 Snímky oblastí čipu s umístěním: (a) kelvinovské struktury a vertikálního hada, (b) crossbridge v úrovni difúze a v úrovni metalizace, (c) detail vertikálního "hada" a crossbridge v úrovni difúze, (d) detail crossbridge v úrovni difúze, (e) detail na crossbridge se špatně vytvořenou difúzní vrstvou, (f), (g) detail struktury čtyřkontakového planárního odporu, (h) detail na na jednotlivé vrstvy čtyřkontaktového planárního odporu

68


3.3.4 Planární odpor kontaktovaný čtyřbodově Jednou z posledních součástek umístěných v návrhu čipu je planární odpor kontaktovaný čtyřbodově. Daný návrh součástky obsahuje tři různé varianty: rovný odpor, lomený odpor pod úhlem 45° a nakonec odpor lomený ve tvaru 𝐿. Tvar a rozměry lze odečíst ze schematického obrázku 3.33.

Obrázek 3.33 Schematické znázornění planárního odporu kontaktovaného čtyřbodově

3.3.5 Proužky pro konstrukční analýzu Předposlední součástkou umístěnou na návrhu čipu jsou různé typy proužků, určených pro konstrukční analýzu (cross-section) a pro měření SRP (Spreading resistance profile). Tyto proužky jsou umístěny pod označením čipu (pod nápisem BRNO). V návrhu pak opět vystupují v obou konstrukčních vrstvách - v difúzní vrstvě i ve vrstvě metalizace. Schematické znázornění těchto proužků včetně jejich rozměrů se nachází na další stránce na obrázcích 3.34, 3.35 a 3.36.

69


Obrázek 3.34 Schematické znázornění proužků pro konstrukční analýzu v difúzní vrstvě

Obrázek 3.35 Schematické znázornění proužků pro konstrukční analýzu ve vrstvě metalizace

Obrázek 3.36 Schematické znázornění proužků pro konstrukční analýzu ve formě kontaktů nad difúzní vrstvou

70


71

3.3.6 Optická mřížka Největší oblast na návrhu čipu zabírají na první pohled čtyři velké čtverce. Ve skutečnosti se jedná o optické mřížky vytvořené v metalové vrstvě, které se od sebe liší počtem a velikostí proužků a také vzájemnou vzdáleností. Počty, rozměry a vzdálenosti jsou shrnuty v tabulce 3.5 a znázorněny na obrázku 3.37. Tabulka 3.5 Velikosti a množství proužků v optické mřížce

Struktura A Struktura B Struktura C Struktura D

Šířka proužků

Velikost mezery

Délka proužků

Počet proužků

𝑋 [µm]

𝑌 [µm]

𝑍 [mm]

𝑛

2

2

4

1 5

10

1 5

10

Obrázek 3.37 Schematické znázornění optické mřížky

4

2000

4

400

4

1000 200


4 Stanice hrotového měření Jedním z hlavních cílů mé práce bylo sestavit a zprovoznit stanici hrotového měření mimo čisté prostory, na které by bylo možné proměřit základní vlastnosti a charakteristiky součástek vyrobených v Laboratoři. Tato stanice se skládá z následujících přístrojů: 1) Vícenásobný sonda tester 𝐴𝑉𝑇 − 110 s hroty 2) Charakteroskop 𝑇𝑅 − 4807 3) Měřič 𝑅𝐿𝐶𝐺 𝐵𝑀 595

Sestava je propojená vodiči připojenými na jednotlivé hroty. Vlastní zapojení pak vypadá tak, že čtyři nezávislé hroty jsou přes ovládací pult (umístěný ze zadní strany přístroje 𝐴𝑉𝑇 − 110) připojeny buď na charakteroskop, nebo na měřič 𝑅𝐿𝐶𝐺. Pro potřebu kontaktování zadní strany desky je dále vyveden jeden vodič od podložního stolku.

4.1 Hroty Vlastní hroty jsou připevněny na upevňovací ring přístroje 𝐴𝑉𝑇 − 110. Ten umožňuje umístit a zapojit až 12 nezávislých hrotů. Na přístroji je také umístěn jeden nezávislý hrot, sloužící pro signalizaci přiložení hrotů na desku. Jednotlivé hroty se usazují a nastavují manuálně pomocí tří posuvných šroubů, z nichž jeden slouží pro předozadní posuv, druhý pro vytáčení hrotu doleva a doprava a třetím se nastavuje výška hrotu od podložního stolku. Pomocí těchto tří šroubů lze tedy mírně upravovat polohu hrotu. Detailní snímek upevnění hrotů lze nalézt na obrázku 4.1. Pro potřebu upřesnění pozice hrotu na desce toto stačí. Pokud potřebujeme hrot umístit mimo rozsah umožněný šrouby, musíme celý hrot uvolnit a přesunout na jiné vhodné místo.

72


Obrázek 4.1 Fotografie umístění hrotů s detailem na posuvné šrouby.

4.2 Vícenásobný sonda tester AVT-110 Vícenásobný sonda tester 𝐴𝑉𝑇 − 110 (dále jen 𝐴𝑉𝑇 − 110) se skládá z několika částí. Jsou jimi: 1) 2) 3) 4)

Podložní stolek Rameno s upevňovacím ringem Mikroskop Ovládací jednotka

Popis funkčnosti a nastavení přístroje tedy rozdělím podle těchto částí.

4.2.1 Podložní stolek Podložní stolek umožňuje pohybovat s deskou bez nutnosti vlastní manipulace s ní. V první řadě je vybaven vakuem pro zabránění pohybu desky během měření. V místnosti, kde je momentálně stanice umístěna, není vyveden vývod vakua, pro potřebu přichycení desky zde tedy byla instalována malá přenosná jednotka. Ta bohužel nevytváří dostatečný podtlak. 𝐴𝑉𝑇 − 110 vyžaduje vakuum o kvalitě alespoň 0,5 Atm., v opačném případě nelze s přístrojem měřit. Tento problém se podařilo odstranit vyřazením detekce vakua z provozu. Toho bylo docíleno vložením malého pryžového klínku do spínacího

73


mechanismu uvnitř přístroje, což umožňuje na přístroji měřit bez nutnosti vakua. Vlastní stolek je pak vybaven motorky, umožňujícími posun v osách 𝑋 a 𝑌. Je – li deska špatně orientována vůči hrotům, lze ji dále natočit pomocí mikroposuvného šroubu, který je upevněn z boční strany stolku. Natočení desky lze provádět zhruba v rozsahu 20°.

Stolek sám o sobě neobsahoval žádnou možnost umisťování desky opakovaně do stejné pozice. Z tohoto důvodu jsem navrhl zarážku, která byla posléze vyrobena a přilepena na stolek. Zarážka nám umožňuje přiložit proměřovanou desku fasetou vždy do stejné roviny. Je tedy možné desky umísťovat alespoň v jedné rovině do stejné polohy. V případě potřeby je možné tuto zarážku kdykoliv odlepit. Stolek jako celek slouží současně i jako kontakt na zadní stranu desky – je odizolován od zbytku přístroje a je k němu připevněn vodič. Přístroj je tedy možné využít i pro měření součástek, které jsou konstruovány tak, že jedním z kontaktů je zadní strana desky. Samotný posuv stolku se pak provádí pomocí ovládací jednotky, jejíž funkce bude popsána v jedné z dalších kapitol.

4.2.2 Rameno s upevňovacím ringem Rameno je druhou částí přístroje 𝐴𝑉𝑇 − 110 (obrázek 4.2). Samo o sobě je posuvné v ose 𝑍, je tedy do jisté míry možné nastavovat výšku všech hrotů k desce současně. Zdvih se pak provádí pomocí otočného kotouče umístěného před samotným kloubem ramena.

Obrázek 4.2 Fotografie ramena a upevňovacího ringu a mikroskopu

Pro vkládání desek a lepší manipulaci s podložním stolkem a vzorky je možné rameno odklonit dozadu. Možnost odklonění je fixována pomocí aretace. Pro chod ovládací jednotky a podložního stolku je nutné mít rameno zaaretované, a to až na

74


doraz aretační páky, která je umístěna na pravé straně přístroje. Na rameni je pak primárně umístěn upevňovací ring hrotů. Kontakty hrotů, které jsou na něm umístěné, se vyvedou do zdířek na tomto ringu. Každá ze zdířek je propojená vodičem se zadní stranou ramene, kde je vyveden panel pro připojení vodičů propojujících 𝐴𝑉𝑇 − 110 s jinými přístroji. Vedení vodičů je v celé délce již od hrotů zdvojené.

Vlastní umístění panelu pro připojení vodičů je poměrně málo dostupné. K přístroji je vyžadován přístup ze zadní strany, což bohužel v místnosti, kde je jednotka nyní umístěna příliš dobře nelze. Panel sám o sobě je pak rozdělen na pravou a levou část. V každé části jsou vyvedeny v řadách všechny vodiče, pro zapojení je tedy potřeba zapojit vždy jeden propojovací vodič do příslušné zdířky. Zadní panel a konektory pro připojení jsou zachyceny na obrázku 4.3.

Obrázek 4.3 Snímek zadní části ramene jednotky 𝐴𝑉𝑇 − 110: (a) s umístěním propojovacího panelu, (b) detail na připojovací konektory, (c) detail na konektor propojovacího vodiče

4.2.3 Mikroskop V horní části ramene je připevněn optický mikroskop. Jeho uchycení je nezávislé na uchycení upevňovacího ringu, je tedy možné mikroskop centrovat a upravovat bez nutnosti manipulace s ringem a hroty. Mikroskop

75


lze odklopit, což umožňuje lepší servis samotného mikroskopu i přístup k hrotům a ringu. Zaostřování mikroskopu je umožněno pomocí posuvného šroubu, kterým lze posouvat po ose 𝑍 celý mikroskop. Tento druh ostření mikroskopu společně s vlastností podložního stolku umožňuje vždy zaostřit pouze do jedné optické pozice - buď na stolek ve zdvižené poloze, nebo v základní poloze. Při nastavování hrotů se tedy dá zaostřit buď na hroty, anebo na strukturu desky na stolku. Během měření je toto jedna z největších nevýhod přístroje. Při nastavování hrotů je totiž potřeba buď časté přeostřování mikroskopu, nebo časté zdvihání stolku, což může zapříčinit poškrábání desky. Mikroskop je pak vybaven soustavou žárovek umístěných kolem objektivu pro nasvícení pozorovaného vzorku. Na obrázku 4.4 je zachycen detail přístroje, na kterém si lze prohlédnout umístění mikroskopu vzhledem k upevňovacímu ringu.

