TECNICAS DE FABRICACION DE SEMICONDUCTORES Ing Christian Aldaco

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 Contaminantes Organicos: Lubricantes o Bacterias. Impurezas Metalicas.

Instituto Tecnológico de Saltillo Uso de Robots para el transporte de Obleas Habitación Sin Estática Control de Contaminación Uso de Ropa Antiestática Filtros de Aire

Instituto Tecnológico de Saltillo Categorías de Procesos Deposición * Proceso que crezca o genere capas. Retiro * Proceso en que se quita el material de la oblea en forma de granel. Modelar * 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 rebana el lingote A la rebanada se le conoce como oblea Se mezclan y se funden. Se retira la molienda Se da un acabado a los bordes y son refinadas Sirve como base para la fabricación del semiconductor Mediante Rotación Se enfría Se obtiene un lingote Se aplica Polish Se inspecciona la Oblea

METODO DE CZOCHRALSKI

Instituto Tecnológico de Saltillo Procedimiento para la obtención de lingotes monocristalinos Obtención de obleas destinadas a la fabricación de transistores y circuitos integrados. Uso de materiales tipo N (Fosforo, Arsénico o Antimonio) 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 gira, mediante los giros comienza a formarse Se añaden impurezas tipo P o N 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 Puede ser Vertical / Horizontal Entre 850°C y 1100°C Sometidas a una Limpieza Rigurosa Se sitúa dentro de un Horno Se calienta el Horno por Resistenci a Obtención de la Oblea con Oxido Montan en Carrete de Cuarzo Carrete se introduce en un tubo de Cuarzo Tiempo

Instituto Tecnológico de Saltillo Oxigeno Puro Oxido de Mayor Calidad 1200°C OXIDACION SECA Menos Defectos Mas Lento

Instituto Tecnológico de Saltillo Vapor de Agua 900°C a 1000°C OXIDACION HUMEDA Mayores Defectos Mas Rápido

Instituto Tecnológico de Saltillo USOS Separar dos Capas de materiales Conductores Como Mascara en otros Procesos La capa de Oxidación Usa como Aislante para separar dos dispositivos

DEPOSICION • Química • Física

Deposición Química de vapor (CVD) Deposición Física de vapor (PVD) • Presión atmosférica • Baja presión • Pulverización catódica • Crecimiento epitaxial por haces moleculares

Instituto Tecnológico de Saltillo En el recipiente se introduce la fuente gaseosa, típicamente tetracloruro de silicio Si. Cl 4 y se calienta a una temperatura de 1200 ºC. TRES Las obleas de silicio se introducen en un recipiente sobre un soporte de grafito. DOS UNO DEPOSICION QUIMICA DE VAPOR Finalmente queda una capa de polisilicio sobre la oblea.

Instituto Tecnológico de Saltillo Como dopante tipo p se utiliza el diborano B 2 Cl 4, mientras que la arsina As. H 3 y la fosfina PH 3 se utilizan como dopantes tipo n. TRES El dopante se introduce a la vez que el semiconductor en la mezcla gaseosa DOS UNO DEPOSICION FISICA DE VAPOR 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

Instituto Tecnológico de Saltillo S P U T T E R I N G El material a depositar se carga negativamente al bombardearlo con iones positivos Los átomos de Al desprendidos se dirigen y depositan sobre al oblea

Instituto Tecnológico de Saltillo 1 2 Filamento de tungsteno. De cada espira del filamento se cuelga un pequeño trozo de aluminio. 3 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 Crear patrones Inspección de calidad Limpiar superficie de oblea Aplicación de Rayos Ultravioleta Se limpia, hornea para eliminar humedad Aplicación de fotorresistencia Retícula alineada con oblea

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 Humedo Uso de Medios químicos o físicos.

Instituto Tecnológico de Saltillo 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. Sesgo Perfil 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 queda en la oblea. Formación Polímero Residuos 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. Aplicaciones en Seco Metal: Aleación de Aluminio, grabado para el cableado de interconexión. 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. DIFUSION Tres Pasos: 1. Predeposicion 2. Drive In 3. Activacion Movimiento de un Material a Través de Otro.

Instituto Tecnológico de Saltillo Ion Fuente. Donde se generan los iones. Cámara de Proceso. Donde se realiza la implantación de iones. SUBSISTEMAS DE IMPLANTACION DE IONES Sistema de Exploración. El haz de iones se explora a través de toda la oblea. Analizador de Iones. Los iones positivos se recogen en una viga. Aceleración de Columna. Los iones positivos son acelerados en campo eléctrico.

BIBLIOGRAFIA • Semiconductor Manufacturing Technlology (Michael Quirk & Julian Serda)

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