Monolit technika

1. Monolit technika A monolit technika alaplépései Mizsei János Hodossy Sándor BME-EET 2006-2013

2. A monolit integrált áramkör megvalósításának lépései Monolit technika (technológia)

3. Bevezetés • A monolit szó jelentése: 1 tömbből (Si) alakítják ki a kívánt struktúrát • IC  a kívánt struktúra • Teszt struktúra  a technológia és a szelet minősítésére alkalmas

4. Rajzolatkialakítás • A rajzolatkialakítás fotolitográfiai eljárással • A szelet SiO2 rétegét távolítják el • Fotoreziszt a maszkoló réteg a maratás során • Fotomaszk a megvilágítás során maszkol • A megvilágító fény UV fény  nagy felbontás tesz lehetővé a kis hullámhossza miatt • A fotomaszk nem lehet üveg!

5. Pozitív fotoreziszt • A pozitív fotoreziszt anyaga a megvilágítás hatására roncsolódik, és az előhívás során eltávozik a felületről

6. Negatív fotoreziszt • A negatív fotoreziszt anyaga a fény hatására polimerizálódik, és az előhívás során nem távozik el a felületről

7. Si oxidáció • 1000 °C felett • 44 %-ban befelé oxidál • 56 %-ban kifelé oxidál

8. Ablak oxidáció • Az oxidáció (egész szeleten!) elvégzése és lemaratása után megmarad az ablak helye! • Ezek után a wafer felülete már nem planár! • A nem planár felület a fotoreziszt megvilágításánál hibát okozhat.

9. A monolit technika technológiai követelményei Planáris technológia! Száraz technológia! Hideg technológia!

10. LOCOS technológia • Helyi oxidáció (Maszkolunk az oxidáció ellen) • A maszkanyag: Si3N4 • Mivel a Si3N4 az Si-re nem tapad jól, alatta egy vékony oxidréteg (Oxide pad) van, mert az SiO2-re jól tapad • Birds Beak („pipicsőr”): Az oxid a szilícium-nitrid alá kúszik

11. Rétegleválasztás • Lépcső esetében a lépcsőfedés jó: a réteg követi a lépcsőt azonos vastagsággal • A kritikus, ha a lépcső laterális mérete összemérhető a vertikális méretekkel. (c) ábra, a lépcsőfoknál kritikusan elvékonyodik a réteg)

12. Rétegnövesztés • Egykristályos anyag: makroszkópikusan igaz, az n. atomtól rácsállandó távolságra haladva atomot találunk • Polikristályos anyag: csak mikroszkópikus esetben igaz a fenti; méreteihez (vastagság, szélesség) képes a kristályszemcsék kicsik • Multikritályos anyag: méreteihez (vastagság, szélesség) képes a kristályszemcsék nagyok • Amorf anyag: mikroszkópikusan se igaz az egykristálynál leírtak • A vezetési és a vegyérték sávok nem egyértelműek • A leválasztott SiO2 is amorf, de hőkezelés révén kikristályosodhat.

13. Rétegleválasztás típusai • (a) PVD: vákuumpárologtatás, katódporlasztás • reaktív gőzölés: több forrásból választunk le • ALD: atomi szinten alakít ki réteget. • Itt az atomfizika törvényei számítanak (pl.: alagúthatás) • Különleges U-I karakterisztikák alakíthatóak ki. • (b) CVD: egy kémiai reakció megy végbe a szelet felületén

14. Nedves maratás • Általában izotróp jellegű (nincs kitüntetett marási irány) • Alámaródás jelensége: a fotoreziszt alól is kimaródik

15. Száraz maratás • Általában anizótrop jellegű (van kitüntetett marási irány) • NEM szelektív! • Kicsi az alámaródás • Oxidáló atmoszférában, a fotoreziszt leoxidálható

16. Diffúzió • Adalékolás egyik lehetséges realizálása • Felületközeli technológia

17. 2 lépéses diffúzió • 1. lépés: állandó felületi koncentrációjú diffúzió (elődiffúzió) • 2. lépés: állandó anyagmennyiségű diffúzió (behajtás)

