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TECNICAS DE FABRICACION DE SEMICONDUCTORES Ing. Christian Aldaco Ariana Ortiz Dario Lopez Sergio Avalos Felipe Cedillo Rebeca De la Rosa Instituto Tecnológico de Saltillo
Instituto Tecnológico de Saltillo Proceso mediante el cual se crea un dispositivo semiconductor.
FABRICACION DE SEMICONDUCTORES Generalmente Silicio Mediante el uso de material semiconductor intrínseco.
Instituto Tecnológico de Saltillo El proceso completo de fabricación toma de 6 a 8 semanas.
Se realiza en instalaciones sumamente Especializadas Son llamadas ‘Fabs’
CONTROL DE CONTAMINACION EN ‘FABS’
Instituto Tecnológico de Saltillo Partículas: Objetos que se adhieren a la superficie de las obleas.
Estatica.
TIPOS CONTAMINACION Impurezas Metalicas.
Contaminantes Organicos: Lubricantes o Bacterias.
Instituto Tecnológico de Saltillo Uso de Robots para el transporte de Obleas Habitación Sin Estática Control de Contaminación Filtros de Aire Uso de Ropa Antiestática
Instituto Tecnológico de Saltillo Categorías de Procesos Deposición Retiro Modelar * Proceso que crezca o genere capas.
* Proceso en que se quita el material de la oblea en forma de granel.
* Procesos que alteran la forma existente de los materiales depositados.
Modificación Características Eléctricas * Dopado del semiconductor
PREPARACION DE OBLEAS
Instituto Tecnológico de Saltillo Agregar Cristales de Si en horno.
Se mezclan y se funden.
Mediante Rotación Se enfría Se rebana el lingote Se retira la molienda Se obtiene un lingote A la rebanada se le conoce como oblea Se da un acabado a los bordes y son refinadas Sirve como base para la fabricación del semiconductor Se aplica Polish Se inspecciona la Oblea
METODO DE CZOCHRALSKI
Instituto Tecnológico de Saltillo Obtención de obleas destinadas a la fabricación de transistores y circuitos integrados.
Uso de materiales tipo N (Fosforo, Arsénico o Antimonio) Procedimiento para la obtención de lingotes monocristalinos Mediante un Cristal Semilla Uso de materiales tipo P (Boro, Indio o Galio)
Instituto Tecnológico de Saltillo Coloca el Si puro y se calienta hasta fundirlo Se obtiene lingote puro Se añaden impurezas tipo P o N Se gira, mediante los giros comienza a formarse Se introduce la semilla
MECANICA QUIMICA DE PLANARIZACION
Instituto Tecnológico de Saltillo Proceso de Acondicionamie nto de la Superficie Uso de mezcla de químicos para pulir la superficie de la oblea Puede ser considerado como un hibrido de ataque químico y pulido
PREPARACION DE OBLEAS
OXIDACION TERMICA
• Seca • Húmeda
Instituto Tecnológico de Saltillo Obleas de Si Sometidas a una Limpieza Rigurosa Montan en Carrete de Cuarzo Puede ser Vertical / Horizontal Se sitúa dentro de un Horno Carrete se introduce en un tubo de Cuarzo Entre 850 °C y 1100 °C Se calienta el Horno por Resistenci a Se aplica 𝑂 2 o 𝐻 2 de 𝑂 según tipo Oxidación Obtención de la Oblea con Oxido Tiempo
Instituto Tecnológico de Saltillo Oxigeno Puro Oxido de Mayor Calidad OXIDACION SECA 1200 °C Menos Defectos Mas Lento
Instituto Tecnológico de Saltillo 900 °C a 1000 °C Vapor de Agua OXIDACION HUMEDA Mas Rápido Mayores Defectos
Instituto Tecnológico de Saltillo USOS Separar dos Capas de materiales Conductores La capa Como Mascara en otros Procesos Usa como Aislante para separar dos dispositivos de Oxidación
DEPOSICION
• Química • Física
Deposición Química de vapor (CVD)
• Presión atmosférica • Baja presión
Deposición Física de vapor (PVD)
• Pulverización catódica • Crecimiento epitaxial por haces moleculares
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DEPOSICION QUIMICA DE VAPOR
Las en obleas de silicio se introducen un recipiente sobre soporte un de grafito.
