Aufgabe Punkte R h bzw. R v Horizontal- bzw. Vertikalätzrate. lineares und für dickere Schichten ein sogenanntes

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1 KLAUSUR Technologien und Bauelemente der Mikroelektronik Aufgabenteil Mikrotechnologien Prof. J. W. Bartha Dauer: 210 min. Aufgabe Punkte Hinweise zu den Aufgaben: Boltzmann-Konstante k B = 8, ev/k Non-Uniformität NU = ± Max Min Max+Min Absoluter Nullpunkt der Temperatur T = 273 C Anisotropiefaktor A = 1 R h R v lizium-oxidation bewirkt eine Volumenverdoppelung R h bzw. R v Horizontal- bzw. Vertikalätzrate Bei der thermischen Oxidation gibt es für dünne Schichten ein lineares und für dickere Schichten ein sogenanntes parabolisches Wachstumsverhalten TTV steht für Total Thickness Variation Aufgabe 1 Die Rate für einen thermisch aktivierten Ätzprozess mit einer Aktivierungsenergie E a = 0, 8 ev beträgt bei einer Temperatur von 80 C etwa 1 µm/min. Welche Ätzrate ergibt sich bei 90 C? 1

2 Aufgabe 2 Durch eine thermische Oxidation wird auf der Oberfläche eines -Wafers eine O 2 -Schicht mit einer Dicke von 1000 nm gewachsen. Hierfür stehen grundsätzlich zwei Oxidationsmethoden zur Verfügung. a) Welche sind dies und welche Medien werden verwendet? Methode 1 Methode 2 mit dem Oxidationsmedium mit dem Oxidationsmedium Welche der beiden Methoden ist in diesem Fall zu bevorzugen und warum? Diese Schicht wird, wie unten dargestellt, strukturiert. O 2 b) Beschreiben e mit wenigen Stichpunkten die Prozessfolge: Für diese Art der Strukturierung gibt es einen speziellen Begriff. Wie lautet dieser? Wird die O 2 -Struktur (siehe Bild a) unten) mit einem Ätzprozess höchster Selektivität wieder entfernt, ergibt sich wieder eine ebene liziumoberfläche (Bild b) unten) a) B } A O nm b) Das wäre an dieser Stelle nicht sehr sinnvoll! Stattdessen wird die Struktur a) ein zweites Mal thermisch oxidiert, sodass an der Oberfläche des frei liegenden der Struktur a) (an der Position A) wieder 1000 nm O 2 wachsen. 2

3 c) Vernachlässigen e den linearen Wachstumsbereich. Welche Oxiddicke ergibt sich nach der zweiten Oxidation an der Position B? Skizzieren e das Querschnittsprofil der Struktur nach der zweiten Oxidation mit Angabe der Strukturhöhen. Wie groß ist der Höhenunterschied der O 2 -Oberfläche zwischen Position A und B nach der zweiten Oxidation? d) Nachdem die zweite Oxidation erfolgt ist, wird das O 2 mit einem Ätzprozess höchster Selektivität gegen das lizium wieder entfernt. Welches Ätzmedium / welcher Ätzprozess käme dafür in Frage? Wie groß ist der Höhenunterschied der liziumoberfläche zwischen Position A und B? Aufgabe 3 Bezeichnen e die nachfolgend dargestellten Gitterebenen mithilfe der Millerschen Indizes. Hinweis zu b): die Ebene liegt parallel zur z-achse. a) z b) z x y x y Gitterebene: Gitterebene: 3

4 Aufgabe 4 Es soll eine Membrane aus monokristallinem lizium hergestellt werden. Hierzu wird der Wafer durch eine Öffnung in einer Maske mit einem Plasmaprozess geätzt, bis die Membranstärke erreicht ist. Die Membrandicke soll nicht kleiner als 15 µm und nicht dicker als 50 µm werden. Die zu verwendenden Wafer sind mit einer Dicke von 600 µm bei einer TTV von ±10 µm spezifiziert. Welche Anforderung in Bezug auf die Non-Uniformität des Ätzprozesses ergibt sich hieraus? Hinweis: Betrachten e die Verhältnisse an der dicksten und dünnsten Stelle des Wafers. Welche Maskendicke muss bei einer Selektivität des -Ätzprozesses gegen das Maskenmaterial von 20 : 1 verwendet werden? (Bitte Einheit nicht vergessen!) Maskendicke: Nennen e alternative Verfahren zur Erzeugung von mc--membranen. 4

5 Aufgabe 5 Die nachfolgend dargestellte Struktur steht für eine Ätzung der Polysilizium-Schicht bereit. Die Polysilizium-Schicht wurde mit einem CVD-Prozess mit einer Non-Uniformität von ±5 % bei einer Zieldicke von 200 nm aufgebracht. Für den Ätzprozess, der ebenfalls eine Non-Uniformität von ±5 % besitzt, wird eine O 2 -Hartmaske benutzt. Dabei beträgt die nominelle Polysilizium-Ätzrate 120 nm/min. Hinweis: Betrachten e die Fälle für die maximale und minimale Schichtdicke bzw. Ätzrate. 100 nm O 2 } d Mask Poly- 5 nm{ O 2 Bei diesem Ätzprozess darf die 5 nm dünne O 2 -Schicht unter dem Polysilizium nicht durchbrochen werden! a) Welche Selektivität (Rate des Poly- / Rate O 2 ) muss für diesen Prozess mindestens gefordert werden? b) Welche Mindestdicke muss für die O 2 -Hartmaske gefordert werden? c) Welche Linienweite ergibt sich an der Oberkante der Polysilizium-Struktur bei einem Anisotropiefaktor von 0, 9? 5

6 Aufgabe 6 Beschreiben bzw. skizzieren e die Prozessfolge für einen a) Spacer-Prozess Ausgangsstruktur b) Lift-Off-Prozess Substrat c) Damascene-Prozess Dielektrikum Substrat 6

7 Aufgabe 7 a) Was sind SOI-Wafer? b) Welche Verfahren zur Herstellung von SOI-Wafern kennen e? c) Was versteht man unter einem FZ- und CZ-Wafer? d) Welche Parameter bestimmen die kleinste Strukturweite der Projektionslithografie e) Was ist der Unterschied zwischen Positiv- und Negativlack? f) Wie unterscheidet sich die Diffusion aus erschöpflicher und unerschöpflicher Quelle? 7