Sauter

Gebilde, bei dem

• durch Verschalten verschiedener aktiver und passiver elektronischer Bauelemente

• auf einen Chip komplexe elektrische Schaltungen

• mit analogen oder digitalen Funktionen

realisiert werden können.

Lithographie

• Aufbringen lichtempfindlicher Schicht auf Wafer

• Belichtung

• Entwicklung

• Übertrag der Struktur (Folgeprozess)

• Entfernen der lichtempfindlichen Struktur

Kontaktbelichtung (älteste)

• 1:1 Übertrag der Strukturen

• mechanischer Kontakt benötigt —> Abrieb, Schmutz

Abstandsbelichtung

• 2um Abstand zwischen Maske und Scheibe

• schlechtere Abbildung kleinster Strukturen

• Auflösung bis ~ 4um

reduzierte Projektionsbelichtung (gängig)

• Reduktion := 1:3 bis 1:10 Übertrag der Strukturen

• größte Strukturgenauigkeit der Verfahren

Technologie wird immer besser.

Bessere Auflösungen bringen z.B. mehr Strukturen auf die selbe Waferfläche, somit erhöht sich ebenso die mögliche Anzahl herzustellender Chips.

Das Mooresche gesetzt ist keine Naturgesetz, sondern Zielvorgabe, welche das Wachstum der Chipindustrie sichern soll.

Positivlacke werden durch Beleuchtung im Entwickler löslich

—> Unbelichtete Lackstrukturen bleiben stehen

Negativlacke werden durch Beleuchtung chemisch stabiler

—> Belichtete Lackstrukturen bleiben stehen

Elementare Halbleiter

• aus nur einem Element

  • Si, Ge

Verbindungshalbleiter

• aus verschiedenen Stoffen,

  • Galliumarsenid, Indiumarsenid, Indiumphosphit

Halbleiterverbindung aus 3-wertigen und 5-wertigen Elementen.

• Phospide (Galliumphospid)

• Arsenide (Galliumarsenid)

Halbleiter in der Regel aus Silizium aufgebaut

• Silizium (4) + Phosphor (5) —> 1 Elektron Überschuss

  • freie Elektronen

• Verunreinigung des Silizium mit Phosphor

  • = n-Typ Dotierung

• Silizium (4) + Bor (3) —> 1 Elektron zu wenig

  • = freies Loch

• Verunreinigung des Silizium mit Bor = p-Typ Dotierung

Durch die Miniaturisierung geht exponentielle Zunahme der Herstellungkosten einher.

Es werden der Technologie geschuldet neue Fertigungsanlagen, etc. benötigt.

Daher müssen die Produkte schnell auf den Markt gebracht werden solange diese noch aktuell sind.

Kontaktbelichtung

• Maske wird auf Siliziumscheibe gepresst

• belichtet

• 1:1 Strukturübertragung.

Durch den notwendigen mechanischen Kontakt zwischen Maske und Scheibe kann dies zu Abrieb oder Verunreinigung führen

• Auflösung hängt von Wellenlänge der verwendeten Strahlung ab.

• mit kurzwelliger Strahlung sind feinere Strukturen erzeugbar.

• mittlerweile Vakuum-UV für Strukturen <200nm

Polykristallines Silizium besteht aus mehreren kleinen Siliziumkristallen.

Monokristallines Silizium besteht aus einem homogenen Kristallgitter durch gleichmässige Färbung zu erkennen.

Silicon-on-Isolator

• Kürzere Schaltzeiten und geringere Leistungssaufnahme

• Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate

Verfahren

• Separation by implantiation of Oxygen (SIMOX)

• Smart-Cut

Separation by implantation of Oxygen

• Anreicherung mit Sauerstoffionen

• durch Ionenimplantation in bestimmte Tiefe

• Tempern (erhitzen)

• Verbindung von Si + O2 —> SiO2 in der Tiefe

• Bonding Technologie zum Verbinden 2er Wafer

• Wasserstoffionen implantation in oxidierten Wafer

• nach Erwärmung lassen mechanische Spannungen den Wafer aufplatzen

• Abbruchwafer wird geschliffen und poliert, kann weiter verwendet werden

• feiner Strahl rastert Oberfläche ab, wird je nach Gebiet ein-/ausgeschaltet

• schreibt ebenso auf Lackschicht (diese wird löslich à positivlack)

• Wellenlänge Elektron < Licht à Strukturen im nm-Bereich problemlos

• hoher Zeitverbrauch

  
  

  wichtigstes Anwendungsgebiet:

  • CAD-gestützte Erzeugung von Masken

• polykristallines Silizium in Tiegel zum Schmelzen

• Impfkristall in Schmelze getaucht

• unter langsamer Drehbewegung aus Schmelze gezogen

• mehre Stunden bis einem Tag

• Silizium wächst auf Impfkristall

• durch langsame Bewegung entsteht idealer Kristall

• bestimmte Verunreinigungen lösen sich aus Quarztiegel

 Floating-Zone Verfahren (Zonenschmelzen)

-          Polykristalliner Siliziunstab als ganzes weiterverarbeitet.

