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1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Silizium (15% der Erde) SiO 2 – einer der besten bekannter Isolatoren -(GaAs ICs benutzen Si 3 N 4.

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Präsentation zum Thema: "1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Silizium (15% der Erde) SiO 2 – einer der besten bekannter Isolatoren -(GaAs ICs benutzen Si 3 N 4."—  Präsentation transkript:

1 1Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Silizium (15% der Erde) SiO 2 – einer der besten bekannter Isolatoren -(GaAs ICs benutzen Si 3 N 4 oder reines GaAs als Isolator) (GaAs – bessere Mobilität, Rauschen, Lichtdioden…) Atomen freie Elektronen – Dotierungsatomen in cm 3 Si Reines Material wird benutzt (1/ ) 1) Chemische Medoden: Rohsilizium –> HSiCl 3 (Trichlorsilan) -> Destillierung -> T -> Si -> (Polykristall - Solarsilizium) Si (Siemens Prozess) 2) Poly Si wird geschmolzen + P-Dotierung. Impfkristall wird in die Schmelze gebracht und unter Drehen hinausgezogen -> Verunreinigungen bleiben in der Schmelze (Stoffe neigen möglichst rein zu kristallisieren) -> Si Kristall (Halbleitersilizium) -> Wafers werden gesägt (Czochralski Prozess) Technologie HCl HSiCl 3 Rohsilizium Solar Si Reines Halbleitersilizium 1) 2) 3)

2 2Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Technologie Front-End Prozesse – Erzeugung von Transistoren Deponierung von Dotierungssubstanzen, Oxidation, Isolierung von Transistoren Back-End Prozesse – Erzeugung von Metalllagen (Al, Cu), Isolatorlagen (SiO2, Glas), Via Löcher (Wolfram). Photolithographie Schritte: Polymer Photolack wird aufgebracht Stepper wird benutzt: Reticle-Dia mit 5X Verkleinerung mittels UV Licht (200 nm) wird projiziert. Photolack wird belichtet, belichtete Stellen härten NaOH wird benutzt, Photolack durch Ätzung entfernt Elektronenstrahllithographie

3 3Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Technologie – Implantation von Diffusionswannen Standard N-Well Prozess mit epi-Lage Wafer (Monokristall) Schritt 1 Epi Lage – ein epitaktisch gewachsene Si Schicht (Monokristall) Schritt 2 Schwachdotierte N- und P-Wannen für P und N-Kanal Transistoren werden erzeugt -Maske ist SiO 2 Oxidation Nitrid wird aufgebracht Photolack Ätzung. Ionen (P) werden mit 80KV beschleunigt, Ionenimplantation, Dotierung…

4 4Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Wafer Epi Lage SiO 2 Si 2 N 3 Photolack Implantation von Diffusionswannen Wafer Epi Lage Wafer Epi Lage SiO 2 Wafer Epi Lage SiO 2 Si 2 N 3 UV Licht Ätzen Ionenimplantation

5 5Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Feldoxid Dickes Oxid (Feldoxid) – Isolierung zwischen Transistoren Maske: SiO 2 + Silizium-Nitrid LOCOS: Lokale feuchte Oxidation: Si + 2H 2 O - > SiO 2 + 2H 2 (Oberfläche nicht eben) STI: Plasma Ätzung – Trench – CVD (Chemical Vapour Deposition) Oxid (benutzt Gas Si(OC 2 H 5 ) 4 ) – Polieren (CMP – Chemical Mechanical Polishing) – ebene Oberfläche – erlaubt mehr Metalllagen.

6 6Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Feldoxid SiO 2 Si 2 N 3 Wafer Epi Lage SiO 2 Si 2 N 3 Lack Ätzen H2OH2O Oxidation SiO 2 Anisotropische Ätzung u. Polieren

7 7Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Gate Oxid Transistoren (aktive Bereiche) und ohmsche Kontakte sind jetzt isoliert. Der kritischste Schritt – Erzeugung vom Gate – Oxid Trockene thermische Oxidierung (in Sauerstoff Atmosphäre) °C. (Si + O 2 -> SiO 2 ) – 7nm Oxid

8 8Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Gate Oxid Epi Lage Oxidation 800° C 0 2

9 9Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Transistor Ganzflächige Abscheidung von Polysilizium – ( CVD ) (Silan – SiH 4 ). Photolack + Polysilizium wird abgeätzt – Gate Elektroden. Maske deckt die aktive Bereiche ab. Rundumisolierung von Gate Elektroden spacer definiert schwach dotierte Source und Drain As (Arsen) und P (Phosphor) Ionen – n+ Drain, Source, ohmsche Kontakte – Polysilizium Gates dienen als Masken – Prozess ist selbstjustierend (self-aligment) B (Bor) Ionen – p+ Drain, Source, ohmsche Kontakte Thermische Ausheilung – Diffusion von Ionen. Ti wird angebracht – TiSi 2 bildet sich am Silizium – SiO 2 Oberfläche reagiert nicht – Ti wird abgeätzt – (self aligned silicide)

10 10Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Transistor SiH 4 Chemische Abscheidung Poly-Silizium Photolack Oxidation Ionenimplantation P+ Poly Si thermische Ausheilung

11 11Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Metallisierung (selbstjustierendes Silizid) Poly Si Anisotropische Ätzung Aufbringen gasförmigen Titans Silizierung (TiSi 2 ) Ätzung

12 12Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Metallisierung SiO2 und Phosphorglas werden angebracht 1) Via Öffnungen werden gemacht 2) und mit Titan und Wolfram aufgefüllt 3) Polieren 4) Aufbringen von Dielektrikum 5) Sputtern von Al oder Cu 6) Metall wird strukturiert 7) Polieren … Passivierung Die letzte Maske – Öffnungen in Passivierung

13 13Ausgewählte Themen des analogen Schaltungsentwurfs Metallisierung Poly Si Aufbringen von SiO2 und Bor-Phosphor-Silikat-Glas Aufbringen von Wolfram Sputtern von Al oder Cu Strukturierung Aufbringen vom Dielektrikum


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