No Slide Title - BME EETender/eet_ebook/BMEVIEEA306/02-pMOS...2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés © Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET

http://www.eet.bme.hu

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi EgyetemElektronikus Eszközök Tanszéke

MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306

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

2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés © Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 2

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudomanyi Egyetem

Elektronikus Eszközök Tanszéke

Technológia

► Alapvető

technológiai lépések► Egyes gyártóberendezések




Alapvető

gyártási lépések► Rétegleválasztás vagy növesztés:

új anyagréteg

jön létre a félvezető

(szilícium) szelet teljes felületén► Struktúrálás

(patterning):

a kialakított

anyagrétegben mintázatot alakítunk kifotoreziszt felvitelemintázat ráfényképezése a rezisztre, a reziszt előhívásamintázat átvitele a rezisztről valamilyen marási művelettel (etching)reziszt eltávolítása

► Külső

adalékok mélységi bevitele:

ion implantáció (korábban diffúzió)




Mintázat kialakítása► Az eredeti mintázat egy fotomaszkon

van

üveg hordozón króm mintázat

► Nagy pontossági igény:

0.03µm / 30cm!10-7

► Látható

fény: λ=0.3-0.6 µmdeep UV-re van szükség!




Monolitikus

IC-kMono lit =

egy kő

• Mélységi struktúra

•

Felületi struktúra (mintázat, pattern)

MFS

–

min. csíkszélesség a legfontosabb jellemző:

15 μm → 0.18μm vagy még kisebb...




► Rétegleválasztás / rétegnövesztés:epitaxiális réteg növesztése (a meglévő Si egykristállyal egyező szerkezetű, esetleg másképp adalékolt réteg)

•

ma pl.: IBE –

ion-beam epitaxy: atomi rétegek leválasztásának a lehetősége / kvantumos hatások lehetősége az eszközökben

oxidáció (SiO2 leválasztás vagy növesztés)vákuumpárologtatás (evaporation) – pl. Al fémezésEgyéb rétegleválasztási módszerek

•

katódporlasztás (sputtering)•

CVD: chemical vapor deposition – kémiai gőzfázisú

leválasztás,

stb.

Mélységi struktúra kialakítása




► A klasszikus epitaxia: egykristályos réteg hozzánövesztése a hordozóhoz

gőz vagy folyadék fázisból

A növesztett réteg kristályszerkezet u.a. mint szubsztráté

Epitaxiális

rétegnövesztés

Si szeletek

HClSiHSiCl 42 24 +→+~1200 oC

http://www.photonics.ethz.ch/research/core_competences/technology/epitaxial_growth




Epitaxiális

rétegnövesztés

Oxidnövesztés► Termikus oxidálás

(900-1200 oC)

► Kémiai gőzfázisú

leválasztás

(CVD)tdSiO ~

2

MBE: molecular beam epitaxy► Molekula

sugaras

epitaxia:

ún. kvantum eszközök készülnek ilyennel




► A SiCl4

/H2

arányától függőenegkristály növesztésepolikristályos Si növesztése: poliszilícium

•

lehet még amorf szilíciumot is létrehoznimaratás

Adalékolni

is lehet!

Epitaxiális rétegnövesztés




Vákuumpárologtatás► Szabad úthossz

> edény

mérte► Fémezés:

~0.1-0.5 µm

► Ma: elektronsugaras forrás




Katódporlasztás► Kis nyomáson gázkisülés (pl.

Ar

atmoszférában)

hordozza a leválasztandó

anyagot► Nagyfrekvenciás meghajtással szigeteleő

anyagok

is porlaszthatók




► Adalék atomok bevitele a Si-egykristályba

–

tulajdon- ságainak

módosítása végett


3D

gyémántrács

Egyszerű

2D

nézet

V. oszlopbeli adalék (5 v.é):

extra elektron

DONOR

n-típusú

Si

III. oszlopbeli adalék (3 v.é.):

elektron hiány

ACCEPTOR

p-típusú

Si




Az adalékolás

szelektivitása?► A SiO2

kitűnően maszkolja

az adalék atomokat (ellenálló, összefüggő

réteg –

GaAs-nél

ilyen nincs)

► Ahol ablak van benne, ott behatolnak az adalékok

Diffúziómély profil

Ion implantációsekély profil

A SiO2

mintázat maszkolja




► Adalékok bevitele

diffúzióvalAz adalék atomok diffundálnak az igen nagy hőmérsékletűSi-banMozgató az atomok energiájának statisztikus eloszlása:

