fundamentos de fabricação de circuitos integradosacacio/fpci06_processosdefabricacao_03.pdf ·...
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1UniSant'Anna - fevereiro de 2009 - Página
Fundamentos de Fabricação de
Circuitos Integrados
Prof. Acácio Luiz Siarkowski
- Processos de Fabricação de
Circuitos Integrados
2UniSant'Anna - fevereiro de 2009 - Página
Objetivos:
Visão geral do processo de fabricação dos Circuitos
Integrados (Fabricação Microeletrônica):
Deposição de Filmes Finos (Dielétricos,
Semicondutores e Condutores);
Litografia (Transferência de Padrões);
Difusão de Dopantes (Regiões Tipo N e Tipo P dos
Transistores);
Corrosão (Definição das Regiões Ativas de
Transistores, Contatos e Trilhas de interconexões).
Processos de Fabricação
Processamento das lâminas
PROCESSAMENTO
LIMPEZA
LÂMINA DE SILÍCIO
DEPOSIÇÃO DE FILMES FINOS
LITOGRAFIA
CORROSÃO
LÂMINA PROCESSADA
OXIDAÇÃO
DIFUSÃO DE DOPANTES
Difusão de Dopantes
-Processo usado para a criação de regiões tipo N e P
(fabricação de diodos e transistores integrados)
Exemplo: Transistor NMOS (MOSFET_fabrication.avi)
D
S
G
N N
P
Porta
DrenoFonte
Substrato
(Bulk)
(Gate)
(Source)(Drain)D
S
G
Símbolos
VGS
VDS
IDS
B
VS
VGVD
VB
Metal
Óxido
Difusão de Dopantes
- Processo usado para a criação de regiões tipo N ou P,
inserindo-se, respectivamente, fósforo ou boro no
substrato (fabricação de diodos e transistores integrados).
p+p+p+n+ n+ n+
cavidade p
VDD
VSS
Silício
policristalino
Metal
Óxido
Silício tipo n
Difusão de Dopantes
• É um importante meio para introduzir quantidades
controladas de dopantes na rede cristalina do silício.
• A introdução de dopantes na rede cristalina do silício,
altera sua propriedade elétrica, formando os diodos e
transistores.
Si
SiO2Região
modificada
X
X X
X
X XX
XX
X X
XXX XXX X X
Si
Si
Si
Si
Si
Si Si
Si
Si Si Si Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si Si
Si
Si Si Si Si
Si
X
X
Si
Si
X Si
X
Si Si Si Si
Si
X
X
Si
Si
X Si
X
Si Si Si Si
Difusão de Dopantes
a) Difusão de dopantes
em atmosfera gasosa
b) Implantação iônica
temperaturas normais de
difusão (700-1000ºC)
Fontes tipo N:
•Fosfina
•Pentóxido de fósforo
•Oxicloreto de fósforo
Fontes tipo P:
Tricloreto de Boro
Diborana
Tribrometo de Boro
Corrosão
CORROSÃO - ETCHING
- CORROSÃO ÚMIDA / USA-SE SOLUÇÕES QUÍMICAS
- CORROSÃO SECA / USA-SE UM PLASMA REATIVO
OBS: NORMALMENTE SE UTILIZA A CORROSÃO ÚMIDA
OU SECA PARA REMOÇÃO PARCIAL DE MATERIAL. NO
ENTANTO, OS MESMOS PROCESSOS TAMBÉM SÃO
UTILIZADOS PARA REMOÇÃO COMPLETA DO MATERIAL
(STRIPING).
Corrosão
CORROSÃO ÚMIDA / SOLUÇÕES QUÍMICAS
É UM PROCESSO PURAMENTE QUÍMICO, QUE POSSUI
SÉRIAS DESVANTAGENS:
• FALTA DE ANISOTROPIA
• DIFÍCIL DE CONTROLAR
• GERA MUITO PARTICULADO
• DEPENDE DA ORIENTAÇÃO CRISTALOGRÁFICA
ENTRETANTO, É MUITO SELETIVO E GERALMENTE
NÃO DANIFICA O SUBSTRATO.
Corrosão
filme
fotorresiste
filme
fotorresiste
anisotrópica isotrópica
NESTE CASO, PODE-SE PENSAR NA SELETIVIDADE
ENTRE O FOTORRESISTE E O FILME.
Corrosão
SELETIVIDADE
É A RELAÇÃO ENTRE AS TAXAS DE CORROSÕES DO
FILME A SER REMOVIDO E DO SUBSTRATO OU DE UM
FILME.
ANISOTROPIA
É A RELAÇÃO ENTRE AS TAXAS DE CORROSÕES
HORIZONTAL E VERTICAL.
efotoresist do corrosão de taxa
filme do corrosão de taxaS
verticalna filme do corrosão de taxa
horizontal na filme do corrosão de taxa1A
Corrosão
FILMES - ALGUMAS CORROSÕES ÚMIDAS
- ÓXIDO DE SILÍCIO: ÁCIDO FLUORÍDRICO COM OU SEM
FLUORETO DE AMÔNIO.
