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

A monolit integrált áramkör megvalósításának lépései Monolit technika (technológia)

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

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!

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

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

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

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.

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

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

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)

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.

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

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

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

Diffúzió Adalékolás egyik lehetséges realizálása Felületközeli technológia

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

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

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

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)

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

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

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

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

Minősítés típusai Kontaktus minősítés Ellenállásmérés 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.

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

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

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