Folien_MT_K4_Schichtherstellung_Teil1_WS24_25

Mikrotechnologien

4 Schichtherstellung

  • Professur für Nanoelektronik:Prof. Dr.-Ing. Thomas Mikolajick

  • Datum: 05.11.2024

Inhalt im Überblick:

  1. Waferherstellung

  2. Lithografie

  3. Reinigung und Strukturierung

  4. Dotierung

  5. Prozessmodule der Mikrotechnologie

  6. Prozesskontrolle

  7. Planarisierung

  8. Ausblick

4. Schichtherstellung

4.1 Überblick und Grundlagen

  • Elementarer Baustein der Siliciumtechnologie: die Herstellung dünner Schichten.

  • Arten von Schichten:

    • Halbleiter: Silicium, Silicium-Germanium

    • Isolatoren: Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Siliciumoxinitrid, Aluminiumoxid, Hafniumoxide

    • Metalle: Aluminium, Kupfer, Titan, Titannitrid, Tantalnitrid, Wolfram, Cobalt

4.1 Schichtherstellungsverfahren

  • Thermische Schichtherstellung: z.B. thermische Oxidation von Silicium

  • Physikalische Schichtabscheidung durch:

    • Vakuumverdampfung

    • Kathodenzerstäubung

  • Chemische Gasphasenabscheidung bei:

    • Normaldruck

    • Niederdruck

    • Plasmaunterstützung

  • Elektrochemische Abscheidung

  • Abscheidung aus der Lösung

4.2 Thermische Schichterzeugung

Bedeutung von Siliciumdioxid

  • Siliciumdioxid bildet sich durch die thermische Oxidation von Silicium, was eine nahezu perfekte Halbleiter-Isolator-Grenzfläche ergibt.

    • Tetraederstruktur von SiO2

    • Darstellung von einkristallinem und amorphem SiO2.

Trockene und feuchte Oxidation

  • Trockene Oxidation: In reinem Sauerstoff

  • Feuchte Oxidation: In Wasserdampf

  • Verbrauch von Silicium: pro 100 nm gebildetem Siliciumdioxid werden 44 nm Silicium verbraucht.

Deal-Groove'sches Oxidationsgesetz

  • Ablauf in 3 Schritten:

    1. Lösen des Oxidationsmittels

    2. Diffusion des Oxidationsmittels

    3. Reaktion an der Grenzschicht Silicium/Siliciumdioxid

4.3 Physikalische Schichtabscheidung (PVD)

4.3.1 Überblick

  • Schicht wird ohne chemische Reaktion aufgebracht, basierend auf zwei Verfahren:

    • Vakuumverdampfung

    • Kathodenzerstäubung (Sputtern)

4.3.2 Aufdampfen

  • Vakuumverdampfung: Material im Vakuum auf Verdampfungstemperatur erhitzten.

  • Die Substrate müssen gleichmäßig beschichtet werden, oft durch Rotationsmechanismus.

4.4 Chemische Gasphasenabscheidung (CVD)

4.4.1 Grundlagen

  • Bildung einer festen Schicht aus gasförmigen Komponenten mit Energiezufuhr (thermisch, plasmaunterstützt).

  • Ablaufschritte:

    1. Transport in die Abscheidezone

    2. Diffusion zur Oberfläche

    3. Adsorption

    4. Chemische Reaktion und Diffusion

    5. Desorption

    6. Diffusion in die Gasphase

    7. Abtransport der Reaktionsprodukte

4.4.2 CVD- Varianten

  • APCVD: Atmosphärendruck

  • LPCVD: Niederdruck

  • PECVD: Plasmaunterstützte Abscheidung

  • MOCVD: Metallorganische CVD

  • ALD: Atomlagenabscheidung

  • HDP-CVD: Hochdichtes Plasma CVD

Beispiel von Anwendungen und Herausforderungen

  • Verwendung von PVD-Verfahren in der CMOS-Technologie für Metallisierung.

  • Vergleich Effizienz zwischen Aufdampfen und Sputtern in ihrer Anwendung und Kantenbedeckung.

Ausblick und Relevanz

Diese Ansätze in der Mikrotechnologie sind grundlegenderrohstoffe für zukünftige Entwicklungen in der Halbleitertechnologie und der Nanotechnologie, die für neue Anwendungsmöglichkeiten sorgen.