MiTe

• Festkörper werden je nach Grad ihrer Kristallinität in amorph und kristallin unterteilt.

• Kristalline Festkörper können polykristallin oder einkristallin sein.

Beispiel:

1. Ermittlung der Schnittpunkte mit den Achsen: a=4, b=2 und c=5

2. Bildung der Kehrwerte: 1/4, 1/2, 1/5,

3. Hauptnenner bestimmer: hier 20 → 5/20, 10/20, 4/20

4. Hauptnenner streichen: 5, 10, 4

5. Millersche Indices: (hkl) = (5 10 4)

Es gibt 14 verschiedene Bravais-Gitter

Silizium kristallisiert im Diamantgitter, welches aus zwei versetzten kubisch-flächenzentrierten Gittern besteht

1. Herstellung von metallurgischem Silizium

2. Reinigung zum Electronic Grade Silicon (EGS)

3. Einkristallherstellung

Quartz wird mithilfe von Kohlenstoff im Bogenofen bei 1500..2000 °C reduziert:

𝑆𝑖𝑂2 + 2 𝐶 → 𝑆𝑖 + 2 𝐶𝑂

Das entstehende Silizium hat eine Reinheit von 98...99 %

Siemens-Prozess (Trichlorsilan-Prozess)

Im Wirbelschichtreaktor wird pulverförmiges metallurgisches Si mit gasförmigem HCl

umgewandelt:

Durch pyrolytische Zersetzung des Trichlorsilans wird höchstreines poly-Silizium an

widerstandsbeheizten Si-Seelen abgeschieden:

1. Czochralski (CZ)-Verfahren

2. Floatzone (FZ)-Verfahren

Ein Keimkristall des zu züchtenden Materials (einkristallines Si) wird in die zu kristallierende Substanz (poly-Silizium) wenige Grad über dem Schmelzpunkt eingetaucht. Durch langsames Drehen

und Nach-oben-ziehen wächst das erstarrende Material mit dem gleichen Kristallgitter des Keimkristalls.

Ein rotierender poly-Si Stab wird durch eine Induktionsheizung in einer schmalen Zone am Ende aufgeschmolzen und mit einem Impfkristall in Berührung gebracht. Während der Stab langsam rotiert, wird die Schmelzzone langsam durch den Stab bewegt – die erstarrende Schmelze wächst mit der selben Kristallstruktur wie der Keim. Verunreinigungen sammeln sich in der Schmelzzone und lagern sich schließlich an einem Ende des Stabes an, der nach dem Erkalten entfernt wird.

Segregation

Dotierstoffverteilung

1. Rundschliff

2. Markierung

3. Innenlochsäge

4. Drahtsäge

5. Läppen und Kantenverrunndung

6. CMP

7. Polieren

Zunächst wird der Silizium-Einkristall rundgeschliffen und auf den gewünschten Durchmesser

gebracht.

Danach wird der Einkristall mittels Abflachung (Flat) oder Kerbe (Notch) markiert.

Die Einkristall-Stäbe werden nun getrennt für das anschließende Drahtsägen. Dies passiert mit einer Innenlochsäge.

Das Drahtägen ist die modernste Sägemethode und ist Standard ab 300 mm Waferdurchmesser.

Die Wafer werden nun geläppt und ihre Kanten werden verrundet um die Bruchgefahr zu verringern.

Nun werden die Wafer mittels Chemomechanischem Polieren (CMP) geätzt und poliert. In Kapitel 6 wird genauer auf diese Methode eingegangen.

Abschließend werden die Wafer noch einmal poliert.

FZ-Verfahren, da es hier keinen Tiegel gibt, welcher die Quelle für Verunreinigungen beim CZ-Verfahren ist.

Der Segregationskoeffizient k.

Im Lithographieprozess werden die Strukturen von einer Maske auf das Substrat übertragen. Die Lithographie stellt deshalb eine zentrale und mehrfach wiederholte (ca. 30 mal bei modernen Prozessen) Prozesssequenz dar.