•

intersticiális

vándorlás: helycsere a Si

atomokkal•

hibahelyeken

vándorlás

Milyen mélységi eloszlás alakul ki? Fick törvények:


xcDJ∂∂

−=

xJ

tc

∂∂

−=∂∂

2

2

xcD

tc

∂∂

=∂∂

!)(TDD =




Diffúzió► Egy

fontos

megoldás:

► Gyakorlati végrehajtás 2 lépésbenelődiffúzió (pl. 1100oC, 3 óra)behajtás / drive-in (pl. 1240oC, 1 óra)

► Ma: ion implantáció

után végső

profil kialakítása

)()0,( 0 xMxc δ⋅=

( )DtxDt

Mtxc 4/exp4

),( 20 −=π




Diffúzió► A diffúziós kályha (furnace)

A SiO2

mintázat maszkolja

kvarc csónak




Ipari méretű

diffúziós kályha




Ion implantáció► Tömegspektrométerrel

egy ionsugárból kiválasztott

ionokat lövünk a Si

szeletre mint target-re► Az adalékok kezdeti eloszlása az ionsugár

energiájától és dózisától függ► Az implantációt hőkezelés követi

a szilícium egykristály szerkezetének helyreállításaaz adalékok behajtása: végső adalékeloszlás (adalék profil) kialakítása

► ~100 kV nagyságrendű

feszültség




Ion implantáció

qBmvr =

A SiO2

mintázat maszkolja

Átlagos behatolási mélység, körülötte véletlen eloszlás →

Gauss profil




Ion implantáció

A SiO2

mintázat maszkolja

Alacsony hőmérsékletű

lépés. Előny:

korábbi adalékprofilokat

nem nagyon rontjuk el




A felületi struktúra kialakítása► Fotolitográfiával

–

ez minden mintázatkialakítás

(patterning) első

lépése► Az oxidlépcsők problémája: step coverage

Ablaknyitás az oxidon -

fotolitográfiával




Struktúrálás: fotolitográfia




Az ablaknyitás lépései

Fémezés

mintázatához• teli-fémezés• fotoreziszt• fényképezés, előhívás• fölösleges

fém

kimaratása

• reziszt

eltávolítása




Fotolitográfia►

Sárga fényű

helyiségben –

a reziszt

UV-re

érzékeny, sárgára

nem

Monolit IC Labor, Mikroelektronika szakirány

az EET-n

EET, V2 306

EET, V2 306

IC gyár valahol a világban




Egy egyszerű pMOS technológia

► Technológiai lépések az EET Félvezető Laboratóriumában (tiszta szobájában)




P-csatornás monolit IC készítése

Szelettisztítás




Vastagoxid-növesztés (ún. field oxide)





Fotolitográfia: reziszt

cseppentés, felpörgetés





Fotolitográfia: maszkillesztés





Fotolitográfia: megvilágítás





Fotolitográfia: előhívás






Mintázat átmásolása: az oxid kimarásával





Fotolitográfia: oxidmarás, lakkeltávolítás




Bórdiffúzió

szilárd fázisból, elődiffúzió





Bórüveg eltávolítása






Bórdiffúzió

második lépése: behajtás (oxigénben)





Fotolitográfia: ablaknyitás a gate-oxid

számáraFotolitográfia: lakk eltávolításaVékonyoxid-növesztés a gate

számáraFotolitográfia: ablaknyitás a fémezés számáraFotolitográfia: lakk eltávolításaAlumínium vákuumgőzölése fémezés céljára





Fotolitográfia: fém vezetékhálózat kialakításaFotolitográfia: lakk eltávolításaKész struktúra





Darabolás, eutektikus

kötés, termokompresszió





►

Akit érdekel, érdeklődhet Tímárné

Horváth Veronika c.

docensnél vagy Juhász László adjunktusnál

►

Lehetőségek:Monolit IC készítéseNapelem készítés

választható

tárgyak,valamint:

TDK (érdeklődni: Bognár György TDK felelősnél)Önálló labor (érdeklődni: Bognár Györgynél, Tímár tanár nőnél)Szakdolgozat (érdeklődni: Kollár Ernőnél)

napelem készítése

Documents

No Slide Title - BME EETender/eet_ebook/BMEVIEEA306/02-pMOS...2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés © Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET