Silizium-Halbleitertechnologie
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- Meike Schmidt
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1 Ulrich Hilleringmann Silizium-Halbleitertechnologie Grundlagen mikroelektronischer Integrationstechnik 5., ergänzte und erweiterte Auflage Mit 160 Abbildungen und 37 Aufgaben mit Lösungen STUDIUM VIEWEG + TEUBNER
2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Aufgaben 4 2 Herstellung von Siliziumscheiben Silizium als Basismaterial Herstellung und Reinigung des Rohmaterials Herstellung von technischem Silizium Chemische Reinigung des technischen Siliziums Zonenreinigung Herstellung von Einkristallen Die Kristallstruktur Kristallziehverfahren nach Czochralski Tiegelfreies Zonenziehen Kristallfehler Kristallbearbeitung Sägen Oberflächenbehandlung Läppen Scheibenrand abrunden Ätzen Polieren Aufgaben zur Scheibenherstellung 24 3 Oxidation des dotierten Siliziums Die thermische Oxidation von Silizium Trockene Oxidation Nasse Oxidation H Verbrennung Modellierung der Oxidation 32
3 VIII Inhaltsverzeichnis 3.3 Die Grenzfläche Si0 2 /Silizium Segregation Abscheideverfahren für Oxid Die Silan Pyrolyse Die TEOS-Oxidabscheidung Aufgaben zur Oxidation des Siliziums 39 4 Lithografie Maskentechnik Pattern-Generator und Step- und-repeat-belichtung Direktschreiben der Maske mit dem Elektronenstrahl Maskentechniken für höchste Auflösungen Belackung Aufbau der Fotolacke Aufbringen der Lackschichten Belichtungsverfahren Optische Lithografie (Fotolithografie) Kontaktbelichtung Abstandsbelichtung (Proximity) Projektionsbelichtung Verkleinernde Projektionsbelichtung Elektronenstrahl-Lithografie Röntgenstrahl-Lithografie Weitere Verfahren zur Strukturierung Lackbearbeitung Entwickeln und Härten des Lackes Linienweitenkontrolle Ablösen der Lackmaske Aufgaben zur Lithografietechnik 66
4 Inhaltsverzeichnis IX 5 Ätztechnik Nasschemisches Ätzen Tauchätzung Sprühätzung Ätzlösungen für die nasschemische Strukturierung Isotrop wirkende Ätzlösungen Anisotrop wirkende Siliziumätzung Trockenätzen Plasmaätzen (PE) Reaktives Ionenätzen (RIE) Prozessparameter des reaktiven Ionenätzens Reaktionsgase Ionenstrahlätzen Trockenätzverfahren für hohe Ätzraten Endpunktdetektion Visuelle Kontrolle Ellipsometrie Spektroskopie Interferometrie Massenspektrometrie Aufgaben zur Ätztechnik 92 6 Dotiertechniken Legierung Diffusion Fick'sche Gesetze Die Diffusion aus unerschöpflicher Quelle Die Diffusion aus erschöpflicher Quelle Diffusionsverfahren Ablauf des Diffusionsprozesses Grenzen der Diffusionstechnik Ionenimplantation Reichweite implantierter Ionen Channeling 111
5 X Inhaltsverzeichnis Aktivierung der Dotierstoffe Technische Ausführung der Ionenimplantation Charakteristiken der Implantation Aufgaben zu den Dotiertechniken Depositionsverfahren Chemische Depositionsverfahren Die Silizium-Gasphasenepitaxie Die CVD-Verfahren zur Schichtdeposition APCVD-Verfahren Low Pressure CVD-Verfahren (LPCVD) Plasma Enhanced CVD-Verfahren (PECVD) Atomic Layer Deposition (ALD) Physikalische Depositionsverfahren Molekularstrahlepitaxie (MBE) Aufdampfen Kathodenzerstäubung (Sputtern) Aufgaben zu den Abscheidetechniken Metallisierung und Kontakte Der Metall-Halbleiter-Kontakt Mehrlagenverdrahtung Planarisierungstechniken Der BPSG-Reflow Reflow- und Rückätztechnik organischer Schichten Spin-On-Gläser Chemisch-mechanisches Polieren Auffüllen von Kontaktöffnungen Zuverlässigkeit der Aluminium-Metallisierung Kupfermetallisierung Aufgaben zur Metallisierung 166
6 Inhaltsverzeichnis XI 9 Scheibenreinigung Verunreinigungen und ihre Auswirkungen Mikroskopische Verunreinigungen Molekulare Verunreinigungen Alkalische und atomare Verunreinigungen Reinigungstechniken Ätzlösungen zur Scheibenreinigung Beispiel einer Reinigungssequenz Aufgaben zur Scheibenreinigung MOS-Technologien zur Schaltungsintegration Einkanal MOS-Techniken Der PMOS Aluminium-Gate-Prozess Die n-kanal Aluminium-Gate MOS-Technik Die n-kanal Silizium-Gate MOS-Technologie Der n-wannen Silizium-Gate CMOS-Prozess Schaltungselemente der CMOS-Technik Latchup-Effekt Funktionstest und Parametererfassung Aufgaben zur MOS-Technik Erweiterungen zur Höchstintegration Lokale Oxidation von Silizium (LOCOS-Technik) Die einfache Lokale Oxidation von Silizium SPOT-Technik zur Lokalen Oxidation Die SILO-Technik Poly-buffered LOCOS Die SWAMI-LOCOS-Technik Graben-Isolation MOS-Transistoren für die Höchstintegration Durchbruchmechanismen in MOS-Transistoren 227
7 XII Inhaltsverzeichnis Kanallängenmodulation Drain-Durchgriff (Punch-Through) Drain-Substrat Durchbruch (Snap-Back) Transistoralterung durch heiße Elektronen Die Spacer-Technik zur Dotierungsoptimierung LDD n-kanal MOS-Transistoren P-Kanal Offset-Transistoren Selbstjustierende Kontakte SOI-Techniken SOI-Substrate FIPOS - Füll Isolation by Porous Oxidized Silicon SIMOX - Silicon Implanted Oxide Wafer-Bonding ELO - Epitaxial Lateral Overgrowth Die SOS-Technik SOI-Schichten durch Rekristallisationsverfahren Prozessführung in der SOI-Technik Transistoren mit Nanometer-Abmessungen Aufgaben zur Höchstintegrationstechnik Bipolar-Technologie Die Standard-Buried-Collector Technik Fortgeschrittene SBC-Technik Bipolarprozess mit selbstjustiertem Emitter BiCMOS-Techniken Aufgaben zur Bipolartechnologie Montage integrierter Schaltungen Vorbereitung der Scheiben zur Montage Verringerung der Scheibendicke Rückseitenmetallisierung 276
8 Inhaltsverzeichnis XIII Trennen der Chips Ritzen Lasertrennen Sägen/Trennschleifen Schaltungsmontage Substrate/Systemträger Befestigungstechniken Kleben Löten Legieren Kontaktierverfahren Einzeldraht-Kontaktierung (Bonding) Thermokompressionsverfahren Ultraschallbonden Thermosonic-Verfahren Komplettkontaktierung Spider-Kontaktierung Flipchip-Kontaktierung Beamlead-Kontaktierung Endbearbeitung der Substrate Aufgaben zur Chipmontage 3 01 Anhang A: Lösungen der Aufgaben 302 Anhang B: Farbtabelle Oxiddicken 322 Anhang C: Chemische Verbindungen und Abkürzungen 323 Literaturverzeichnis 327 Stichwortverzeichnis
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