- Belacken

- Belichten

- Entwickeln

Zusätzlich sind eine Reihe von thermischen Prozessen für die Lackbehandlung erforderlich.

Danach erfolgt entweder ein Dotierungs- oder ein Ätzprozess. Schließlich muss der Photolack wieder entfernt werden.

Um die Strukturfeinheit eines Lithographieprozesses beurteilen zu können, wird neben der Strukturbreite häufig das Pitchmaß als die Summe aus Strukturbreite (W) und Abstand (D) betrachtet. Das Pitchmaß ist unabhängig von der Form und Steilheit der Kanten.

Die numerische Apertur ist ein Maß für das Licht, welches eine Linse aufnehmen kann.

Damit bestimmt die numerische Apertur eines optischen Systems auch dessen Auflösung:

Quasi, wie klein kann ich die Strukturen auflösen.

Gemäß dem Rayleigh- Kriterium wird der minimale Abstand, der noch aufgelöst werden kann, dadurch definiert, dass der Abstand der Beugungsscheibchen größer als der Radius des

Minimums erster Ordnung sein muss. Die Intensität in Abhängigkeit vom Abstand zum Mittelpunkt ist durch die Besselfunktion gegeben. Dadurch ergibt sich die minimale Auflösung zu:

Sparrow hat deshalb ein alternatives Kriterium eingeführt. Dieses besagt, dass die Auflösungsgrenze dadurch definiert ist, dass die Helligkeitsmodulation völlig verschwindet. Das ist genau dann der Fall, wenn der Abstand der Strukturen eine halbe Wellenlänge beträgt.

Die Tiefenschärfe (engl. DOF= Depth of Focus oder Depth of Field) gibt an, wie weit das Objekt aus der optimalen Focusebene verschoben werden darf, um immer noch scharf abgebildet zu werden. Gemäß dem Rayleigh- Kriterium kann die Tiefenschärfe angegeben werden als:

Wird die Numerische Apertur erhöht, um die Auflösung

zu verbessern, so hat dies eine quadratische Abnahme

der Tiefenschärfe zur Folge.

• Die Wellenlänge λ

• Die numerische Apertur NA

• Den k1-Faktor

he der eigentliche Photolack aufgebracht wird, muss in der Regel die Oberfläche vorbehandelt werden. Im ersten Schritt erfolgt ein Ausheizvorgang um Wasser von der Oberfläche zu

entfernen und die hydratisierte Oberfläche in eine Silanoloberfläche zu verwandeln. Das Ausheizen erfolgt bei Temperaturen um 160-200 °C im Ofen (ca. 20 Minuten) oder auf einer Heizplatte (engl. Hotplate, ca. 2 Minuten).

HMDS - Hexametyldisilazan

Zum Aufbringe des Haftvermittlers gibt es zwei Möglichkeiten:

• Aufschleudern

• Dampfphasenabscheidung durch Bubbler auf geheizte (75°C – 120°C) Substrate

Photolacke sind Polymere, die photosensitiv sind.

Positiv-, Negativ- und Umkehrlacke

Je nachdem, ob nach der Belichtung der

belichtete Teil des Lackes lösbar oder unlösbar wird, spricht man von Positivlacken oder von Negativlacken. Ein Lack, der durch eine geeignete Behandlung sein Verhalten ändern kann, wird

als Umkehrlack bezeichnet.

Fotolacke bestehen häufig aus

folgenden drei Komponenten:

• Filmbildner (engl.: resin)

• Fotoaktive Komponente

• Lösungsmittelsystem

In der Immersionslithographie (siehe 3.3) kann es nötig sein, den Lack vor der Einwirkung des Wassers (oder einer anderen Immersionsflüssigkeit) zu schützen . Dazu kann eine spezielle UV durchlässige und wasserundurchlässige Deckschicht aufgebracht werden.

Nach der Entwicklung muss der Entwickler von dem Substrat entfernt werden, die Reste mit deionisiertem Waser abgespült und die Scheiben getrocknet werden.

