Silizium-Halbleitertechnologie: mit 19 Tabellen
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| Published: |
Stuttgart [u.a.]
Teubner
2004
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| Edition: | 4., durchges. und erg. Aufl. |
| Series: | Lehrbuch
Teubner-Studienbücher Elektrotechnik |
| Subjects: | |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 Aufgaben 4
2 Herstellung von Siliziumscheiben 5
2.1 Silizium als Basismaterial 5
2.2 Herstellung und Reinigung des Rohmaterials 8
2.2.1 Herstellung von technischem Silizium 8
2.2.2 Chemische Reinigung des technischen Siliziums 9
2.2.3 Zonenreinigung 11
2.3 Herstellung von Einkristallen 12
2.3.1 Die Kristallstruktur 12
2.3.2 Kristallziehverfahren nach Czochralski 14
2.3.3 Tiegelfreies Zonenziehen 16
2.3.4 Kristallfehler 18
2.4 Kristallbearbeitung 19
2.4.1 Sägen 20
2.4.2 Oberflächenbehandlung 20
2.4.2.1 Läppen 21
2.4.2.2 Scheibenrand abrunden 22
2.4.2.3 Ätzen 22
2.4.2.4 Polieren 23
2.5 Aufgaben zur Scheibenherstellung 23
3 Oxidation des dotierten Siliziums 25
3.1 Die thermische Oxidation von Silizium 26
3.1.1 Trockene Oxidation 27
3.1.2 Nasse Oxidation 28
3.1.3 H2O2 Verbrennung 30
3.2 Modellierung der Oxidation 31
YUI Inhaltsverzeichnis
3.3 Die Grenzfläche SiCVSilizium 32
3.4 Segregation 34
3.5 Abscheideverfahren für Oxid 36
3.5.1 Die Silan Pyrolyse 36
3.5.2 Die TEOS Oxidabscheidung 37
3.6 Aufgaben zur Oxidation des Siliziums 38
4 Lithografie 39
4.1 Maskentechnik 40
4.1.1 Pattern Generator und Step und Repeat Belichtung 41
4.1.2 Direktschreiben der Maske mit dem Elektronenstrahl 42
4.1.3 Maskentechniken für höchste Auflösungen 42
4.2 Belackung 43
4.2.1 Aufbau der Fotolacke 43
4.2.2 Aufbringen der Lackschichten 44
4.3 Belichtungsverfahren 46
4.3.1 Optische Lithografie (Fotolithografie) 47
4.3.1.1 Kontaktbelichtung 47
4.3.1.2 Abstandsbelichtung (Proximity) 48
4.3.1.3 Projektionsbelichtung 49
4.3.1.4 Verkleinernde Projektionsbelichtung 51
4.3.2 Elektronenstrahl Lithografie 53
4.3.3 Röntgenstrahl Lithografie 56
4.3.4 Weitere Verfahren zur Strukturierung 58
4.4 Lackbearbeitung 58
4.4.1 Entwickeln und Härten des Lackes 59
4.4.2 Linienweitenkontrolle 61
4.4.3 Ablösen der Lackmaske 62
4.5 Aufgaben zur Lithografietechnik 63
Inhaltsverzeichnis IX
5 Ätztechnik 65
5.1 Nasschemisches Ätzen 66
5.1.1 Tauchätzung 67
5.1.2 Sprühätzung 68
5.1.3 Ätzlösungen für die nasschemische Strukturierung 68
5.1.3.1 Isotrop wirkende Ätzlösungen 68
5.1.3.2 Anisotrope Siliziumätzung 70
5.2 Trockenätzen 71
5.2.1 Plasmaätzen (PE) 73
5.2.2 Reaktives Ionenätzen (RIE) 75
5.2.2.1 Prozessparameter des reaktiven Ionenätzens 76
5.2.2.2 Reaktionsgase 79
5.2.3 Ionenstrahlätzen 83
5.2.4 Trockenätzverfahren für hohe Ätzraten 84
5.3 Endpunktdetektion 86
5.3.1 Visuelle Kontrolle 86
5.3.2 Ellipsometrie 87
5.3.3 Spektroskopie 87
5.3.4 Interferometrie 88
5.3.5 Massenspektrometrie 88
5.4 Aufgaben zur Ätztechnik 89
6 Dotiertechniken 91
6.1 Legierung 92
6.2 Diffusion 94
6.2.1 Fick sche Gesetze 95
6.2.1.1 Die Diffusion aus unerschöpflicher Quelle 96
6.2.1.2 Die Diffusion aus erschöpflicher Quelle 98
6.2.2 Diffusionsverfahren 100
6.2.3 Ablauf des Diffusionsprozesses 102
6.2.4 Grenzen der Diffusionstechnik 103
6.3 Ionenimplantation 105
6.3.1 Reichweite implantierter Ionen 106
6.3.2 Channeling 108
X Inhaltsverzeichnis
6.3.3 Aktivierung der Dotierstoffe 109
6.3.4 Technische Ausfuhrung der Ionenimplantation 112
6.3.5 Charakteristiken der Implantation 116
6.4 Aufgaben zu den Dotiertechniken 117
7 Depositionsverfahren 119
7.1 Chemische Depositionsverfahren 119
7.1.1 Die Silizium Gasphasenepitaxie 119
7.1.2 Die CVD Verfahren zur Schichtdeposition 123
7.1.2.1 APCVD Verfahren 124
7.1.2.2 Low Pressure CVD Verfahren (LPCVD) 126
7.1.2.3 Plasma Enhanced CVD Verfahren (PECVD) 128
7.2 Physikalische Depositionsverfahren 129
7.2.1 Molekularstrahlepitaxie (MBE) 129
7.2.2 Aufdampfen 130
7.2.3 Kathodenzerstäubung (Sputtern) 132