- NITRETO DE SILÍCIO: ÁCIDO FLUORÍDRICO COM OU
SEM FLUORETO DE AMÔNIO ou ÁCIDO FOSFÓRICO
AQUECIDO A 195 C.
- SILÍCIO MONO E POLICRISTALINO: ÁCIDO
FLUORÍDRICO COM ÁCIDO NÍTRICO ou HIDRÓXIDO DE
POTÁSSIO.
- ALUMÍNIO: ÁCIDO FOSFÓRICO COM ÁCIDO NÍTRICO.
Corrosão
CORROSÃO SECA – PLASMA ETCHING
É UM PROCESSO QUE PODE SER PURAMENTE QUÍMICO
OU QUÍMICO MAIS FÍSICO. VAI DEPENDER DO TIPO DE
REATOR UTILIZADO E DOS GASES DA CORROSÃO.
O AUMENTO NAS APLICAÇÕES DOS PROCESSOS
UTILIZANDO PLASMAS, É DEVIDO A REDUÇÃO DAS
DIMENSÕES DOS DISPOSITIVOS ELETRÔNICOS.
MUITOS DOS DISPOSITIVOS ATUAIS NÃO PODEM SER
OBTIDOS POR CORROSÃO ÚMIDA PORQUE A SOLUÇÃO
NÃO PENETRA EM PEQUENAS CAVIDADES.
NOS PROCESSOS DE PLASMA TEMOS MENOS
QUANTIDADE DE SUBPRODUTOS PARA DESCARTE
(PREOCUPAÇÃO AMBIENTAL)
Corrosão
MECANISMO DA CORROSÃO SECA
- INTRODUÇÃO DO GÁS
- GERAÇÃO DAS ESPÉCIES REATIVAS POR PLASMA
- DIFUSÃO PARA SUPERFÍCIE DO SUBSTRATO E
ADSORÇÃO
- DIFUSÃO SUPERFICIAL PARA REAGIR COM O FILME
- PRODUTO DA REAÇÃO DEVE SER DESORVIDO DA
SUPERFÍCIE
- EXAUSTÃO DO GÁS NÃO REAGIDO E PRODUTOS DA
REAÇÃO
Corrosão
PROBLEMAS COM CORROSÃO SECA
- Resíduos na forma sólida (não foram removidos da superfície )
Corrosão
EXEMPLO DE CORROSÃO DE SILÍCIO
A SUPERFÍCIE DA AMOSTRA É ATINGIDA POR RADICAIS OU
ÁTOMOS. ÍONS POSITIVOS CHEGAM COM MUITO BAIXA ENERGIA E
NÃO CONTRIBUEM PARA A CORROSÃO.
2 e- + 2 CF4 CF3 + CF2 + 3 F + 2 e-
F + CF2 CF3 (RECOMBINAÇÃO)
4 F + Si SiF4 (Gasoso) (CORROSÃO DO Si)
n CF2 + superfície (CF2)n (POLIMERIZAÇÃO)
Corrosão
PRINCIPAIS FILMES CORROÍDOS POR CORROSÃO SECA
- FOTORESISTE
CxHyOz + O2 CO + CO2 + H2O + ....
- SILÍCIO (CORROSÃO DE PORTA DE SILÍCIO
POLICRISTALINO)
DRENO FONTE
ÓXIDO
SILÍCIO POLIALUMÍNIO
CORROSÃO MAIS EFICIENTE ATRAVÉS DA UTILIZAÇÃO
DE GASES FLUORADOS: CF4, SF6.
Corrosão
PRINCIPAIS FILMES CORROÍDOS POR CORROSÃO SECA
- ÓXIDO DE SILÍCIO
EM GERAL A TAXA DE CORROSÃO DO SILÍCIO É MAIOR
DO QUE A DO ÓXIDO DE SILÍCIO. PARA AUMENTAR A
SELETIVIDADE É UTILIZADO POLÍMERO, GERADO
DURANTE A PRÓPRIA CORROSÃO, PARA PROTEGER AS
PAREDES DO SILÍCIO.
CF4 + H2 + e- CXHYF3 + F + e-
SiO2 + 4 F SiF4 + O2
Corrosão
PRINCIPAIS FILMES CORROÍDOS POR CORROSÃO SECA
- ALUMÍNIO
Al + CCl4 AlCl3 + .....
O PRINCIPAL PROBLEMA DESTE TIPO DE CORROSÃO É
A REMOÇÃO DO Al2O3, QUE É BASTANTE FINO MAS
MUITO ESTÁVEL, SENDO DIFÍCIL DE SER REMOVIDO.
PROBLEMA A SER EVITADO É A FORMAÇÃO DE HCl, DA
REAÇÃO DO Cl E VAPOR D’ÁGUA DO AMBIENTE.