Obrázek 4.4 Fotografie upevňovacího ringu a objektivové části mikroskopu. Autor fotografie: Ing. Martin Adámek, Ph.D.

76


4.2.4 Ovládací jednotka Chod celého přístroje je řízen pomocí ovládací jednotky, která je umístěna v pravé části přístroje. Vlastní ovládací prvky jsou rozděleny do dvou částí. V první části se nachází joystick, přepínače posuvu a zdvihu a již dříve zmíněná aretace. Funkčnost jednotlivých prvků bylo nutné zjistit metodou pokus - omyl. V současné době jsou již jednotlivé přepínače mnou označeny a popsány. Na čelním panelu lze pomocí číselných kotoučů nastavovat velikost jednoho kroku stolku v osách 𝑋 a 𝑌. Třetí kotouč slouží pro nastavování parametrů průmyslového využití přístroje (pro současné využití přístroje nedůležité, proto zde není popsáno). Vedle kotoučů se pak nachází pětice signalizačních světel a konektor pro přivedení hrotu sloužícího pro detekci kontaktu s deskou. Uspořádání je zaznačeno na následujícím obrázku 4.5.

Obrázek 4.5 Schematické znázornění ovládacích prvků na čelním panelu AVT-110

Druhá část ovládací jednotky obsahuje tlačítko pro přiblížení/oddálení podložního stolku k hrotům, tlačítko přepínače formy posuvu stolku z krokovací formy na plynulý (v popisu označené jako měření a posuv), dále sérii tlačítek pro spouštění testovacích sekvencí (pro měření při uspořádání použitém v našem případě nelze použít, proto není označeno) a tlačítko spínání osvětlení pod mikroskopem. Vlastní schematický zákres ovládacích prvků je na obrázku 4.6. Ovládací joystick je pak vybaven v přední části ještě tlačítkem pro vícenásobné krokování, které má dvě polohy (pro rychlý a pomalý pohyb).

77


Obrázek 4.6 Schematické znázornění pohybových ovládacích prvků na 𝐴𝑉𝑇 − 110

4.3 Charakteroskop 𝑻𝑹 − 𝟒𝟖𝟎𝟕

𝐴𝑉𝑇 − 110 slouží pouze jako mechanický nástroj k přikládání hrotů k desce. Samotné měření charakteristik či odečítání naměřených hodnot se provádí primárně na charakteroskopu 𝑇𝑅 − 4807. K samotnému charakteroskopu je připojena standardní měřící jednotka 𝑇𝑅 − 4807 − 2 nebo vysokonapěťová měřící jednotka 𝑇𝑅 − 4807 − 3.

4.3.1 Měřící jednotka 𝑻𝑹 − 𝟒𝟖𝟎𝟕 − 𝟐

Pro měření charakteristik součástek vyrobených v rámci praktika se používá jednotka 𝑇𝑅 − 4807 − 2, proto se i v dalším popisu omezíme převážně na tuto jednotku. Uspořádání jejího zapojení a záběr na ovládací prvky jsou na obrázku 4.7.

Obrázek 4.7 Fotografie standardní jednotky 𝑇𝑅 − 4807 − 2

78


Na měřících jednotkách lze vždy nastavit velikost měřítka zobrazovaného dílku na monitoru: (a) (b) (c)

proudový rozsah – v rozsahu od 10 nA po 2 A u 𝑇𝑅 − 4807 − 2 a od 0,1 A po 200 A u 𝑇𝑅 − 4807 − 3 napěťový rozsah – v rozsahu 0,05 V po 200 V u 𝑇𝑅 − 4807 − 2 a od 0,05 V po 100 V u 𝑇𝑅 − 4807 − 3

velikost kroku – ve dvou možných rozsazích 0,05 V až 1 V nebo 0,05 µA až 100 mA u 𝑇𝑅 − 4807 − 2 – ve dvou možných rozsazích 0,05 V až 0,5 V nebo 10 mA až 2 A u 𝑇𝑅 − 4807 − 3

Na obou jednotkách lze pak zapnout vzorkovací mód, který umožní projet celý rozsah v méně bodech. V případě měřící jednotky 𝑇𝑅 − 4807 − 2 se měření jako takové spouští přepnutím přepínače doleva či doprava ze středové pozice, vždy podle toho, na které straně jsou připojeny hroty.

4.3.2 Charakteroskopu 𝑻𝑹 − 𝟒𝟖𝟎𝟕

Centrální část charakteroskopu (obrázek 4.8) zaujímá monitor pro zobrazení jednotlivých charakteristik. V horní části se pak zobrazují nastavené hodnoty měření, případně lze odečíst konkrétní hodnoty pro určité body ve vykreslené charakteristice. Pro odečítání jednotlivých bodů slouží MARKER, kterým lze posouvat kurzor ve dvou osách a dostat se tak do polohy, jejíž hodnoty chceme odečíst. V horní části charakteroskopu se nachází několik tlačítek. První z nich, CONT./SINGLE MEAS., slouží k přepnutí do měření jednotlivého prvku či opakování (proběhne pouze jedna série měření a pak se přístroj sám zastaví). Dalším důležitým tlačítkem je RECORD, kterým se v případě připojení na jednotku 𝑇𝑅 − 4807 − 3 spouští měření. V případě jednotky 𝑇𝑅 − 4807 − 2 se měření spouští přímo na ní (viz výše). V neposlední řadě zde najdeme i tlačítko RESET, které vynuluje minulé měření. Pod těmito tlačítky je nastavení počtu kroků provedených při jednotlivém měření. Velikost kroku se nastavuje na měřící jednotce. Lze tak nastavit 1, 2, 4 či 8 kroků, v případě použití přepnutí do pozice 2x pak kroků 2, 4, 8

79


či 16. Doporučené nastavení je 8 kroků (Z důvodu nefunkčnosti tlačítka pro 8 kroků je doporučené nastavení 4 kroky a tlačítko 2x).

Obrázek 4.8 Fotografie charakteroskopu 𝑇𝑅 − 4807

Přístroj jako takový má několik vnitřních zdrojů. Pokud se v průběhu měření či změny rozlišení přepne přístroj na jiný zdroj, je potřeba zastavit měření a začít od začátku. V případě potřeby je pak možné vyresetovat přepěťovou ochranu, která se nachází na desce měřící jednotky. Z důvodu nastavení jednotek je pro měření na jednotce 𝑇𝑅 − 4807 − 2 vhodné mít nastavený přepínač DISPLAY MOD na hodnotu simplified, při měření na jednotce 𝑇𝑅 − 4807 − 3 pak na hodnotu separate, neboť standardní jednotka měří kontinuálně, zatímco jednotka pro vysoké napětí pulzově. Přepínač ZERO/AID/OFR slouží k nastavení kroků a formy přidávání proudů do báze: ZERO nastaví nulový počáteční proud a následně přidává podle nastavení stepperu, AID (doporučené nastavení) nastaví počáteční hodnotu dle nastavení měřící jednotky a následně k němu přidává proud dle kroků stepperu, OFR umožňuje nastavit základ pomocí červeného otočného tlačítka s označením VAR. Při měření tranzistorů probíhá první krok vždy s nulovým bázovým proudem, není proto vidět na monitoru (splývá s osou X).

80


5 Měření elektrických parametrů součástek Díky mnou sestavené stanici hrotového měření a vypracování návodu na měření (viz příloha) bylo možné v posledních dvou podzimních semestrech (rok 2009 a 2010) rozšířit výše popsanou laboratorní úlohu výroby součástek pro studenty VUT o měření elektrických parametrů vyrobených součástek. V prvním roce se úlohy a následného měření zúčastnilo celkem 55 studentů, v druhém roce pak celkem 40 studentů. Některé získané hodnoty z těchto dvou měření jsou obsaženy níže v této kapitole. Pro vlastní měření elektrických parametrů součástek byly vybrány tři různé součástky, konkrétně rezistor, tranzistor a kondenzátor. Na některých deskách byla proměřena ještě i standardní dioda. Jak již bylo řečeno, měření probíhalo jednak na deskách, které vyrobili při svém praktiku studenti VUT, jednak na mnou vytvořených deskách. Na své desce jsem proměřil některé veličiny součástek na více různých čipech, při měření na deskách studentů VUT se z důvodu časové náročnosti měření proměřovalo pouze několik vybraných součástek na jednom čipu. Osobně jsem se však účastnil všech měření.

5.1 Nastavení měření Pro měření se standardně používají pouze dva hroty. Ty jsou zapojeny na zdířky 12 a 14 (případně na jinou dvojici). Ze zadního panelu jsou z dvojice zdířek 12 vyvedeny vodiče označené jako 𝐿𝑢 a 𝐻𝑢, obdobně pak ze zdířky 14 vodiče označené jako 𝐿𝑖 a 𝐻𝑖. Takto označené vodiče jsou připojeny na vlastní měřící jednotku. Způsob zapojení jednotlivých vodičů je uveden níže u každého proměřovaného prvku. Pro měření, kde je jedním z kontaktů zadní strana desky se používá vodič, který je pevně připojen k podložnímu stolku. Tento vodič je v následujících schématech označován jako báze. Doporučená nastavení uvedená níže se pak mohou od ideálních lišit, záleží vždy na konkrétní součástce. Doporučené nastavení pouze zastupuje mnou prověřené a osvědčené nastavení pro měření těchto součástek.