En el recipiente se introduce la fuente gaseosa, típicamente tetracloruro de silicio SiCl 4 y se calienta a una temperatura de 1200 ºC.
Finalmente queda una capa de polisilicio sobre oblea.
la
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DEPOSICION FISICA DE VAPOR
El dopante se introduce a la vez que el semiconductor en la mezcla gaseosa Como dopante tipo p se utiliza el diborano B 2 Cl 4 , mientras que la arsina AsH 3 y la fosfina PH 3 como dopantes tipo n.
se utilizan Finalmente queda el crecimiento de múltiples capas monocristalinas con espesores atómicos
METALIZACION
Instituto Tecnológico de Saltillo Se evapora el metal con calor a depositar en una cámara de alto vacío Se cristalisa en la superficie de la oblea al enfriarse
TECNICAS PARA EVAPORAR UN METAL
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R I N G S P U T T E
El material depositar se carga negativamente iones positivos a al bombardearlo con Los átomos de Al desprendidos dirigen y depositan sobre al oblea se
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Filamento de tungsteno
. De cada espira del filamento se cuelga un pequeño trozo de aluminio.
Filamento suministra un haz de electrones, son acelerados por un campo eléctrico y conducidos hacia la superficie del metal donde al chocar producen la evaporación del metal.
En un
crisol
de nitruro de boro se calienta el Al mediante inducción RF.
FOTOLITOGRAFIA
Instituto Tecnológico de Saltillo Su proceso es Limpiar superficie de oblea Aplicación de fotorresistencia Crear patrones Aplicación de Rayos Ultravioleta Retícula alineada con oblea Inspección de calidad Se limpia, hornea para eliminar humedad
Instituto Tecnológico de Saltillo Previo al proceso de fotolitografia se puede usar aerosol o vapor para promover la adhesión de la fotorresistencia a la superficie de la oblea.
GRABADO
Instituto Tecnológico de Saltillo Eliminación de Materiales Innecesarios en la superficie de la oblea.
Grabado Seco Grabado Uso de Medios químicos o físicos.
Grabado Humedo
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P A R A M E T R O S
Velocidad a la Cual se extrae el material.
Tipo de Cambio Forma de la pared lateral de la función de grabado.
Perfil Sesgo Medida del cambio en el tamaño de la característica después del grabado.
Selectividad Forma más rápida graba una película de otra película.
Instituto Tecnológico de Saltillo Capacidad del proceso para grabar de manera uniforme en toda la superficie.
Uniformidad El material no deseado que queda en la oblea.
Residuos Formación Polímero Una película depositada sobre las paredes laterales para evitar grabado lateral.
Plasma Daños a equipos sensibles en la superficie de la oblea.
GRABADO EN SECO
Instituto Tecnológico de Saltillo Es método principal de grabado.
Inconvenientes: Poca Selectividad y Control Extremo.
Puede ser: Química o Física.
Instituto Tecnológico de Saltillo Dieléctrica: Oxido.
Metal: Aleación de Aluminio, grabado para el cableado de interconexión.
Aplicaciones en Seco Silicio: Aislamiento del dispositivo.
GRABADO HUMEDO
Instituto Tecnológico de Saltillo Ha sido remplazado en gran medida por el grabado en seco.
Se basa en tiras de química húmedas.
Aun se usa para eliminar capas, como fotosensible o como mascara de nitruro de silicio.
PROCESO DE GRABADO
IMPLANTACION IONICA
Instituto Tecnológico de Saltillo Dopaje de la oblea.
El método de dopaje precoz fue la difusión térmica.
Principalmente por la implantación de iones.
PROCESOS DE DOPAJE
Instituto Tecnológico de Saltillo De una región de mayor concentración a una región de menor concentración. Tres Pasos: 1.Predeposicion
2.Drive In 3.Activacion
DIFUSION Movimiento de un Material a Través de Otro.
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Ion Fuente.
Donde se generan los iones.
Cámara de Proceso.
Donde se realiza la implantación de iones.
SUBSISTEMAS DE IMPLANTACION DE IONES Analizador de Iones.
Los iones positivos se recogen en una viga.
Sistema de Exploración.
El haz de iones se explora a través de toda la oblea.
Aceleración de Columna.
Los iones positivos son acelerados en campo eléctrico.
BIBLIOGRAFIA
•
Semiconductor Manufacturing Technlology
(Michael Quirk & Julian Serda)