La tecnologia Planare Per poter realizzare dispositivi in tecnologia

Presentazione sul tema: "La tecnologia Planare Per poter realizzare dispositivi in tecnologia"— Transcript della presentazione:

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

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

4 Transistore MOS G S D

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 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) + O2(g)  SiO2(s) Ossidazione “wet” (con vapore acqueo - piu’ rapida) Si(s) + 2H2O(g)  SiO2(s) + 2H2(g)

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8 Ossidazione termica del silicio
L’ossidazione avviene all’interfaccia Si-SiO2 le specie ossidanti devono attraversare lo strato di ossido precedentemente formato nella fase iniziale, a basse T, con strati di SiO2 sottili : crescita limitata dalla velocita’ di reazione superficiale a T elevate e con ossidi spessi: crescita limitata dalla diffusione delle specie ossidanti attraverso l’SiO2 gia’ formato.

9 Durante l’ossidazione, parte del silicio in
superficie viene “consumato”: Si02 : 2.2  1022 atomi/cm3 Si: 5  1022 atomi/cm3 Lo spessore di silicio consumato e’ 0.46 volte lo spessore del SiO2 che si forma

10 Local Oxidation Of Silicon (LOCOS)

11 Tecniche di deposizione di materiali
- Deposizione chimica da fase vapore (Chemical Vapor Deposition, CVD) - Epitassia (Si su Si) - Deposizione di materiali dielettrici (SiO2, Si3N4, ...) - Deposizione di silicio policristallino

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, SiO2: isolante tra diversi livelli di metallizzazione, “passivazione” contro la contaminazione esterna sulla superficie del chip finito Nitruro di silicio, Si3N4: “maschera” l’ossidazione, essendo impermeabile alle specie ossidanti; utilizzato per l’isolamento tramite “ossidazione locale” e come “passivazione”

13 Dobbiamo essere in grado di aprire delle “finestre” per introdurre droganti in modo selettivo
SiO2 Si- N Si- Bulk

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 FOTOLITOGRAFIA Esposizione a luce UV

16 Fotoresist positivo e negativo

17 ATTACCO (ETCHING) L’attacco 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 SOVRATTACCO Fotoresist SiO2 Silicio

19 ATTACCO ISOTROPO ANISOTROPO MASK MASK FILM FILM SUB. SUB.

20 Attacchi chimici selettivi
Attacchi in umido (wet etch) - Attacchi isotropici selettivi: per Si, SiO2, Nitruro, Alluminio - Attacchi preferenziali per Si: NaOH, KOH (agiscono di preferenza su un piano cristallino) 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 Dry Etching Plasma etching Purely chemical etching Isotropic
Photoresist striping (ashing) Reactive Ion Etching Chemical+Physical etching Anisotropic

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 III P lacune P V N elettroni As V N elettroni Tecnologie principali: predeposizione + diffusione impiantazione ionica + ricristall. + diffusione

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

24 Predeposizione + diffusione
erfc Predeposizione Ln(C) Diffusione t1 Diffusione t2>t1 Diffusione t3>t2 Gaussiana x

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

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

27 Ion Implanter

28 Ion Range

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 Drogaggio per impiantazione
Piccola diffusione laterale

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

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