7.3 Aufgaben zu den Abscheidetechniken 137
8 Metallisierung und Kontakte 138
8.1 Der Metall Halbleiter Kontakt 139
8.2 Mehrlagen Verdrahtung 144
8.2.1 Planarisierungstechniken 144
8.2.1.1 Der BPSG Reflow 145
8.2.1.2 Reflow und Rückätztechnik organischer
Schichten 146
8.2.1.3 Spin On Gläser 147
8.2.1.4 Chemisch mechanisches Polieren 148
8.2.2 Aufflillen von Kontaktöffnungen 150
8.3 Zuverlässigkeit der Aluminium Metallisierung 152
8.4 Kupfermetallisierung 154
8.4 Aufgaben zur Kontaktierung 158
Inhaltsverzeichnis XI
9 Scheibenreinigung 160
9.1 Verunreinigungen und ihre Auswirkungen 161
9.1.1 Mikroskopische Verunreinigungen 162
9.1.2 Molekulare Verunreinigungen 163
9.1.3 Alkalische und atomare Verunreinigungen 164
9.2 Reinigungstechniken 165
9.3 Ätzlösungen zur Scheibenreinigung 166
9.4 Beispiel einer Reinigungssequenz 168
9.5 Aufgaben zur Scheibenreinigung 170
10 MOS Technologien zur Schaltungsintegration 171
10.1 Einkanal MOS Techniken 171
10.1.1 Der PMOS Aluminium Gate Prozess 171
10.1.2 Die n Kanal Aluminium Gate MOS Technik 175
10.1.3 Die n Kanal Silizium Gate MOS Technologie 178
10.2 Der n Wannen Silizium Gate CMOS Prozess 181
10.2.1 Schaltungselemente der CMOS Technik 191
10.2.2 Latchup Effekt 195
10.3 Funktionstest und Parametererfassung 198
10.4 Aufgaben zur MOS Technik 200
11 Erweiterungen zur Höchstintegration 203
11.1 Lokale Oxidation von Silizium (LOCOS Technik) 203
11.1.1 Die einfache Lokale Oxidation von Silizium 204
11.1.2 SPOT Technik zur Lokalen Oxidation 207
11.1.3 Die SILO Technik 208
11.1.4 Poly buffered LOCOS 210
11.1.5 Die SWAMI LOCOS Technik 211
11.1.6 Graben Isolation 214
11.2 MOS Transistoren für die Höchstintegration 215
11.2.1 Durchbruchmechanismen in MOS Transistoren 217
11.2.1.1 Kanallängenmodulation 217
XII Inhaltsverzeichnis
11.2.1.2 Drain Durchgriff (Punch Through) 218
11.2.1.3 Drain Substrat Durchbruch (Snap Back) 219
11.2.1.4 Transistoralterung durch heiße Elektronen 220
11.2.2 Die Spacer Technik zur Dotierungsoptimierung 221
11.2.2.1 LDD n Kanal MOS Transistoren 221
11.2.2.2 P Kanal Offset Transistoren 224
11.2.3 Selbstjustierende Kontakte 227
11.3 SOI Techniken 231
11.3.1 SOI Substrate 231
11.3.1.1 FIPOS Füll Isolation by Porous Oxidized
Silicon 231
11.3.1.2 SIMOX Silicon Implanted Oxide 233
11.3.1.3 Wafer Bonding 235
11.3.1.4 ELO Epitaxial Lateral Overgrowth 236
11.3.1.5 Die SOS Technik 237
11.3.1.6 SOI Schichten durch
Rekristallisationsverfahren 238
11.3.2 Prozessführung in der SOI Technik 240
11.4 Transistoren mit Nanometer Abmessungen 242
11.5 Aufgaben zur Höchstintegrationstechnik 246
12 Bipolar Technologie 248
12.1 Die Standard Buried Collector Technik 249
12.2 Fortgeschrittene SBC Technik 252
12.3 Bipolarprozess mit selbstjustiertem Emitter 254
12.4 BiCMOS Techniken 258
12.5 Aufgaben zur Bipolartechnologie 260
13 Montage integrierter Schaltungen 262
13.1 Vorbereitung der Scheiben zur Montage 262
13.1.1 Verringerung der Scheibendicke 263
13.1.2 Rückseitenmetallisierung 264
13.1.3 Trennen der Chips 265
Inhaltsverzeichnis XIII
13.1.3.1 Ritzen 265
13.1.3.2 Lasertrennen 266
13.1.3.3 Sägen/Trennschleifen 267
13.2 Schaltungsmontage 267
13.2.1 Substrate/Systemträger 268
13.2.2 Befestigungstechniken 271
13.2.2.1 Kleben 271
13.2.2.2 Löten 272
13.2.2.3 Legieren 273
13.3 Kontaktierverfahren 274
13.3.1 Einzeldraht Kontaktierung (Bonding) 274
13.3.1.1 Thermokompressionsverfahren 275
13.3.1.2 Ultraschallbonden 277
13.3.1.3 Thermosonic Verfahren 280
13.3.2 Komplettkontaktierung 280
13.3.2.1 Spider Kontaktierung 281
13.3.2.2 Flipchip Kontaktierung 283
13.3.2.3 Beamlead Kontaktierung 285
13.4 Endbearbeitung der Substrate 287
13.5 Aufgaben zur Chipmontage 289
Anhang A: Lösungen der Aufgaben 290
Anhang B: Farbtabelle Oxiddicken 309
Anhang C: Chemische Verbindungen und Abkürzungen 310
Literaturverzeichnis 315
Stichwortverzeichnis 318
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