-          Lokale Erwärmung in HF-Spule

-          Verunreinigungen lösen sich in Schmelzzone

Strainted Silicon

- ins Silizium eingebrachte Fremdatome  mit unterschiedlicher Gitterkonstante

- führt zu Verspannung im Siliziumgitter

- führt zur Veränderung der Ladungsträgerbeweglichkeit.

(bessere Beweglichkeit)

• Durch die Rekombination emmittierenen Elektronen Photonen

• Wellenlänge abhängig von Materialsystem und Dotierung

  • —> Banklücke zw. Valenz- / Leitungsband

  • GaAs —> rotes Licht

Above wavelength:

• Struktur die erzeugt werden können sind größer als die verwendete Wellenlänge

Near wavelength:

• Struktur die erzeugt werden können sind ähnlich als die verwendete Wellenlänge

sub wavelength:

• Struktur die erzeugt werden können sind weit kleiner als die verwendete Wellenlänge

Excimer-Laser

Optical Proximity Correction

Es werden Abbildungsfehler und -ungenauigkeiten durch Veränderung der Maske korrigiert.

Diese geschieht mittels CAD

Die Vorlage.

• transparente Quarzplatte mit Chrom beschichtet.

• Strukturen auf Maske mittels Elektronenstrahllithografie.

• Maskenstrukturen 4-5x größer als auf Scheibe

Speicherkondensator, entlädt sich über die Zeit

• PMOS und NMOS übereinander

• Vermeidet Querstrom, da einer immer sperrt

• vergrabene Schicht Kontaktierung zur kontaktierung des Kollektors

• Erzeugung über Antimon-Implantation

Bei npn: Kollektor n-gebiet

Bei pnp: Kollektor p-Gebiet

• Dynamisch

  • Ladungsspeicherung auf Kondensator,

  • Kondensator planar zu Waferoberfläche

• Statisch

  • 2 Inverter als RS-FlipFlop

• Nichtflüchtig: ?

platzsparend

Heterojunction Bipolar Transistor

• hohe Transitfrequenzen

• —> hohe Taktraten

Wirkmechanismus

• Ge hat kleinere Bandlücke als Si

• Kombination mit einstellbarer Bandlücke

• Ge Konzentration wird gradiert und nimmt linear zu

• parallel dazu: Bandlücke sinkt —> Leitungsband sinkt

• —> wirkt wie ein zusätzliches elektrisches Feld das durch Basis diffundierende Elektronen beschleunigt

Local Oxidation of Silicon

• SiO2 als dünne Schicht aufgetragen

• SiN über dem Bereich dernicht von LOCOS beeinflusst werden soll

• durch thermische Oxidation wird Oxidschicht aufgetragen (wächst bist zu 30% in Silizium rein)

• Nitrid + Padoxid nasschemisch entfernen

Shallow-Trench-Isolation

Zum Umgehen Platzproblem LOCOS

• Ätzen eines Graben in Si und mit Oxid gefüllt

• Ätzprozess über Maske aus SiN

• Planarisierung des Oxid mittels CMP

• Elektronen können durch sehr dünne Barrieren tunneln

• SiO2 wird bei Spannung sehr dünn

• Elektronen tunneln durch

• entspannt sich SiO2 können Elektronen nicht zurück

• Energie um ein Elektron aus dem Ferminiveau aus Metall zu entfernen.

• dazugehöriges Niveau ist Vakuumniveau

Spannung um am p-n-Übergang die Raumladungszone zu überwinden.

p-n-Übergang:

• Elektronen und Löcher rekombinieren

• Verarmungszone ohne freie Ladungsträger

• Elektrisches Feld von ~0.7V

• Negative Ladungen sammeln sich an Gateoxid

• Fermieniveau wird aufgehoben

• LB und VB passen sich an und verbiegen sich

Bei der Herstellung können Alkaliionen eingebaut werden

—> positive Oxidladungen im Gate

• Konforme Abscheidung,

• auftragen isolierender Schicht

• anisotropes ätzen von oben nach unten

• an Schichtkante Reste der Isolierenden Schicht

Anwendung:

• Kanten und Stufen auf Wafer gegen Angriffe zu schützen

• elektrisch isolieren

• Polysiliziumschichten:

  • Gute Linearität, hohes Rauschen im Strom

• Dotierte Gebiete:

  • Spannungsabhängig bei hohen Widerstand und niedriger Dotierung