Schließlich erfolgt ein weiterer Ausheizschritt ( hard bake ), um Lösungsmittelreste auszutreiben und den Lack für die nachfolgende Prozessierung zu Härten. Zusätzlich kann der Lack durch eine UV Bestrahlung gehärtet werden.

Je weiter runter, desto stärker das Verfahren.

• Bei der Kontaktbelichtung ist die Maske im direkten Kontakt mit dem Substrat .

• Bei der Proximitybelichtung befindet sich ein kleiner Spalt zwischen Maske und Substrat .

• Bei der Projektionsbelichtung wird die Maske über ein optischen System auf das Substrat abgebildet . Bei der Projektionsbelichtung werden die Strukturen üblicherweise um einen Faktor 4 oder 5 verkleinert abgebildet.

Bei der Projektionsbelichtung wird üblicherweise eine im Maßstab 5:1 oder 4:1 vergrößerte Version der Struktur auf die Maske aufgebracht. Dies hat zur Folge, dass nur noch einige Bauteile pro Maske untergebracht werden können.

Voraussetzung:

• Vakuum

• Spielgeloptiken

und Immersionslithographie.

NA bis 1,35

a) Röntgenstrahlung - Wellenlänge λ = 0,5 - 2 nm

Es ergeben sich allerdings zwei Problemfelder:

1) Strahlungsquellen: Röntgenröhren sind sehr lichtschwach.

Synchrotronstrahlung ist hervorragend geeignet, aber aufwendig (Beschleunigerring). aber: Synchrotronstrahlung ist aufgrund der

Kohärenz auch für die Tiefenlithographie (LIGA Verfahren) sehr gut geeignet.

2) Fehlende Abbildungsoptik: Nur Kontakt oder Proximityverfahren möglich -> Aufwendige Masken

b) Elektronenstrahllithographie

Die Elektronenstrahllithographie hat heute zwei

Anwendungen:

• Herstellung von Masken

• Direktes Belichten von wenigen Substraten für die Forschung bzw. Kleinserienproduktion.

• Optische Lithographie

• Röntgenlithographie

• Elektronenstrahllithographie

• Ionenstrahllithographie

• Kontaktbelichtung (begrenzt durch Fresnelbeugung)

• Proximity Belichtung (begrenzt durch Fresnelbeugung)

• Projektionsbelichtung (begrenzt Fraunhofer Beugung)

• Thermische Schichtherstellung

• Physikalische Schichtabscheidung

• Chemische Gasphasenabscheidung

• Siliciumdioxid ist sehr wichtig

• Amorphen ist für uns wichtig

  
  

  -> Warum Amorph?

  Da es sich einfacher herstellen lässt und es hat keine Korngrenzen - Über Korngrenzen können Ströme fließen

• die Oberfläche wächst nach oben

• Sauerstoff geht es langsam - hohe Termperaturen werden benötigt - für dünne Schichten und gute Grenzschichten

• Wasserdampf - es geht schneller, aber die Qualität ist nicht so gut - für dicke Schichten

• Links ist der Sauerstoff oder Wasserdampf, die ins Silicium eindringen

Fluss J1:

• Je höher der Partialdruck, desto größer der Fluss

Fluss J2:

C0: Oberflächenkonzentration

Ci: Konzentration an der Grenzfläche

x0: Dicke der Oxidationsschicht

D: Diffusionskonstante

Fluss J3:

• Ratenkonstanten müssen gegeben sein

• Oxidationsofen

• Wasserdampferzeugung

• in wenigen Sekunden wird das Wafer erhitzt

• hohe Temperaturen aufheizen und langsamabscheiden - damit die Atome Zeit haben sich zu finden

• Argongas wird zu einem Plasma angeregt

• hohe Spannung anlegen

• positive Ionen sind hier interessant

In einem Plasma gibt es:

• Für die Kathodenzerstäubung werden heutzutage meist Mehrkammeranlagen eingesetzt

• das Taget ist kleiner als das Substrat

• 
  

Energiezufuhr:

• Thermisch

• durch ein Plasma

Entweder ist die chemische Reaktion oder die Diffusion geschwindigkeitslimitierend.