81


82

5.1.1 Rezistor Rezistor se proměřuje přiložením dvojice hrotů na dvě protilehlé kontaktní plošky. Do měřící jednotky se jednotlivé vodiče zapojují dle schématu na obrázku 5.1, případně lze zapojení proudových a napěťových konektorů přehodit – na výsledném měření má toto uspořádání nepatrný vliv. Doporučené nastavení měřící jednotky 𝑇𝑅 − 4807 − 2 je: - napětí: 0,5 V

Obrázek 5.1 Schéma zapojení rezistoru

- proud: 50 mA

5.1.2 Tranzistor Na kontaktní plošky tranzistoru se přikládají hroty kolektoru a emitoru. Báze se pak zapojuje k zadní straně desky. Podložní stolek je vodivý a je z něj vyveden vodič pro připojení k charakteroskopu. Vlastní zapojení vodičů je provedeno opět dle přiloženého nákresu na obrázku 5.2. Obrázek 5.2 Schéma zapojení tranzistoru

tranzistorů je v tabulce 5.1.

Doporučené nastavení měřící jednotky 𝑇𝑅 − 4807 − 2 pro měření

Tabulka 5.1 Doporučená nastavení měřící jednotky 𝑇𝑅 − 4807 − 2 pro měření tranzistorů 𝑊𝐵15 a 𝑊𝐵20

tranzistor 𝑊𝐵15

napětí: proud: step:

0,5 V (1,0 V) 20 mA 10 mA

tranzistor 𝑊𝐵20

napětí:

proud: step:

0,5 V (1,0 V) 10 mA 10 mA


83

5.1.3 Dioda Dioda se proměřuje v režimu, kdy je na kontaktní plošku přiložen jeden hrot. Druhý kontakt diody je na zadní straně desky, měří se tedy průchod deskou. Při měření diody je potřeba oddálit všechny ostatní hroty, včetně hrotu pro detekci kontaktu. Schéma zapojení vodičů je na schematickém obrázku 5.3. Doporučené nastavení 𝑇𝑅 − 4807 − 2 je: - napětí: 0,2 V - proud: 2 mA

měřící

jednotky

Obrázek 5.3 Schéma zapojení diody

5.1.4 Kondenzátor Kondenzátor se obdobně jako rezistor měří pomocí dvou hrotů, přičemž na kontaktní plošku kondenzátoru je připojen pouze jeden hrot. Druhý hrot je umístěn přibližně do středu vnitřní kruhové části kondenzátoru. Pro měření kapacity se využívá 𝑅𝐿𝐶𝐺 metr. Pro připojení slouží redukce, do které je z přístroje vyvedeno i uzemnění. Vodiče se pak k přístroji připojí dle označení, které je možno odečíst přímo na přístroji, případně je zobrazeno na následujícím obrázku 5.4.

Obrázek 5.4 Fotografie zapojení jednotlivých vodičů na 𝑅𝐿𝐶𝐺 metr


5.2 Výsledky měření V této části jsou zahrnuty výsledky měření, které je rozděleno do dvou částí: první obsahuje výsledky z více čipů jedné desky, druhá výsledky z náhodně vybraného čipu různých desek.

5.2.1 Výsledky měření na mých deskách Jednotlivá měření byla provedena na mnou vyrobených deskách. Kvůli lepší reprodukovatelnosti výsledků jsem vybral pět jednotlivých čipů umístěných na různých místech desky. Pozice vybraných čipů je schematicky znázorněna na přiloženém obrázku 5.5. Na druhé desce pak bylo vybráno náhodně 9 Obrázek 5.5 Pozice různých čipů. vybraných čipů Na každém z vybraných čipů byl proměřen odpor rezistorů s variací na délku 𝑌10, 𝑌15, 𝑌20, 𝑌25, 𝑌30 a s variací na šířku 𝑋10, 𝑋15, 𝑋20, 𝑋25, 𝑋30. Na každém čipu se tyto dvě série odporů nacházejí dvakrát. Pro lepší přehlednost byly série označeny jako horní série rezistorů a dolní série rezistorů. Toto označení je pak použito i v následujících tabulkách obsahujících výsledky měření.

Tabulka 5.2 Naměřené hodnoty odporu rezistorů v pozici: čip 1 Rezistor Y10 Y15 Y20 Y25 Y30 X10 X15 X20 X25 X30

Horní série rezistorů 𝑼 [𝐕] 𝑰 [𝐦𝐀] 𝑹 [𝛀] 2,00 46,80 42,74 2,00 60,10 33,28 2,00 58,20 34,36 2,00 60,90 32,84 2,00 59,30 33,73 2,00 46,00 43,48 2,00 54,20 36,90 2,00 51,50 38,83 2,00 55,80 35,84 2,00 73,40 27,25

Dolní série rezistorů 𝑼 [𝐕] 𝑰 [𝐦𝐀] 𝑹 [𝛀] 2,00 60,10 33,28 2,00 25,70 77,82 2,00 22,60 88,50 2,00 18,30 109,29 2,00 17,50 114,29 2,00 80,70 24,78 2,00 49,60 40,32 2,00 18,10 110,50 2,00 2,00 59,30 33,73

84


85


Horní série rezistorů 𝑼 [𝐕] 𝑰 [𝐦𝐀] 𝑹 [𝛀] 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00

69,80 75,90 75,10 80,70 82,30

28,65 26,35 26,63 24,78 24,30

2,00 2,00 2,00 2,00 2,00

75,60 84,80 91,20 95,90 111,00

26,46 23,58 21,93 20,86 18,02

Dolní série rezistorů 𝑼 [𝐕] 𝑰 [𝐦𝐀] 𝑹 [𝛀] 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00

72,50 80,90 85,30 86,50 83,50

27,59 24,72 23,45 23,12 23,95

2,00 2,00 2,00 2,00 2,00

78,90 87,30 92,60 97,30 134,00

25,35 22,91 21,60 20,55 14,93



84,50 84,30 122,00 85,10 82,50

23,67 23,72 16,39 23,50 24,24

2,00 2,00 2,00 2,00 2,00

75,90 117,00 76,80 82,50 104,00

26,35 17,09 26,04 24,24 19,23


85,10 85,10 87,90 88,10 85,60

23,50 23,50 22,70 23,36 27,47

2,00 2,00 2,00 2,00 2,00

72,80 78,20 84,30 87,90 113,00

25,58 23,72 22,75 22,75 17,70



73,70 74,00 75,10 76,20 72,10

27,14 27,03 26,63 26,25 27,74

2,00 2,00 2,00 2,00 2,00

66,40 67,10 70,90 76,00 104,00

30,12 29,81 28,21 26,32 19,23


72,90 71,80 74,60 93,10 93,20

27,43 27,86 26,81 21,48 21,46

2,00 2,00 2,00 2,00 2,00

60,40 63,20 70,00 77,60 110,00

33,11 31,65 28,57 25,77 18,18


86



57,50 64,80 66,60 65,70 59,60

34,78 30,86 30,03 30,44 33,56

2,00 2,00 2,00 2,00 2,00

46,40 57,10 62,10 36,20 78,40

43,10 35,03 32,21 55,25 25,51


48,40 56,80 59,30 58,10 52,60

41,32 35,21 33,73 34,42 38,02

2,00 2,00 2,00 2,00 2,00

39,30 49,20 54,60 55,90 69,20

50,89 40,65 36,63 35,78 28,90

Pokud nyní dáme všechny hodnoty pro měřené odpory dohromady, získáme tabulku 5.7, která nám je již schopna ukázat případné tendence v hodnotě odporu jednotlivých rezistorů. Tabulka 5.7 Odpory rezistorů na 1. desce Y10 𝑹[𝛀] 42,74 1. čip - 1. série 33,28 1. čip - 2. série 28,65 2. čip - 1. série 27,59 2. čip - 2. série 23,67 3. čip - 1. série 23,50 3. čip - 2. série 27,14 4. čip - 1. série 27,43 4. čip - 2. série 34,78 5. čip - 1. série 41,32 5. čip - 2. série Průměr 31,01 Směr. odchylka 6,82

Y15 Y20 Y25 Y30 X10 X15 X20 𝑹[𝛀] 𝑹[𝛀] 𝑹[𝛀] 𝑹[𝛀] 𝑹[𝛀] 𝑹[𝛀] 𝑹[𝛀] 33,28 34,36 32,84 33,73 43,48 36,90 38,83 40,32 26,35 26,63 24,78 24,30 26,46 23,58 21,93 24,72 23,45 23,12 23,95 25,35 22,91 21,60 23,72 16,39 23,50 24,24 26,35 17,09 26,04 23,50 22,70 23,36 27,47 25,58 23,72 22,75 27,03 26,63 26,25 27,74 30,12 29,81 28,21 27,86 26,81 21,48 21,46 33,11 31,65 28,57 30,86 30,03 30,44 33,56 43,10 35,03 32,21 35,21 33,73 34,42 38,02 50,89 40,65 36,63 28,06 26,75 26,69 28,27 33,83 30,17 28,53 4,20 5,61 4,70 5,60 9,58 8,12 6,29

X25 X30 𝑹[𝛀] 𝑹[𝛀] 35,84 27,25 33,73 20,86 18,02 20,55 14,93 24,24 19,23 22,75 17,70 26,32 19,23 25,77 18,18 25,51 35,78 28,90 26,51 22,27 6,10 6,13

Pozn.: Některé hodnoty (prázdné buňky) byly ze zpracování vyřazeny. Hodnoty z předcházející tabulky jsou pak vyneseny do grafu 5.1 a grafu 5.2:


87

Naměřený odpor rezistorů [Ω]

45 40

1. čip - 1. série

35

1. čip - 2. série

30

2. čip - 1. série

25

2. čip - 2. série

20

3. čip - 1. série

15

3. čip - 2. série

10

4. čip - 1. série

5

4. čip - 2. série

0 Y10

Y15

Y20

Y25

Y30

5. čip - 1. série 5. čip - 2. série

Označení rezistoru

Graf 5.1 Hodnoty odporů rezistorů s variací délky kontaktu na 1. desce

Naměřený odpor rezistorů [Ω]

60 1. čip - 1. série

50

1. čip - 2. série

40


30

3. čip - 1. série

20


10

4. čip - 2. série

0 X10

X15

X20

X25

X30



Graf 5.2 Hodnoty odporů rezistorů s variací šířky kontaktu na 1. desce

Z grafů je pak patrné, že zatímco u rezistorů s variací délky kontaktu zůstává odpor více či méně konstantní, u rezistorů s variací kontaktů na šířku odpor s rostoucí šířkou klesá. Toto zjištění odpovídá předpokladu, že s rostoucí šířkou by měl odpor klesat.


