1UniSant'Anna - fevereiro de 2009 - Página

Fundamentos de Fabricação de

Circuitos Integrados

Prof. Acácio Luiz Siarkowski

- Processos de Fabricação de

Circuitos Integrados

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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 ISOTRÓPICA

CORROSÃO ANISOTRÓPICA

Corrosão

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

RF

BOMBA

CF4

F SiF2 SiF4

CAMARA

REATOR CORROSÃO SECA – PLASMA ETCHING

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.