Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem MIKROELEKTRONIKA, VIEEA306 Technológia: alaplépések, a tanszéki processz http://www.eet.bme.hu/~poppe/miel/hu/02-pmos-technologia.ppt http://www.eet.bme.hu
Technológia Alapvető technológiai lépések Egyes gyártóberendezések 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 2
Alapvető gyártási lépések Rétegleválasztás vagy növesztés: új anyagréteg jön létre a félvezető (szilícium) szelet teljes felületén Struktúrálás (patterning): a kialakított anyagrétegben mintázatot alakítunk ki fotoreziszt felvitele mintázat ráfényképezése a rezisztre, a reziszt előhívása mintázat átvitele a rezisztről valamilyen marási művelettel (etching) reziszt eltávolítása Külső adalékok mélységi bevitele: ion implantáció (korábban diffúzió) 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 3
Mintázat kialakítása Az eredeti mintázat egy fotomaszkon van üveg hordozón króm mintázat Nagy pontossági igény: 0.03µm / 30cm! 10-7 Látható fény: λ=0.3-0.6 µm deep UV-re van szükség! 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 4
Monolitikus IC-k Mono lit = egy kő Mélységi struktúra Felületi struktúra (mintázat, pattern) MFS min. csíkszélesség a legfontosabb jellemző: 15 μm 0.18μm vagy még kisebb... 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 5
Mélységi struktúra kialakítása Rétegleválasztás / rétegnövesztés: epitaxiális réteg növesztése (a meglévő Si egykristállyal egyező szerkezetű, esetleg másképp adalékolt réteg) ma pl.: IBE ion-beam epitaxy: atomi rétegek leválasztásának a lehetősége / kvantumos hatások lehetősége az eszközökben oxidáció (SiO 2 leválasztás vagy növesztés) vákuumpárologtatás (evaporation) pl. Alfémezés Egyéb rétegleválasztási módszerek katódporlasztás (sputtering) CVD: chemical vapor deposition kémiai gőzfázisú leválasztás, stb. 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 6
Epitaxiális rétegnövesztés A klasszikus epitaxia: egykristályos réteg hozzánövesztése a hordozóhoz gőz vagy folyadék fázisból Si szeletek ~1200 o C SiCl + H Si 4HCl 4 2 2 + A növesztett réteg kristályszerkezet u.a. mint szubsztráté 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 7
Epitaxiális rétegnövesztés Molekula sugaras epitaxia: ún. kvantum eszközök készülnek ilyennel MBE: molecular beam epitaxy Oxidnövesztés Termikus oxidálás (900-1200 o C) Kémiai gőzfázisú leválasztás (CVD) d SiO ~ 2 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 8 t
Epitaxiális rétegnövesztés ASiCl 4 /H 2 arányától függően egkristály növesztése polikristályos Si növesztése: poliszilícium lehet még amorf szilíciumot is létrehozni maratás Adalékolni is lehet! 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 9
Vákuumpárologtatás Szabad úthossz > edény mérte Fémezés: ~0.1-0.5 µm Ma: elektronsugaras forrás 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 10
Katódporlasztás Kis nyomáson gázkisülés (pl. Ar atmoszférában) hordozza a leválasztandó anyagot Nagyfrekvenciás meghajtással szigeteleő anyagok is porlaszthatók 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 11
Mélységi struktúra kialakítása Adalék atomok bevitele a Si-egykristályba tulajdonságainak módosítása végett Egyszerű 2D nézet 3D gyémántrács V. oszlopbeli adalék (5 v.é): extra elektron DONOR n-típusú Si III. oszlopbeli adalék (3 v.é.): elektron hiány ACCEPTOR p-típusú Si 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 12
Az adalékolás szelektivitása? A SiO 2 kitűnően maszkolja az adalék atomokat (ellenálló, összefüggő réteg GaAs-nél ilyen nincs) Ahol ablak van benne, ott behatolnak az adalékok Diffúzió mély profil Ion implantáció sekély profil ASiO 2 mintázat maszkolja 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 13
Mélységi struktúra kialakítása Adalékok bevitele diffúzióval Az adalék atomok diffundálnak az igen nagy hőmérsékletű Si-ban Mozgató az atomok energiájának statisztikus eloszlása: intersticiális vándorlás: helycsere a Si atomokkal hibahelyeken vándorlás Milyen mélységi eloszlás alakul ki? Fick törvények: J = D c x D = D(T )! c t = J x c t = D 2 c 2 x 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 14
Diffúzió Egy fontos megoldás: c( x,0) = M 0 δ ( x) M 0 c( x, t) = exp 4 4πDt ( 2 x / Dt) Gyakorlati végrehajtás 2 lépésben elődiffúzió behajtás / drive-in (pl. 1100 o C, 3 óra) (pl. 1240 o C, 1 óra) Ma: ion implantáció után végső profil kialakítása 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 15