88

Tuto tendenci jsem se rozhodl ověřit ještě na druhé desce. Zde jsem provedl měření celkem na devíti náhodně vybraných čipech. Výsledky měření jsou shrnuty v následující tabulce 5.8. Tabulka 5.8 Odpory rezistorů na 2. desce

1. série 2. série 1. série 2. čip 2. série 1. série 3. čip 2. série 1. série 4. čip 2. série 1. série 5. čip 2. série 1. série 6. čip 2. série 1. série 7. čip 2. série 1. série 8. čip 2. série 1. série 9. čip 2. série Průměr Směr. odchylka 1. čip

𝒀𝟏𝟎 𝒀𝟏𝟓 𝒀𝟐𝟎 𝒀𝟐𝟓 𝒀𝟑𝟎 𝑿𝟏𝟎 𝑿𝟏𝟓 𝑿𝟐𝟎 𝑿𝟐𝟓 𝑿𝟑𝟎 𝑹[𝛀] 𝑹[𝛀] 𝑹[𝛀] 𝑹[𝛀] 𝑹[𝛀] 𝑹[𝛀] 𝑹[𝛀] 𝑹[𝛀] 𝑹[𝛀] 𝑹[𝛀] 28,65 27,59 30,12 24,72 25,51 23,15 26,56 25,94 23,67 23,50 25,35 25,32 25,06 25,94 27,86 28,74 27,14 27,43

26,35 24,72 25,94 25,22 25,13 24,15 25,67 25,58 23,72 23,50 25,94 24,78 24,54 25,77 27,36 29,24 27,03 27,86

26,63 23,45 25,77 24,13 25,25 24,54 25,25 25,81 16,39 22,75 26,67 25,00 23,36 25,51 26,32 28,33 26,63 26,81

24,78 23,12 25,71 24,81 25,22 24,45 25,51 25,00 23,50 22,70 26,95 25,48 22,55 24,45 22,27 28,01 26,25 21,48

24,30 23,95 27,32 24,72 26,67 26,46 27,32 26,08 24,24 23,36 28,90 28,01 22,68 23,89 25,48 28,90 27,74 21,46

26,46 25,35 31,95 29,72 29,46 27,74 28,78 27,86 26,35 27,47 33,78 29,11 28,33 31,15 32,21 31,30 30,12 33,11

23,58 22,91 29,81 31,15 27,47 26,81 28,74 26,95 17,09 25,58 28,53 26,46 27,47 28,09 31,25 31,65 29,81 31,65

21,93 21,60 27,03 27,14 25,77 25,51 26,46 26,25 26,04 23,72 27,66 25,61 24,88 25,77 28,86 29,63 28,21 28,57

20,86 20,55 26,53 25,35 24,88 24,97 26,08 25,32 24,24 22,75 27,66 25,67 23,15 24,54 27,97 28,41 26,32 25,77

18,02 14,93 20,37 19,05 20,14 20,20 21,67 20,20 19,23 17,70 22,78 20,16 16,95 18,02 22,08 22,35 19,23 18,18

26,24 25,69 24,92 24,57 25,64 29,46 27,50 26,15 25,06 19,51 1,93 1,48 2,55 1,71 2,18 2,42 3,64 2,18 2,17 2,03

Výsledky měření jsou pak vyneseny do grafů 5.3 a 5.4.


89

Naměřený odpor rezistoru [Ω]

31,00

serie 1

29,00

serie 2

27,00

serie 1

25,00

serie 2

23,00

serie 1

21,00

serie 2

19,00

serie 1

17,00

serie 2 serie 1

15,00 Y10

Y15

Y20

Y25

Y30

serie 1 serie 2


Graf 5.3 Hodnoty odporů rezistorů s variací délky kontaktu na 2. desce

Naměřený odpor rezistoru [Ω]

35,00

serie 1 serie 2

30,00

serie 1 25,00

serie 2 serie 1

20,00

serie 2 serie 1

15,00

serie 2 serie 1

10,00 X10

X15

X20

X25

X30


serie 2 serie 1

Graf 5.4 Hodnoty odporů rezistorů s variací šířky kontaktu na 2. desce

Z tohoto měření je již závislost klesajícího odporu s rostoucí šířkou kontaktu dobře vysledovatelná.


90

Druhou proměřovanou součástkou byl kondenzátor s označením 𝑅500. Měření bylo opět provedeno na vybraných čipech. Výsledky jsou obsaženy v následujících tabulkách 5.9 a 5.10. Tabulka 5.9 Naměřené hodnoty kapacity kondenzátoru 𝑅500 na 1. desce

Kapacita [𝐩𝐅]

1. čip

2. čip

3. čip

4. čip

5. čip

20,53

18,68

19,11

18,89

20,03

Z takto malého počtu naměřených hodnot nelze vyvodit žádné závěry. Obdobné měření tedy bylo provedeno i na druhé proměřované desce.

Tabulka 5.10 Naměřené hodnoty kapacity kondenzátoru 𝑅500 na 2. desce

Kapacita [𝐩𝐅]

1. čip

2. čip

3. čip

4. čip

5. čip

6. čip

7. čip

8. čip

9. čip

19,85

16,58

21,06

20,67

18,45

17,25

21,66

20,30

18,88

Hodnoty z obou předcházejících tabulek byly vyneseny do následujícího grafu 5.5. Z grafu lze poměrně dobře odečíst, že u první desky se podařilo vyrobit kondenzátory s poměrně stejnou kapacitou. U druhé desky jsou pak hodnoty kapacity rozdílnější, což může být způsobeno i výběrem jednotlivých čipů v rámci desky.

Naměřená kapacita [pF]

24 22 20 18 16 14

kapacita [pF]

12 10 1. 2. 3. 4. 5. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. čip čip čip čip čip čip čip čip čip čip čip čip čip čip Označení měřeného kondenzátoru

pozn.: prvních 5 náleží první desce a následujících 9 druhé desce

Graf 5.5 Hodnoty kapacity kondenzátorů na obou deskách


5.2.2 Výsledky měření pořízených při měření desek VUT V podzimním semestru 2009 a 2010 již bylo možné rozšířit praktikum pro studenty i o měření vyrobených součástek. V prvním roce jsem požádal studenty o zaslání hodnot, které jsem jim pomohl naměřit, ze všech zúčastněných studentů jsem však obdržel výsledky jen od několika z nich. Proto jsem se v roce 2010 uchýlil k sepsání všech získaných hodnot během měření. V roce 2009 se měřily dva rezistory 𝑌25 a 𝑋30, kondenzátor 𝑅500 a tranzistor 𝑊𝐵20. Pro měření v roce 2010 byl stanoven podobný záměr, bohužel pro poruchu charakteroskopu se nedalo měření zopakovat. Proměřeny tedy byly pouze rezistory a to na úplně jiném měřícím zařízení. Náhradou za nemožnost proměření ostatních součástek byly měřeny rezistory jedné série na náhodně vybraném čipu. Následují výsledky z obou těchto měření:

91


92

Tabulka 5.11 Odpory rezistorů z měření VUT (podzim 2009) 𝒀𝟐𝟓 𝑹[𝛀] 137,00 18,50 31,25 22,01 40,98 43,60 27,50 50,63

Čip č.:

1 2 3 4 5 6 7 8

𝑿𝟑𝟎 𝑹[𝛀] 122,00 11,30 32,69 19,53 33,11 40,10 55,26 35,63

Čip č.:

9 10 11 12 13 14 15 16 Průměr Směr. odchylka

𝒀𝟐𝟓 𝑹[𝛀] 61,00 33,30 49,81 24,00 45,40 30,00 37,90 25,00 42,37 27,88

𝑿𝟑𝟎 𝑹[𝛀] 64,90 18,80 43,13 17,00 55,40 35,70 42,00 16,67 40,20 26,75

Naměřený odpor rezistoru [Ω]

160 140 120 100 80

Y25

60

X30

40 20 0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16

Označení měřeného čipu

Graf 5.6 Hodnoty odporu na sérii desek VUT (podzim 2009)

Z tabulky 5.11 i z grafu 5.6 je dobře vysledovatelné, že při dodržení výrobního postupu je odpor rezistoru poměrně vyrovnaný. Myslím si, že rozpětí hodnot je nejspíše dáno rozdíly při ručním vyvolávání desek ve vývojce, které je závislé na individuální zkušenosti. Další proměřovanou položkou byl kondenzátor 𝑅500. V následující tabulce 5.12 a grafu 5.7 jsou umístěny výsledky měření na celkem 20 různých čipech z různých desek.


93

Tabulka 5.12 Hodnoty kapacity kondenzátoru 𝑅500 z měření VUT (podzim 2009) Čip č.: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

𝑹𝟓𝟎𝟎 [𝐩𝐅]

Čip č.:

13,87 13,80 14,00 13,80 14,30 13,30 13,90 14,00 12,90 14,80

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Průměr Směr. odchylka

𝑹𝟓𝟎𝟎 [𝐩𝐅] 14,40 11,30 13,96 14,22 13,90 14,00 13,97 14,40 13,66 13,30 13,79 0,72

Naměřené hodnoty kapacity [pF]

16,00 15,00 14,00 13,00 R500 C [pF]

12,00 11,00 10,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Označení měřeného čipu

Graf 5.7 Hodnoty kapacity kondenzátoru 𝑅500 z měření VUT (podzim 2009)

Poslední proměřovanou součástkou během podzimního semestru 2009 byl tranzistor 𝑊𝐵20. Vzhledem k tomu, že charakteroskop nemá žádný výstup pro export naměřených hodnot, provádělo se přenesení naměřených hodnot pomocí fotoaparátu a následného zpracování získaných fotografií. V následující tabulce 5.13 a grafech 5.8 a 5.9 jsou pak uvedeny výsledky tohoto měření.


94

Výpočet proudového zesílení 𝛽 probíhal podle vztahu: 𝛽=

𝐼𝐶

(5.1)

𝐼𝐵

a výpočet dynamického odporu pak dle vztahu: 𝑟𝑑 =

∆𝑈𝐶𝐸

(5.2)

∆𝐼𝐶

Tabulka 5.13 𝛽 tranzistoru a jeho dynamický odpor z měření VUT (podzim 2009) 1 2 3 4 5 6 7 8

Naměřené hodnoty β

𝑹𝒅𝒚𝒏 [𝛀] 200,0 711,0 600,0 400,0 492,0 800,0 1600,0 640,0

𝜷 1,2400 0,1300 0,2500 0,9300 0,5533 0,7266 0,5300 0,5000

Čip č.:

𝑹𝒅𝒚𝒏 [𝛀] 429,0 416,7 533,0 250,0 882,0 6400,0 640,0

𝜷 1,0100 0,8850 0,9300 0,8000 0,7000 0,2800 0,8375

Čip č.:

9 10 11 12 13 14 15

1,5000 1,0000 0,5000

β

0,0000 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15


Vypočtené hodnoty dynamického odporu Rdyn [Ω]

Graf 5.8 𝛽 tranzistoru z měření VUT (podzim 2009) 2000,0 1500,0 1000,0 500,0

Rdyn [Ω]

0,0 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15


Graf 5.9 Vypočtený dynamický odpor tranzistoru z měření VUT (podzim 2009)


95

V podzimním semestru 2010 proběhla další výroba a měření čipů, z výše popsaných důvodů však byly proměřovány pouze odpory. Výsledky měření pak obsahuje tabulka 5.14. Tabulka 5.14 Odpory rezistorů z měření VUT (podzim 2010)

1 2 3 4 5 6 7

Odpory s variací délky kontaktu 𝒀𝟏𝟎 𝒀𝟏𝟓 𝒀𝟐𝟎 𝒀𝟐𝟓 𝒀𝟑𝟎 [𝐤𝛀] [𝐤𝛀] [𝐤𝛀] [𝐤𝛀] [𝐤𝛀] 259 201 202 183 1700 195 1060

1 2 3 4 5 6 7 8

199

218 160 1200 157 1119

172 151 172 140 205 137 186

147 150 173 128 200 120 180

160 158 110 187 50,2 155 2,3 109,8

158 156 151 174 34,8 171 3,1 120

145 152 151 158 62,3 150 3,2 118,8

1 2 3 4 5 6 7

105 178 203 102 208 132 2,5

116 228 162 117 214 134 2,6

1 2 3 4 5 6 7 8

2200 1170 543 163 176 146 163 143,4

1400 173 54 160 174 148 164 156,1

Odpory s variací šířky kontaktu 𝑿𝟏𝟎 𝑿𝟏𝟓 𝑿𝟐𝟎 𝑿𝟐𝟓 𝑿𝟑𝟎 [𝐤𝛀] [𝐤𝛀] [𝐤𝛀] [𝐤𝛀] [𝐤𝛀] 1152

250

216 185 1500 198 1080

215 160 203 166 1200 158 214

195 122 167

188 213 1500 162 1230

158 156 1000 127 1070

1100 155 265

137 140 145 148 39,5 150 2,8 113,8

123 126 131 139 31,2 135 1,9 80,2

162 178 106 203 37,7 188 2,9 76,4

165 167 143 187 39,2 175 3,4 113,5

156 165 149 176 40,6 165 3,6 119,5

144 154 153 161 54,26 161 3,2 112,7

133 140 142 154 11,9 141 2,3 104,8

101 180 170 120 244 132 2,4

115 210 173 114 263 134 2,1

109 220 158 109 1034 124 1,3

62,1 1382 180 130 215 132 3

119 239 204 115 185 147 2,9

118 208 183 113 195 145 2,7

119 178 170 117 261 139 2,4

107 208 168 119 252 119 1,7

1100 1100 46 168 164 142 162 147,1

190 196 43 166 155 133 144 140,1

1000 183 33,6 166 140 121 133 127,8

4200 1300

4800 1150 54,4 192 196 155 173 175,6

1300 1190 50,7 180 178 149 168 164,7

200 1100 43,9 170 168 142 155 150,3

200 200 40,1 157 158 132 139 137

1280

163 190 151 167 155,1

177

140

Na první pohled je patrný rozdíl tří řádů v hodnotách oproti minulému roku a také daleko větší rozptyl hodnot. Obě tyto odchylky oproti předchozímu roku mohou být způsobeny odlišnostmi v přípravě. Osobně se


přikláním k názoru, že tento rozdíl byl způsoben změnou v technologickém postupu. Další součástky nebyly kvůli závadě přístrojů proměřovány. Pro potřeby vypracování zprávy byly studentům VUT poskytnuty výsledky z roku 2009.

96


6 Závěr Během přípravy své diplomové práce jsem prošel praktiky v Laboratoři polovodičů – čistých prostorách pro křemíkovou technologii a mikroelektroniku v prostorách ÚFKL MU. Při nich jsem připravil na křemíkových deskách různé součástky za použití tří fotolitografických kroků. V rámci této výroby jsem se opakovaně zúčastnil praktika v laboratoři vedeného pro studenty FEKT VUT v Brně. Jedním z hlavních cílů mé práce bylo zmapovat toto praktikum, postupy a technologie v něm používané a vytvořit detailní návod jeho průběhu. Tento cíl práce se mi podařilo splnit. Popis jednotlivých technologií je stejně jako návod na výše zmíněné praktikum obsažen v prvních kapitolách této práce. Druhým cílem mé práce bylo zprovoznit stanici hrotového měření a ověřit funkčnost vyráběných součástek. V rámci měření jsem došel k závěru, že krokem, který nejvíce ovlivňuje funkčnost jednotlivých součástek je vyvolávání masky vytvořené na rezistu během fotolitografického kroku a následné leptání vyvolaných oblastí. Tyto dva kroky jsou prováděny manuálně a záleží tedy na zručnosti a zkušenosti osob, které výrobu provádějí. Dalším kritickým prvkem během vyvolávání je stáří a kvalita použité vývojky. Při opakovaném vyvolávání se v ní usazují částice fotorezistu z předchozích desek, což snižuje rychlost a kvalitu vyvolávání. Vliv na kvalitu vyvolávání může mít i stáří vývojky, tento jev se mi však nepodařilo ověřit a zdokumentovat. Také se mi nepodařilo provést počítačové simulace vyráběných struktur. Požadované modelace byly příliš obsáhlé a náročné na přístrojový čas. V rámci své letní pracovní stáže u firmy ON Semiconductor v Rožnově pod Radhoštěm jsem provedl alespoň počítačovou simulaci růstu oxidu a srovnal ji s údaji získanými v Laboratoři polovodičů ÚFKL MU. Výsledné tloušťky simulovaného růstu oxidu odpovídají tloušťkám, které byly zjištěny experimentálně v Laboratoři na vyrobených deskách. Vyrobené součástky byly následně proměřeny na mnou zprovozněné stanici hrotového měření. Výsledky příslušných měření jsou obsaženy v příslušných kapitolách této práce. Během měření se mi podařilo získat hodnoty vybraných součástek jednak v rámci struktur na jedné konkrétní desce, jednak na sérii desek vyrobených v rámci jednoho výrobního cyklu.

97


Díky tomu se mi podařilo ověřit, že vyrobené součástky jsou funkční, že postup používaný pro jejich výrobu je reprodukovatelný a že součástky vyrobené v rámci jednoho cyklu mají přibližně stejné hodnoty parametrů. Rozdílné hodnoty parametrů v rámci jiných výrobních cyklů mohou být způsobeny změnou parametrů některých výrobních částí. Do budoucna by bylo vhodné se blíže zaměřit na konkrétní procesy a detailně zdokumentovat jejich vliv na přípravu součástek.

98


99

7 Příloha 7.1 Obsah přiloženého CD Na zadní straně desek této práce je přiloženo CD, které obsahuje následující materiály a podklady: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9)

Elektronická verze této diplomové práce Původní schéma čipu ve formátu GDS od Ing. Strakoše. Schéma čipu ve formátu PDF Schéma čipu ve spustitelné aplikaci pro Windows Simulátor orientace sesazení od Ing. Strakoše (pozn.: vyžaduje příslušnou verzi PowerPoint) Technický výkres pro vyhotovení zarážky desek na podložní stolek 𝐴𝑉𝑇 − 110 Snímky desek pořízené pomocí mikroskopu Návod „Hrotové měření“ pro část praktika VUT Popis praktika (výtah části této diplomové práce) ÚFKL PF 2010

7.2 Tabulka tříd čistoty Třídy čistoty dle normy ČSN EN ISO 14 644, část 1 Maximální možný počet částic v 1 m3 s rozměry rovnými nebo většími Třída čistoty ≥ 𝟎, 𝟏 𝛍𝐦 ≥ 𝟎, 𝟐 𝛍𝐦 ≥ 𝟎, 𝟑 𝛍𝐦 ≥ 𝟎, 𝟓 𝛍𝐦 10 2 ISO Class 1 100 24 10 4 ISO Class 2 1.000 237 102 35 Class 1 ISO Class 3 10.000 2.370 1.020 352 Class 10 ISO Class 4 100.000 23.700 10.200 3.520 Class 100 ISO Class 5 1.000.000 237.000 102.000 35.200 Class 1000 ISO Class 6 352.000 ISO Class 7 Class 10000 3.520.000 ISO Class 8 Class 100000 35.200.000 Pokojový ISO Class 9 vzduch

≥ 𝟏 𝛍𝐦 8 83 832 8.320 83.200 832.000 8.320.000

≥ 𝟓 𝛍𝐦

29 293 2.930 29.300 293.000


100

7.3 Doporučené použití fosforových disků pro difúzy PROCESS RECOMMENDATION #6003 USING PhosPLUSTM SOURCES PREPARED FOR:

Masaryk Univ.