18. Aládiffundálás jelensége • A diffúzió nem csak vertikális irányban történik! • A laterális mérettől függ az aládiffundálás mértéke • A diffúzió behatolási mélysége: ahol az adalékatom koncentrációja megegyezik a másik réteg adalékatomjának koncentrációjával (metalurgiai átmenet) • n+, n esetben: ahol az n+ konc. = n konc., ott van a metalurgiai átmenethez hasonló átmenet

19. Ionimplantáció I. • 2 fő paramétere van: • belövési energia (előfeszítő feszültség) • dózis (ionáram) • Kristályhibákat okoz! • Utólagos hőkezelés kell • Nem termikus egyensúlyi technológia • Éles az energiaspektruma

20. Ionimplantáció II. • Maszkoló réteg természetesen itt is van • Hidegtechnológia  fotoreziszt maszk alkalmas (mégis általában más anyagot használnak pl: SiO2) • A behatolási mélységnek van várható értéke és szórása is • Az ionimplantáció az ablak szélénél is túlmegy! • oxidon is át tud hatolni  az ablak szélénél az oxid vékonyabb • szóródás az ionbecsapódásakor (atomtömegtől függ, a kisebb tömegű ionok jobban szóródnak) • Szilárd oldékonyság: megadja azt a legnagyobb koncentrációt, adott anyagra, amit a szilárdtest fel tud venni (ionimplantációnál ennél többet is be lehet juttatni az anyagba)

21. Tényleges kialakítás • A lekerekítés oka: • a fény hullámhossza lehet, hogy összemérhető az ablak méretével (diffrakció) • alámaródás

22. A fizikai tulajdonságok figyelembe vétele • A jelenségek: • maszkkorrekció az alávilágítódás ellen • rezisztréteg előhívási hibái • nitrid alámaródása • „pipicsőr” • laterális diffúzió • Mindezek eredményeként • diffúzió eltolódása (aládiffundálás)

23. PolySi méretézése • PolySi lógjon túl a diffúziós területen! • PolySi szélének V.É.-e: Xp • Diff. terület szélének V.É.-e: Xd • Ha Xd<Xp, akkor nincs gond • Ha Xp-Xd<0  az eloszlásfüggvények ismeretében ennek a valószinűsége (p) is megadható  ha 1/p~n (ahol n a tranzisztorok száma), akkor biztos lesznek hibás tranzisztorok

24. Fém – polySi illesztés • Fém- polySi, és kontaktusablak illesztés ez ténylegesen • Nagyon szigorú szabályokat kell hozni az illesztést illetően, különben rossz, vagy semmilyen kapcsolat nem lesz a rétegek között

25. Minősítés típusai • Kontaktus minősítés • Egy kivezetés sok kontaktuson keresztül történjen meg! • A bemérés nagyon drága! Ezért néha 1. sikertelen bemérés után kidobják a hibás szeletet. • Ellenállásmérés • A tesztstruktúra 4 ponton kivezetett ellenállást is tartalmaz, ezzel a technológia minősíthető. • Ezzel a beméréssel a diffúzió, mely az ellenállást létrehozta, és a kivezető kontaktusok minősíthetőek.

26. Minősítések típusai • Maszk mérőábrás minősítés • Kapacitásméréssel az elillesztés nagysága és iránya meghatározható. • Kapacitást mér mind a négy réteglapolásnál: • Ha mind a 4 Ci megegyezik, akkor nem történt elillesztés • Ha nem egyezik meg mind a 4, akkor az elillesztés mértékét, és irányát a Ci értékei adják

27. Minősítések típusai • Maszk mérőábrás minősítés • A fenti mérést elvégezve a szelet pontjain vektor halmazt kapunk. • a) A vektorok iránya megegyezik, a vektor nagysága adja meg az elillesztés mértékét • b) A vektorok „örvénylenek”  Forgatási hiba

28. Minősítések típusai • Maszk mérőábrás minősítés • A vektorhalmazból statisztika készíthető. • Szögek eloszlása, nagyságok eloszlása • Elillesztetlen esetben ezek eloszlása véletlenszerű, mert akkor a véletlenszerű folyamatok miatt lép fel az illesztés során eltérés. • Elektromos paraméterek bemérése • Bipoláris technológiánál a letörési feszültséget szokás bemérni • MOS technológiánál a nyitófeszültség (VT), és a gate oxid (Cox) minősítése tipikus