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1 La tecnologia Planare Per poter realizzare dispositivi in tecnologia planare è necessario disporre di un adeguato set di passi tecnologici che permettano.

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Presentazione sul tema: "1 La tecnologia Planare Per poter realizzare dispositivi in tecnologia planare è necessario disporre di un adeguato set di passi tecnologici che permettano."— Transcript della presentazione:

1 1 La tecnologia Planare Per poter realizzare dispositivi in tecnologia planare è necessario disporre di un adeguato set di passi tecnologici che permettano la realizzazione di dispositivi sulla superficie superiore del wafer

2 2 La tecnologia Planare Diodo N (catodo) P (anodo) N P

3 3 La tecnologia Planare npn BJT n-n- Si-p bulk n+n+ p B E C n+n+ n+n+ N + (emettitore) P (base) N - (collettore)

4 4 Transistore MOS SD G

5 Processi tecnologici sui wafer di Si Ossidazione termica del silicio Deposizione di film di isolanti o conduttori Fotolitografia Attacchi chimici selettivi Impiantazione ionica (drogaggio) Diffusione termica Metallizzazioni e contatti

6 6 Ossidazione termica del Si in tubo di quarzo a temperature tra 850°C e 1100°C la velocita di reazione aumenta con la temperatura Ossidazione dry Si(s) + O 2 (g) SiO 2 (s) Ossidazione wet (con vapore acqueo - piu rapida) Si(s) + 2H 2 O(g) SiO 2 (s) + 2H 2 (g)

7 7

8 8 Ossidazione termica del silicio Lossidazione avviene allinterfaccia Si-SiO 2 le specie ossidanti devono attraversare lo strato di ossido precedentemente formato nella fase iniziale, a basse T, con strati di SiO 2 sottili : crescita limitata dalla velocita di reazione superficiale a T elevate e con ossidi spessi: crescita limitata dalla diffusione delle specie ossidanti attraverso lSiO 2 gia formato.

9 9 Durante lossidazione, parte del silicio in superficie viene consumato: Si0 2 : atomi/cm 3 Si: atomi/cm 3 Lo spessore di silicio consumato e 0.46 volte lo spessore del SiO 2 che si forma

10 10 Local Oxidation Of Silicon (LOCOS)

11 11 Tecniche di deposizione di materiali - Deposizione chimica da fase vapore (Chemical Vapor Deposition, CVD) - Epitassia (Si su Si) - Deposizione di materiali dielettrici (SiO 2, Si 3 N 4,...) - Deposizione di silicio policristallino

12 12 Deposizione di silicio su silicio Crescita epitassiale: substrato a 900ºC- 1250ºC Silicio policristallino: substrato a 600ºC ºC Silicio amorfo: substrato a < 600ºC Deposizione di isolanti Biossido di silicio, SiO 2 : isolante tra diversi livelli di metallizzazione, passivazione contro la contaminazione esterna sulla superficie del chip finito Nitruro di silicio, Si 3 N 4 : maschera lossidazione, essendo impermeabile alle specie ossidanti; utilizzato per lisolamento tramite ossidazione locale e come passivazione

13 13 Si- Bulk Si- N SiO 2 Dobbiamo essere in grado di aprire delle finestre per introdurre droganti in modo selettivo

14 14 FOTOLITOGRAFIA La fotolitografia è il procedimento di trasferimento di una geometria da una maschera alla superficie della fetta di silicio Criteri di valutazione della Fotolitografia: RISOLUZIONE: minima geometria che può essere sviluppata con ripetibilità ALLINEAMENTO: quanto strettamente due maschere successive possono essere sovrapposte THROUGHPUT: N. di wafer processati in un ora PULIZIA: processo privo di difetti

15 15 FOTOLITOGRAFIA Esposizione a luce UV

16 16 Fotoresist positivo e negativo

17 17 ATTACCO (ETCHING) Lattacco è il processo di rimozione di una parte di strato, definita per mezzo di una maschera: il risultato, ottenuto con meccanismi di tipo fisico o chimico, è il trasferimento di una figura nello strato. La fedeltà nel trasferimento della figura viene quantificata da due parametri: SOVRATTACCO TOLLERANZA

18 18 SOVRATTACCO SiO 2 Fotoresist Silicio

19 19 FILM MASK ATTACCO MASK SUB. FILM ISOTROPO ANISOTROPO

20 Attacchi chimici selettivi a)Attacchi in umido (wet etch) - Attacchi isotropici selettivi: per Si, SiO 2, Nitruro, Alluminio - Attacchi preferenziali per Si: NaOH, KOH (agiscono di preferenza su un piano cristallino) a)Attacchi a secco (Dry etch) Sono attacchi selettivi in camere di reazione dipendono dal tipo di gas utilizzato - attacchi in plasma (plasma etching) meno preferenziali - attacchi con ioni reattivi (RIE etching) fortemente preferenziali

21 21 Dry Etching –Reactive Ion Etching –Chemical+Physical etching –Anisotropic –Plasma etching –Purely chemical etching –Isotropic –Photoresist striping (ashing)

22 22 Inserimento di atomi droganti nel Si Drogaggio è il processo con cui si introducono nel silicio impurezze (atomi) di tipo accettore o donore e che quindi forniscono portatori liberi. Elemento Gruppo Tipo Portatori B IIIPlacune P VNelettroni As VNelettroni Tecnologie principali: & predeposizione + diffusione & impiantazione ionica + ricristall. + diffusione

23 23 Drogaggio per diffusione P-Si x concentrazione erfc(x) ln(x)

24 24 Predeposizione + diffusione Ln(C) x erfc Predeposizione Diffusione t 1 Diffusione t 2 >t 1 Diffusione t 3 >t 2 Gaussiana

25 25 Limiti del drogaggio per diffusione $ Diffusione laterale $Molto sensibile alla superficie $Il picco di concentraz. è sempre in superficie

26 Ion Implantation Multiple collision vs Channeling semiconductor RpRp Ion trajectory & Projected range

27 27 Ion Implanter

28 28 Ion Range

29 29 Drogaggio per impiantazione Grande danno reticolare serve una fase di riassestamento del cristallo che viene fatto ad alta temperatura (annealing) che a sua volta causa un fenomeno di rididtribuzione del drogante (per diffusione, non voluto) Per questo è necessario: & impiantazione ionica & ricristallizzazione & diffusione

30 30 Drogaggio per impiantazione Piccola diffusione laterale

31 31 Impiantazione + annealing Ln(C) x La fase di annealing (necessaria) fa perdere il vantaggio del picco di concentrazione lontano dalla superficie. As implanted Annealing stdandard RTA (rapid thermal annealing) Alte temperature (1000 °C) per tempi brevi (10 sec) è una soluzione RTA

32 Metallizzazioni e contatti Sputtering di metalli (W, Al emesso dal catodo per bombardamento di ioni Ar Evaporazione sottovuoto di metalli (Al) per riscaldamento in crogiuolo crogiuolo Ar catodo


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