SOURCE TYPE: TP250

APPLICATION:

Phosphorous Deposition

PART NUMBER: 7241A

SHEET RESISTIVITY AFTER PREDEP

: 100 ohm

SOURCE SIZE: 100mm X 2mm DIFFUSION TUBE ID: 125mm

JUNCTION AFTER PREDEP

:

PREPARATION: TAD 12/8/06

New sources must be properly aged before they are used in testing or production. In this process, the sources must be aged 815°C for 18 hours. Store at 500-600C, under nitrogen during idle storage, or alternatively in store in a dry desiccator. DEPOSITION CYCLE: STEP RATE/TIME TEMP. INSERT 4"/Minute STABILIZE

GAS FLOW RATE 700°C N2

4 lpm

8 Minutes

700°C

N2

4 lpm

RAMP(nárůst)

5oC/Minute

815°C

N2

4 lpm

HOLD

60 Minutes

815°C

N2

4 lpm

RAMP(nárůst)

5oC/Minute

700°C

N2

4 lpm

PULL

4”/Minute

RT

N2

4 lpm

CAUTION:

Tedy shrnuto 700°C 700-815°C 815°C 815-700°C

Any time sources are exposed to temperatures above 600oC, silicon wafers must be placed between each pair of sources and at each end of the load.

4 minuty 25 minut 60 minut 25 minut

stabilizace nárůst teploty (5°C za min.) vlastní difúze pokles teploty (5°C za min.)


7.4 Ukázka naměřených hodnot na charakteroskopu Pozn.: Fotografie pořízené při měření součástek studenty VUT Tranzistor WB15:

Tranzistor WB20:

101


Dioda:

Rezistor:

102


103

7.5 Návod: Hrotové měření Hrotové měření vlastností polovodičových součástek Měření se provádí na sestavě několika zařízení. Jedná se o vícenásobný sonda tester AVT – 110, charakteroskop TR-4807 a měřič RLCG BM 595. Sestava je zapojená tak, že na AVT-110 jsou připojeny 4 nezávislé hroty, které jsou přes ovládací pult (umístěný ze zadní strany přístroje) připojené buď na charakteroskop, nebo na měřič RLCG. Z AVT je také vyveden jeden kontakt od podložní desky. Jednotlivé hroty se nastavují manuálně pomocí posuvných šroubů, které umožňují posun ve všech třech osách. Pro správné měření je potřeba nastavit stejnou výšku hrotů od podložního stolku. Orientaci desky můžeme také nastavovat pomocí mikroposuvného šroubu, který umožňuje rotaci podložního stolku. Rotace je možná v rozsahu cca 20°. Pro prvotní orientaci desky je na podložním stolku přilepená zarážka, která kopíruje rozměr a umístění fasety na desce. Pro případ, že máme nastaveny všechny sondy ve stejné výšce, ale nedostáváme kontakt (např. z důvodu jiné tloušťky desky), je možné využít výškového nastavení celého ramene s hroty. Tento posun posouvá výškově všemi sondami a mikroskopem současně. Provádí se pomocí otočné desky umístěné u sloupu ramene. Kontakt sondy s deskou lze kontrolovat pomocí rozsvícení světelného signálu na ovládacím panelu AVT. Tato kontrolka je vyvedena na pátý hrot. Je tedy potřeba mít správnou výšku hrotu nastavenou přesně. Přístroj AVT je vybaven aretační pákou, která umožňuje uvolnit celé rameno tak, že jej lze odklonit a umožnit přístup k podložnímu stolku. Přístroj neumožňuje měření, dokud není pomocí této páky opět zaaretován. Upevnění desky na podložním stolku je provedeno pomocí vakua, které je přivedeno na otvor ve středu podložního stolku. Jako zdroj vakua slouží malá membránová vývěva. Zapnutí či vypnutí vakua se provádí pomocí přepínače v levé


104

části čelní desky přístroje. Celým podložním stolkem lze posouvat v osách X a Y. Pro tento posun je potřeba mít přístroj zaaretován a přepnut do posuvného režimu (přepínač je umístěn vlevo od aretační páky). Posuv se provádí pomocí ovládacího joysticku. Jeho nakloněním do stran se stejným směrem posune celý stolek. Krok posuvu se nastavuje na čelním panelu, kde jsou umístěny dvě trojice číselníků označených jako ΔX a ΔY. O hodnotu, na kterou nastavíme na těchto číselnících, se pak deska posunuje v příslušných směrech. Na joysticku je z přední strany umístěno tlačítko sloužící pro vícenásobný posuv. Při jeho stisknutí a následném naklonění joysticku se začne stolek pohybovat po nastavených krocích tak dlouho, dokud není pohyb přerušen. Přístroj jako takový dále umožňuje nastavení testovací sekvence, při které přístroj sám provede posun, přiložení hrotů, jejich oddálení a přesun k dalšímu kroku. V testovací sekci může být nastaveno kapátko, které může označovat vadné čipy magnetickou barvou. Pro nastavení toho režimu slouží zbývající čtveřice číselníků na čelním panelu označených jako A, B, C a D a další ovládací prvky. Pro potřebu našeho měření se tohoto režimu nevyužije. AVT-110 slouží pouze jako mechanický nástroj pro přikládání hrotů (kontaktů) k desce. Samotné měření charakteristik či odečítání naměřených hodnot se provádí na dalších dvou přístrojích. Hroty jsou na jednotlivé měřicí přístroje přivedeny vždy dvojicí vodičů, označených jako High či Low. Toto zapojení má omezit šum a jiné zkreslení. V-A charakteristiku proměřované polovodičové součástky můžeme získat pomocí charakteroskopu TR-4807, ke kterému je připojena standardní jednotka TR-4807-2 nebo vysokonapěťová měřící jednotka TR-4807-3. Pro naše účely budeme používat standardní jednotku, proto se v následujícím popisu omezíme jen na ni. Centrální část charakteroskopu zaujímá charakteristik. V horní části se pak zobrazují nastavené hodnoty měření, případně lze odečíst konkrétní hodnoty pro určité body ve vykreslené charakteristice. Pro odečítání jednotlivých bodů slouží MARKER, kterým lze posouvat kurzor ve dvou osách a dostat se tak do polohy, jejíž hodnoty chceme odečíst. V horní části charakteroskopu se nachází několik tlačítek. První z nich,

monitor

pro

zobrazení jednotlivých


105

CONT./SINGLE MEAS., slouží k přepnutí do měření jednotlivého prvku či opakování. Dalším důležitým tlačítkem je RECORD, kterým se v případě připojení na TR-4807-03 spouští měření. V případě přístroje TR-4807-2 se měření spouští přímo na něm. V neposlední řadě je tu i tlačítko RESET, které vynuluje minulé měření. Pod těmito tlačítky je nastavení počtu kroků provedených při jednotlivém měření. Velikost kroku se nastavuje na měřící jednotce. Lze tak nastavit 1, 2, 4 nebo 8 kroků, v případě přepnutí do pozice 2x pak kroky 2, 4, 8 a 16. Doporučené nastavení je 8 kroků (nastavení 4 kroky a tlačítko 2x). Na měřících jednotkách lze vždy nastavit velikost měřítka zobrazovaného dílku na monitoru: (a) proudový rozsah – v rozsahu od 10 nA po 2 A u 𝑇𝑅 − 4807 − 2 a od 0,1 A po 200 A u 𝑇𝑅 − 4807 − 3

(b) napěťový rozsah – v rozsahu 0,05 V po 200 V u 𝑇𝑅 − 4807 − 2 a od 0,05 V po 100 V u 𝑇𝑅 − 4807 − 3

(c) velikost kroku – ve dvou možných rozsazích 0,05 V až 1 V nebo 0,05 µA až 100 mA u 𝑇𝑅 − 4807 − 2 a 0,05 V až 0,5 V nebo 10 mA až 2 A u 𝑇𝑅 − 4807 − 3

Na obou jednotkách lze zapnout vzorkovací mód, který umožní projet celý rozsah v méně bodech.

V případě měřící jednotky TR-4807-2 se měření jako takové spouští přepnutím přepínače doleva či doprava ze středové pozice vždy podle toho, na které straně jsou připojeny hroty. Vlastní měření: Při samotném měření se budou proměřovat tři různé součástky - rezistor, tranzistor a kapacitor, případně ještě dioda. 1) Rezistor se proměřuje přiložením dvojice hrotů na dvě protilehlé kontaktní plošky. 2) Na kontaktní plošky tranzistoru se přikládají hroty kolektoru a emitoru. Báze se pak zapojuje k zadní straně desky. Podložní stolek je vodivý a je z něj vyveden vodič pro připojení k charakteroskopu. 3) Kapacitor se měří v zapojení, kdy na kontaktní plošku kapacitoru se přiloží jeden hrot. Druhým kontaktem je pak stejně jako v případě tranzistoru zadní strana desky. (Dioda se proměřuje v režimu, kdy je na kontaktní plošku přiložen jeden hrot. Měří se na průchod deskou. Druhý se zapojuje vodič, který je připojený na zadní stranu desky, tedy na podložní stolek.) Na použitém čipu je vždy několik různých součástek daného druhu, které se liší pouze rozměrově. Cílem je zjistit vlastnosti jednotlivých součástek.


106

Pro vlastní měření byl vybrán: - difúzní rezistor s variací šířky kontaktu s označením Y25 - difúzní rezistor s variací délky kontaktu s označením X30 - laterální tranzistor s bázovým kontaktem na zadní straně desky s označením WB15 - laterální tranzistor s bázovým kontaktem na zadní straně desky s označením WB20 - standardní kapacitor metal podložka s kruhovým designem s označením R500 Případně pak standardní dioda s kruhovým designem s označením Y110 a dioda s Gate nad PN-přechodem s označením Y120. Změřené charakteristiky lze ofotit z obrazovky charakteroskopu a jednotlivé hodnoty přesněji odečíst pomocí MARKERu. Při odečítání se budou určovat hodnoty na všech průsečících charakteristik vykreslenou mřížkou. Pro případ rezistoru postačí pouze odečíst hodnoty v lineární části charakteristiky.