Diffúzió A diffúziós kályha (furnace) kvarc csónak ASiO 2 mintázat maszkolja 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 16
Ipari méretű diffúziós kályha 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 17
Ion implantáció Tömegspektrométerrel egy ionsugárból kiválasztott ionokat lövünk a Si szeletre mint target-re Az adalékok kezdeti eloszlása az ionsugár energiájától és dózisától függ Az implantációt hőkezelés követi a szilícium egykristály szerkezetének helyreállítása az adalékok behajtása: végső adalékeloszlás (adalék profil) kialakítása ~100 kv nagyságrendű feszültség 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 18
Ion implantáció Átlagos behatolási mélység, körülötte véletlen eloszlás Gauss profil r = mv qb ASiO 2 mintázat maszkolja 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 19
Ion implantáció Alacsony hőmérsékletű lépés. Előny: korábbi adalékprofilokat nem nagyon rontjuk el ASiO 2 mintázat maszkolja 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 20
A felületi struktúra kialakítása Fotolitográfiával ez minden mintázatkialakítás (patterning) első lépése Az oxidlépcsők problémája: step coverage Ablaknyitás az oxidon - fotolitográfiával 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 21
Struktúrálás: fotolitográfia 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 22
Az ablaknyitás lépései Fémezés mintázatához teli-fémezés fotoreziszt fényképezés, előhívás fölösleges fém kimaratása reziszt eltávolítása 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 23
Fotolitográfia Sárga fényű helyiségben a reziszt UV-re érzékeny, sárgára nem EET, V2 306 IC gyár valahol a világban EET, V2 306 Monolit IC Labor, Mikroelektronika szakirány az EET-n 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 24
Egy egyszerű pmos technológia Technológiai lépések az EET Félvezető Laboratóriumában (tiszta szobájában) 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 25
P-csatornás monolit IC készítése Szelettisztítás 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 26
P-csatornás monolit IC készítése Vastagoxid-növesztés (ún. field oxide) 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 27
P-csatornás monolit IC készítése Fotolitográfia: reziszt cseppentés, felpörgetés 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 28
P-csatornás monolit IC készítése Fotolitográfia: maszkillesztés 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 29
P-csatornás monolit IC készítése Fotolitográfia: megvilágítás 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 30
P-csatornás monolit IC készítése Fotolitográfia: előhívás 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 31
P-csatornás monolit IC készítése Mintázat átmásolása: az oxid kimarásával 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 32
P-csatornás monolit IC készítése Fotolitográfia: oxidmarás, lakkeltávolítás 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 33
P-csatornás monolit IC készítése Bórdiffúzió szilárd fázisból, elődiffúzió 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 34
P-csatornás monolit IC készítése Bórüveg eltávolítása 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 35
P-csatornás monolit IC készítése Bórdiffúzió második lépése: behajtás (oxigénben) 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 36
P-csatornás monolit IC készítése Fotolitográfia: Alumínium Vékonyoxid-növesztés vákuumgőzölése lakk ablaknyitás eltávolítása a gate a gate-oxid fémezés számára számára céljára 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 37
P-csatornás monolit IC készítése Fotolitográfia: Kész struktúralakk fém vezetékhálózat eltávolítása kialakítása 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 38
P-csatornás monolit IC készítése Darabolás, eutektikus kötés, termokompresszió 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 39
P-csatornás monolit IC készítése napelem készítése Akit érdekel, érdeklődhet Tímárné Horváth Veronika c. docensnél vagy Juhász László adjunktusnál Lehetőségek: Monolit IC készítése Napelem készítés választható tárgyak, valamint: TDK (érdeklődni: Bognár György TDK felelősnél) Önálló labor (érdeklődni: Bognár Györgynél, Tímár tanár nőnél) Szakdolgozat (érdeklődni: Kollár Ernőnél) 2011-09-13 Mikroelektronika - Technológiai áttekintés Poppe András, Székely Vladimír & Juhász László, BME-EET 2008-2011 40