Fundamentos de Fabricação de Circuitos Integrados

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1 Fundamentos de Fabricação de Circuitos Integrados - Processos de Fabricação de Circuitos Integrados Prof. Acácio Luiz Siarkowski UniSant'Anna - fevereiro de Página 1

2 Processos de Fabricação 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). UniSant'Anna - fevereiro de Página 2

3 Processamento das lâminas PROCESSAMENTO LÂMINA DE SILÍCIO LIMPEZA OIDAÇÃO DIFUSÃO DE DOPANTES DEPOSIÇÃO DE FILMES FINOS LITOGRAFIA CORROSÃO LÂMINA PROCESSADA

4 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) I DS D Símbolos V DS D Porta (Gate) Fonte (Source) V G V D V Metal S Óxido Dreno (Drain) G G B N N P V GS S S V B Substrato (Bulk)

5 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). V DD V SS n + p + p + n + n + p + Silício tipo n cavidade p Silício policristalino Metal Óxido

6 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 Região modificada SiO 2 Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si

7 Difusão de Dopantes a) Difusão de dopantes em atmosfera gasosa temperaturas normais de difusão ( ºC) Fontes tipo N: Fosfina Pentóxido de fósforo Oxicloreto de fósforo Fontes tipo P: Tricloreto de Boro Diborana Tribrometo de Boro b) Implantação iônica

8 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).

9 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.

10 filme fotorresiste anisotrópica filme isotrópica fotorresiste NESTE CASO, PODE-SE PENSAR NA SELETIVIDADE ENTRE O FOTORRESISTE E O FILME.

11 CORROSÃO ISOTRÓPICA CORROSÃO ANISOTRÓPICA

12 SELETIVIDADE É A RELAÇÃO ENTRE AS TAAS DE CORROSÕES DO FILME A SER REMOVIDO E DO SUBSTRATO OU DE UM FILME. S ANISOTROPIA taxa taxa de corrosãodo filme de corrosãodo fotoresiste É A RELAÇÃO ENTRE AS TAAS DE CORROSÕES HORIZONTAL E VERTICAL. A 1 taxa de corrosãodo filme na horizontal taxa de corrosãodo filme na vertical

13 FILMES - ALGUMAS CORROSÕES ÚMIDAS - ÓIDO 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 HIDRÓIDO DE POTÁSSIO. - ALUMÍNIO: ÁCIDO FOSFÓRICO COM ÁCIDO NÍTRICO.

14 CORROSÃO SECA PLASMA ETCHING 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. É UM PROCESSO QUE PODE SER PURAMENTE QUÍMICO OU QUÍMICO MAIS FÍSICO. VAI DEPENDER DO TIPO DE REATOR UTILIZADO E DOS GASES DA CORROSÃO. NOS PROCESSOS DE PLASMA TEMOS MENOS QUANTIDADE DE SUBPRODUTOS PARA DESCARTE (PREOCUPAÇÃO AMBIENTAL)

15 REATOR CORROSÃO SECA PLASMA ETCHING CF 4 RF CAMARA F SiF 2 SiF 4 BOMBA

16 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 - EAUSTÃO DO GÁS NÃO REAGIDO E PRODUTOS DA REAÇÃO

17 PROBLEMAS COM CORROSÃO SECA - Resíduos na forma sólida (não foram removidos da superfície )

18 EEMPLO DE CORROSÃO DE SILÍCIO A SUPERFÍCIE DA AMOSTRA É ATINGIDA POR RADICAIS OU ÁTOMOS. ÍONS POSITIVOS CHEGAM COM MUITO BAIA ENERGIA E NÃO CONTRIBUEM PARA A CORROSÃO. 2 e CF 4 CF 3 + CF F + 2 e - F + CF 2 CF 3 (RECOMBINAÇÃO) 4 F + Si SiF 4 (Gasoso) (CORROSÃO DO Si) n CF 2 + superfície (CF 2 ) n (POLIMERIZAÇÃO)

19 PRINCIPAIS FILMES CORROÍDOS POR CORROSÃO SECA - FOTORESISTE C x H y O z + O 2 CO + CO 2 + H 2 O SILÍCIO (CORROSÃO DE PORTA DE SILÍCIO POLICRISTALINO) SILÍCIO POLI ALUMÍNIO ÓIDO DRENO FONTE CORROSÃO MAIS EFICIENTE ATRAVÉS DA UTILIZAÇÃO DE GASES FLUORADOS: CF 4, SF 6.

20 PRINCIPAIS FILMES CORROÍDOS POR CORROSÃO SECA - ÓIDO DE SILÍCIO EM GERAL A TAA DE CORROSÃO DO SILÍCIO É MAIOR DO QUE A DO ÓIDO DE SILÍCIO. PARA AUMENTAR A SELETIVIDADE É UTILIZADO POLÍMERO, GERADO DURANTE A PRÓPRIA CORROSÃO, PARA PROTEGER AS PAREDES DO SILÍCIO. CF 4 + H 2 + e - C H Y F 3 + F + e - SiO F SiF 4 + O 2

21 PRINCIPAIS FILMES CORROÍDOS POR CORROSÃO SECA - ALUMÍNIO Al + CCl 4 AlCl O PRINCIPAL PROBLEMA DESTE TIPO DE CORROSÃO É A REMOÇÃO DO Al 2 O 3, 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.