7.6 ÚFKL PF 2010 V podzimním semestru 2009 se mi podařilo připravit grafický návrh pro oficiální PF Ústavu fyziky kondenzovaných látek PřF MU. Toto PF bylo následně vyrobeno na křemíkové desce v laboratoři čistých prostor u nás na UFKL. Zde je můj grafický návrh:

(a) návrh vzhledu

(b) invertní zobrazení pro tisk masky

A zde je již fotografie výsledné desky:

107


108

8 Seznamy 8.1 Seznam obrázků Obrázek 2.1 Oxidace Si desek - kinetika termické oxidace ................... - 16 Obrázek 2.2 Vnitřní stavba oxidu křemičitého ...................................... - 18 Obrázek 2.3 Nárůst tloušťky vrstvy oxidu křemíku SiO2 v závislosti na typu, teplotě a druhu oxidace .......................................................................... - 20 Obrázek 2.4 Schematické znázornění procesu fotolitografie................. - 24 Obrázek 2.5 Schematické znázornění základních procesních kroků fotolitografie ........................................................................................... - 25 Obrázek 2.6 Schematické znázornění používaných vlnových délek při procesu fotolitografie ............................................................................. - 26 Obrázek 2.7 Základní rozdělení procesu fotolitografie ......................... - 28 Obrázek 2.8 Srovnání rozlišení zobrazovacího systému dle jednotlivých metod expozice ....................................................................................... - 30 Obrázek 2.9 Schematický zákres postupu dopování příměsí ................. - 31 Obrázek 2.10 Přírůstek koncentrace difúzantu v objemu ...................... - 34 Obrázek 2.11 Difúze ............................................................................... - 35 Obrázek 2.12 Veeco - Dektak 150 .......................................................... - 37 Obrázek 3.1 Sesazovací struktury .......................................................... - 46 Obrázek 3.2 Označení čipu .................................................................... - 49 Obrázek 3.3 Struktura čipu .................................................................... - 50 Obrázek 3.4 Fotografie vyrobených součástek jednoho čipu bez oblasti pro optickou analýzu..................................................................................... - 51 Obrázek 3.5 Struktura čipu bez oblasti s mřížkami pro optickou analýzu ..... ................................................................................................................ - 51 Obrázek 3.6 Barevné označení jednotlivých konstrukčních vrstev ........ - 52 Obrázek 3.9 Snímek oblasti čipu s umístěním diod s kruhovým designem ..... ................................................................................................................ - 53 -


109

Obrázek 3.7 Schematické znázornění diody s kruhovým designem ....... - 53 Obrázek 3.8 Výřez návrhu čipu s umístěním diod s kruhovým designem ....... ................................................................................................................ - 53 Obrázek 3.10 Schematické znázornění diody s velkým poměrem obvod/plocha .......................................................................................... - 54 Obrázek 3.11 Výřez návrhu čipu s umístěním plošných diod ................ - 54 Obrázek 3.12 Snímek oblasti čipu s umístěním plošných diod .............. - 55 Obrázek 3.13 Schematické znázornění diody s Gate na PN přechodem ........ ................................................................................................................ - 56 Obrázek 3.14 Výřez návrhu čipu s umístěním diod s Gate nad PN přechodem .............................................................................................. - 56 Obrázek 3.15 Snímky oblastí čipu s umístěním diod s Gate nad PN přechodem .............................................................................................. - 57 Obrázek 3.16 Schematické znázornění kondenzátoru s kruhovým designem . ................................................................................................................ - 58 Obrázek 3.17 Výřez návrhu čipu s umístěním kondenzátorů s kruhovým designem ................................................................................................. - 58 Obrázek 3.18 Snímky oblastí čipu s umístěním kondenzátorů s kruhovým designem ................................................................................................. - 59 Obrázek 3.19 Schematické znázornění laterálního tranzistoru a průběh jeho výroby dle jednotlivých litografických kroků ................................. - 60 Obrázek 3.20 Výřez návrhu čipu s umístěním laterálních tranzistorů .. - 60 Obrázek 3.21 Snímky oblastí čipu s umístěním laterálních tranzistorů ......... ................................................................................................................ - 61 Obrázek 3.22 Výřez návrhu čipu s umístěním difúzních rezistorů ......... - 62 Obrázek 3.23 Schematické znázornění difúzního rezistoru s variací délky kontaktu .................................................................................................. - 63 Obrázek 3.24 Schematické znázornění difúzního rezistoru s variací šířky kontaktu .................................................................................................. - 63 Obrázek 3.25 Snímky oblastí čipu s umístěním difúzních rezistorů ....... - 64 Obrázek 3.26 Schematické znázornění kelvinovské struktury ............... - 65 -


110

Obrázek 3.27 Schematické znázornění vertikálního "hada". ................. - 66 Obrázek 3.28 Výřez návrhu čipu s umístěním součástek pro měření kontaktního odporu ................................................................................ - 66 Obrázek 3.29 Výřez návrhu čipu s umístěním crossbridge součástek pro měření vrstvového odporu ...................................................................... - 67 Obrázek 3.30 Schematické znázornění crossbridge v úrovni metalizace ....... ................................................................................................................ - 67 Obrázek 3.31 Schematické znázornění crossbridge v úrovni difúze...... - 67 Obrázek 3.32 Snímky oblastí čipu s umístěním ...................................... - 68 Obrázek 3.33 Schematické znázornění planárního odporu kontaktovaného čtyřbodově .............................................................................................. - 69 Obrázek 3.34 Schematické znázornění proužků pro konstrukční analýzu v difúzní vrstvě .......................................................................................... - 70 Obrázek 3.35 Schematické znázornění proužků pro konstrukční analýzu ve vrstvě metalizace .................................................................................... - 70 Obrázek 3.36 Schematické znázornění proužků pro konstrukční analýzu ve formě kontaktů nad difúzní vrstvou ........................................................ - 70 Obrázek 3.37 Schematické znázornění optické mřížky .......................... - 71 Obrázek 4.1 Fotografie umístění hrotů s detailem na posuvné šrouby. - 73 Obrázek 4.2 Fotografie ramena a upevňovacího ringu a mikroskopu .. - 74 Obrázek 4.3 Snímek zadní části ramene jednotky AVT-110 .................. - 75 Obrázek 4.4 Fotografie upevňovacího ringu a objektivové části mikroskopu ................................................................................................................ - 76 Obrázek 4.5 Schematické znázornění ovládacích prvků na čelním panelu AVT-110 ................................................................................................. - 77 Obrázek 4.6 Schematické znázornění pohybových ovládacích prvků na AVT-110 ................................................................................................. - 78 Obrázek 4.7 Fotografie standardní jednotky TR-4807-2....................... - 78 Obrázek 4.8 Fotografie charakteroskopu TR-4807 ............................... - 80 Obrázek 5.1 Schéma zapojení rezistoru ................................................. - 82 Obrázek 5.2 Schéma zapojení tranzistoru.............................................. - 82 -


111

Obrázek 5.4 Fotografie zapojení jednotlivých vodičů na RLCG metr .. - 83 Obrázek 5.3 Schéma zapojení diody ...................................................... - 83 Obrázek 5.5 Pozice vybraných čipů ....................................................... - 84 -

8.2 Seznam tabulek Tabulka 2.1 Používané standardy výroby křemíkových desek ............... - 14 Tabulka 2.2 Barevné spektrum tloušťky vrstvy SiO2 vzniklé vysokoteplotní termickou oxidací ................................................................................... - 17 Tabulka 2.3 Velikost aktivační energie pro různé druhy procesu oxidace ..... ................................................................................................................ - 21 Tabulka 2.4 Vlnové délky používané ve fotolitografii ............................ - 26 Tabulka 2.5 Srovnání negativního a pozitivního fotorezistu ................. - 28 Tabulka 3.1 Průběh první, mokré, oxidace ............................................ - 41 Tabulka 3.2 Rozměry konstrukčních prvků diody s kruhovým designem ....... ................................................................................................................ - 52 Tabulka 3.3 Rozměry diod s Gate nad PN přechodem .......................... - 55 Tabulka 3.4 Rozměry konstrukčních prvků kondenzátorů s kruhovým designem ................................................................................................. - 58 Tabulka 3.5 Velikosti a množství proužků v optické mřížce .................. - 71 Tabulka 5.1 Doporučená nastavení měřící jednotky TR-4807-2 pro měření tranzistorů WB15 a WB20 ...................................................................... - 82 Tabulka 5.2 Naměřené hodnoty odporu rezistorů v pozici: čip 1 .......... - 84 Tabulka 5.3 Naměřené hodnoty odporu rezistorů v pozici: čip 2 .......... - 85 Tabulka 5.4 Naměřené hodnoty odporu rezistorů v pozici: čip 3 .......... - 85 Tabulka 5.5 Naměřené hodnoty odporu rezistorů v pozici: čip 4 .......... - 85 Tabulka 5.6 Naměřené hodnoty odporu rezistorů v pozici: čip 5 .......... - 86 Tabulka 5.7 Odpory rezistorů na 1. desce ............................................. - 86 Tabulka 5.8 Odpory rezistorů na 2. desce ............................................. - 88 -


112

Tabulka 5.9 Naměřené hodnoty kapacity kondenzátoru R500 na 1. desce .... ................................................................................................................ - 90 Tabulka 5.10 Naměřené hodnoty kapacity kondenzátoru R500 na 2. desce .. ................................................................................................................ - 90 Tabulka 5.11 Odpory rezistorů z měření VUT (podzim 2009) .............. - 92 Tabulka 5.12 Hodnoty kapacity kondenzátoru R500 z měření VUT (podzim 2009)....................................................................................................... - 93 Tabulka 5.13 β tranzistoru a jeho dynamický odpor z měření VUT (podzim 2009)....................................................................................................... - 94 Tabulka 5.14 Odpory rezistorů z měření VUT (podzim 2010) .............. - 95 -

8.3 Seznam grafů Graf 2.1 Graf závislosti hmotnosti na průměru desky ........................... - 15 Graf 5.1 Hodnoty odporů rezistorů s variací délky kontaktu na 1. desce ...... ................................................................................................................ - 87 Graf 5.2 Hodnoty odporů rezistorů s variací šířky kontaktu na 1. desce ....... ................................................................................................................ - 87 Graf 5.3 Hodnoty odporů rezistorů s variací délky kontaktu na 2. desce ...... ................................................................................................................ - 89 Graf 5.4 Hodnoty odporů rezistorů s variací šířky kontaktu na 2. desce ....... ................................................................................................................ - 89 Graf 5.5 Hodnoty kapacity kapacitorů na obou deskách....................... - 90 Graf 5.6 Hodnoty odporu na sérii desek VUT (podzim 2009) ............... - 92 Graf 5.7 Hodnoty kapacity kapacitoru R500 z měření VUT (podzim 2009) .. ................................................................................................................ - 93 Graf 5.8 β tranzistoru tranzistoru z měření VUT (podzim 2009)........... - 94 Graf 5.9 Vypočtený dynamický odpor tranzistoru z měření VUT (podzim 2009)....................................................................................................... - 94 -


8.4 Seznam použitých zkratek Zkratka  𝜶  𝑬𝑨  𝒌𝑩

𝒕 𝑹 𝑫 𝑭 𝝁𝒑 𝝁𝒏 𝑫𝒑 𝑫𝒏 �⃗  �𝑫  𝒒

       

 𝜳  𝒆𝑽  𝒆

𝝓 𝑮(𝒙) 𝝆 𝒏 �⃗  𝑬 ��⃗  �𝑯

   

     

𝑰𝟎 𝑪 𝑵𝑨 𝑵𝑫 𝒑 𝒏

Význam označení absorpční koeficient aktivační energie Boltzmannova konstanta 𝑘𝐵 = (1,380658 ± 0,000012) ∙ 10−23 J. K −3

čas četnost generace a rekombinace elektronů a děr difúzní koeficient difúzní tok efektivní pohyblivost děr efektivní pohyblivost elektronů Einsteinova difúzní konstanta pro díry Einsteinova difúzní konstanta pro elektrony elektrická indukce elektrický náboj 𝑞 = 1,602177 ∙ 10−19 C elektrický potenciál elektronvolt 1eV = 1,602176487(40) ∙ 10−19 J

Eulerovo číslo

𝑒 = 2,71828 18284 59045 23536 …

fázový posun Gaussova funkce hustota volného náboje index lomu

intenzita elektrického pole intenzita magnetického pole intenzita záření koncentrace koncentraci akceptorů koncentrace donorů koncentrace děr koncentrace elektronů

113


 𝑵𝑫𝒊

 𝑩  𝑩/𝑨 ��⃗  𝑩

      

𝑼 𝑵𝑨 𝑹(𝛀) 𝑹(𝝀) 𝝁 𝜺 𝒉

 𝒙, 𝒚, 𝒛  𝑰  𝑱⃗

 𝒄    

      

114

koncentrace příměsi výchozího substrátu (dotovaného ve výchozím stavu donory) kvadratická konstanta reakční rychlosti lineární konstanta reakční rychlosti magnetická indukce napětí numerická aparatura odpor odrazivost permeabilita prostředí permitivita prostředí Planckova konstanta ℎ = 6,62606896(33) ∙ 10−34 J ∙ s

prostorové souřadnice proud

proudová hustota rychlost světla ve vakuu 𝑐 = 299792458 m ∙ s−1

𝑻 𝑿𝟎 𝑼𝑽 𝝀

teplota tloušťka narostlého oxidu „Ultraviolet“ - ultrafialová oblast vlnových délek vlnová délka záření

MU PřF ÚFKL VUT v Brně FEKT MVSK LOCOS

Masarykova Univerzita Přírodovědecká fakulta Ústav fyziky kondenzovaných látek Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Výroba součástek a konstrukčních prvků LOCal Oxidation of Silicon (vrstva oxidu křemičitého, vytvořená ve vybrané oblasti na rozhraní 𝑆𝑖 − 𝑆𝑖𝑂2 ) Vícenásobný sonda tester 𝐴𝑉𝑇 − 110 standardní měřící jednotka 𝑇𝑅 − 4807 − 2 vysokonapěťová měřící jednotka 𝑇𝑅 − 4807 − 3

 AVT-110  TR-4807-2  TR-4807-3


115

9 Literatura [01]

Bipolární technologie: Princip a výroba bipolárních integrovaných obvodů. verze 2.2. Prezentace firmy ON Semiconductor, Piešťany, 2001, 55 s.

[02]

DIMITRIJEV, Sima. Principles of semiconductor devices. New York: Oxford University Press, 2006. 588 s. ISBN 0-19-516113-0.

[03]

GHANDHI, Sorab K. VLSI Fabrication Principles : Silicon and Gallium Arsenide. 2nd Edition. Chichester : Wiley-Interscience, 1994. 864 s. ISBN-13 978-0471580058.

[04]

GROVE, A. S. Physics and Technology of Semiconductor Devices. 1st edition. New York: John Wiley & Sons, 1967. 388 s. ISBN-13 978-0471329985.

[05]

HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; WALKER, J. Fyzika. Brno: VUTIUM, PROMETHEUS Praha, 2000.

[06]

HELMAR, Frank. Fyzika a technika polovodičů. Praha: SNTL – Nakladatelství technické literatury, 1990. 283 s. ISBN 80-03-004012.

[07]

HLÁVKA, Jan; BOČÁNEK, Luděk. Raktikum z fyziky pevných látek II. Praha: SPN, 1990. 103 s. ISBN 80-210-0112-7.

[08]

JAEGER, Richard C. Introduction to Microelectronic Fabrication. New York: Addison-Wesley, 1988.

[09]

JAEGER, Richard C. Introduction to Microelectronic Fabrication : Thermal Oxidation of Silicon. Upper Saddle River : Prentice Hall, 2001. ISBN 0-201-44494-1.

[10]

JONES, Scotten W. Photolithography. IC Knowledge LLC, 2008, 112 s.

[11]

MIKULÍK, Petr. Praktikum v Laboratoři polovodičů – čistých prostorách pro křemíkovou technologii na ÚFKL PřF MU, ÚFKL PřF MU, Experimentální metody a speciální praktikum – F8542 a F8572, Brno, 2009, 19 s., Masarykova Univerzita. Dostupné z WWW:


116

[12]

PÁNEK, Petr. Úvod do fyzikálních měření. Brno: Masarykova univerzita, 2001. 97 s. ISBN 80-210-2688-X.

[13]

PÁNEK, Petr. Čištění a analýza povrchu křemíku ve výrobě polovodičů. Brno, 2010. 65 s. Přednášky předmětu Fyzikální a chemické principy technologie výroby polovodičů. Masarykova Univerzita.

[14]

QUIRK, Michael; SERDA, Julian. Semiconductor Manufacturing Technology. 1st Edition. Prentice Hall, 2001. ISBN 0-13-081520-9.

[15]

RAIDA, Zbyněk, et al. Elektromagnetické vlny, Mikrovlnná technika: Multimediální učebnice [online]. Brno: FEEC VUT, 2010 [cit. 2011-01-06]. Dostupné z WWW:

[16]

ROULSTON, David J. Bipolar Semiconductor Devices. New York : McGraw-Hill, 1990. 422 s. ISBN 0-07-054120-5.

[17]

SZE, S. M. VLSI Technology. Second edition. New York: McGrawHill Book Company, 1988. 676 s. ISBN 0-07-062735-5.

[18]

SZE, S. M. Physics of Semiconductor Devices. 2nd Edition. New York: John Wiley & Sons, 1981. ISBN 0-471-05661-8.

[19]

VOVES, Jan. Fyzika polovodičových součástek. Prah : Vydavatelství ČVUT, 1997. 163 s. ISBN 80-01-01684-6.

[20]

ŽIŽKA, Milan; STUCHLÍKOVÁ, Ĺubica. Elektronické prvky: Návody na cvičenia a prípravu projektov. 2. vydanie. Bratislava: STU, 2003. 230 s. ISBN 80-227-1937-4.

[21]

DEAL, B. E.; GROVE, A. S. General Relationship for the Thermal Oxidation of Silicon. Journal of Applied Physics 36 (12), s. 3770– 3778. doi:10.1063/1.1713945.

[22]

JÍŠA, Jan. Rtg re exe na vrstvách fotorezistu. Brno, 2010. 69 s. Diplomová práce. Masarykova Univerzita.

[23]

PLAČEK, F. Měrný odpor polovodičů. Brno, 2004. s. 8-15 Bakalářská práce. Masarykova Univerzita.

[24]

STRAKOŠ, V. MOSy I., Brno, 2010, 128 s. Přednášky předmětu Fyzikální a chemické principy technologie výroby polovodičů. Masarykova Univerzita.


117

[25]

STRAKOŠ, V. Fotolitografie, Brno, 2010, 70 s. Přednášky předmětu Fyzikální a chemické principy technologie výroby polovodičů. Masarykova Univerzita.

[26]

ŠPETÍK, Zdeněk. Oxidace, Difúze a Iontová implantace. Brno, 2010. 40 s. Přednášky předmětu Fyzikální a chemické principy technologie výroby polovodičů. Masarykova Univerzita.

[27]

TRUHLÁŘ, Michal. Doba života nadbytečných nositelů v křemíku. Brno, 2008. 48 s. Bakalářská práce. Masarykova Univerzita. Dostupné z WWW: .

[28]

ULRYCH, Jan. Chemické depozice vrstev z plynné fáze, Epitaxní růst s využitím CVD. Brno, 2010. 117 s. Přednášky předmětu Fyzikální a chemické principy technologie výroby polovodičů. Masarykova Univerzita.

[29]

IDEAS to INTEGRATED CIRCUITS [online]. 23. 3. 2008 [cit. 201101-06]. Color Chart for Thermally Grown SiO2. Dostupné z WWW: .

[30]

Chemical vapor deposition. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, [cit. 201101-06]. Dostupné z WWW: .

[31]

Cleanroom. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, [cit. 2011-01-06]. Dostupné z WWW: .

[32]

Photolithography. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, [cit. 2011-01-06]. Dostupné z WWW: .

MASARYKOVA UNIVERZITA

Recommend Documents