Processo fotolitografico

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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
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La tecnologia Planare
Diodo
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La tecnologia Planare
npn BJT
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Transistore MOS
G
S
D
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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

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• Ossidazione termica del Si
• in tubo di quarzo a temperature tra 850C e
  1100C
• 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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(No Transcript)
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Ossidazione termica del silicio
Lossidazione avviene allinterfaccia 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 lSiO2
gia formato.
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Durante lossidazione, 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
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Local Oxidation Of Silicon (LOCOS)
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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
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• Deposizione di silicio su silicio
• Crescita epitassiale substrato a 900ºC- 1250ºC
• Silicio policristallino substrato a 600ºC - 700
  ºC
• Silicio amorfo substrato a lt 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
  lossidazione, essendo impermeabile alle specie
  ossidanti utilizzato per lisolamento tramite
  ossidazione locale e come passivazione

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Dobbiamo essere in grado di aprire delle
finestre per introdurre droganti in modo
selettivo
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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
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FOTOLITOGRAFIA
Esposizione a luce UV
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Fotoresist positivo e negativo
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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
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SOVRATTACCO
Fotoresist
SiO2
Silicio
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ATTACCO
ISOTROPO
ANISOTROPO
MASK
MASK
FILM
FILM
SUB.
SUB.
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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

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Dry Etching

• Plasma etching
• Purely chemical etching
• Isotropic
• Photoresist striping (ashing)

• Reactive Ion Etching
• ChemicalPhysical etching
• Anisotropic

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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

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Drogaggio per diffusione
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Predeposizione diffusione
Ln(C)
x
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Limiti del drogaggio per diffusione

• Diffusione laterale

• Molto sensibile alla superficie

• Il picco di concentraz. è sempre in superficie

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Ion Implantation
Rp
semiconductor
Ion trajectory Projected range
Multiple collision vs Channeling
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Ion Implanter
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Ion Range
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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

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Drogaggio per impiantazione
Piccola diffusione laterale
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Impiantazione annealing
La fase di annealing (necessaria) fa perdere il
vantaggio del picco di concentrazione lontano
dalla superficie.
As implanted
Ln(C)
RTA (rapid thermal annealing) Alte temperature
(1000 C) per tempi brevi (10 sec) è una
soluzione
x
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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