Peter Iskra (Autor) Entwicklung von siliziumbasierten Transistoren für den Einsatz bei hohen Temperaturen in der Gassensorik

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1 Peter Iskra (Autor) Entwicklung von siliziumbasierten Transistoren für den Einsatz bei hohen Temperaturen in der Gassensorik Copyright: Cuvillier Verlag, Inhaberin Annette Jentzsch-Cuvillier, Nonnenstieg 8, Göttingen, Germany Telefon: +49 (0) , Website:

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Siliziumbasierte MOSFETs und deren Einsatz bei hohen Temperaturen Physikalische Grundlagen Ladungsträgerdichten im thermischen Gleichgewicht Ladungsträgerdichten in dotierten Halbleitern Fermi -Potenzial Ladungsträgerbeweglichkeit pn-übergang Laterales MOSFET Konzept Strom-Spannungs-Charakteristik Temperaturverhalten Silicon on Insulator Technologie Vertikales MOSFET Konzept Temperaturstabile vertikale npn-mosfets Temperaturstabile vertikale nipin-mosfets Vergleich der MOSFET-Konzepte Der Floating Gate FET Sensor Funktionsprinzip Standard FGFET Sensor Hochtemperatur-FGFET Sensor Aufbau der Bauelemente Lateraler Transistor Vertikaler Transistor V

3 VI INHALTSVERZEICHNIS 4.3 Hochtemperatur-FGFET Gassensor Transducer Obere Elektrode Layout des Transducer-Chips Grundlagen der Halbleitertechnologie Thermische Oxidation Ofenprozesse und Rapid Thermal Oxidation (RTO) Oxidation von dotierten Siliziumschichten Gasphasenabscheidung von Silizium Der Abscheideprozess aus der Gasphase Anlage zur Gasphasenabscheidung von Silizium Silizium-Quellsubstanzen Dotanden Silizium-Germanium (SiGe) Substratvorbehandlung und -reinigung Kristallqualität epitaktisch gewachsener Schichten Abscheidung von polykristallinem Silizium Gasphasenabscheidung von dielektrischen Schichten Gasphasenabscheidung von Siliziumoxid Gasphasenabscheidung von Siliziumnitrid Abscheidung von metallischen Schichten Diffusion Lithographie Fotolacktechnik Lithographieprozess Ätztechnik und nasschemische Reinigung Nasschemische Ätzprozesse Nasschemische Reinigungsverfahren Trockenchemische Ätzprozesse Prozessentwicklung zum vertikalen MOSFET und FGFET Sensor Substrate Kondensatordielektrikum

4 INHALTSVERZEICHNIS VII Thermisches Oxid Abscheideoxid Thermisches Oxid und Abscheideoxid BOX als Dielektrikum Transistorstapel Selektive Gasphasenabscheidung Dotierung npn-struktur nipin-struktur pnp-struktur pn(sige)p-struktur Substratreinigung Reinigung nach Umschleusung Mesa und Freistellen Lithographie Trockenätzprozess Freistellen durch TMAH Gatedielektrikum RTO-Prozesse Thermisches Budget Zwei-Schicht Gatedielektrikum Poly-Silizium Gateelektrode Passivierung Metallisierung Prozessentwicklung zum lateralen MOSFET Substrate Isolation und Poly-Silizium Gate Dotierung durch Spin On Dopants Niedertemperatur-Temperung Hochtemperatur-Diffusion Diffusionsmaske Passivierung und Metallisierung

5 VIII INHALTSVERZEICHNIS 8 Charakterisierung der Transistoren Messaufbau Laterale Transistoren Messungen bei Raumtemperatur Temperaturverhalten lateraler MOSFETs Vertikaler npn-mosfet Messungen bei Raumtemperatur Temperaturverhalten vertikaler npn-mosfets Vertikaler nipin-mosfet Messungen bei Raumtemperatur Temperaturverhalten vertikaler nipin-mosfets Vergleich der Bauelemente Charakterisierung des FGFET Gassensors Messaufbau Arbeitspunkt Gasmessung Schlussfolgerungen und Ausblick 175 A Parameter verwendeter Prozesse 178 A.1 Oxidation und Temperung A.2 Gasphasenabscheidung von Silizium A.3 Abscheidedielektrika A.4 Abscheidung metallischer Schichten A.5 SOD-Abscheidung A.6 Lithographie A.7 Nasschemische Prozesse A.8 Trockenchemische Ätzprozesse B Masken 188 B.1 Maskensätze B.2 Wafermap lateraler MOSFET B.3 Wafermap IMOS B.4 Wafermap FGFET

6 INHALTSVERZEICHNIS IX C Prozesspläne 194 C.1 Lateraler MOSFET C.2 Vertikaler nipin-mosfet C.3 FGFET Sensor Formelzeichen 199 Abkürzungen 203 Publikationen 219 Danksagung 223

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