AcesteasuntnoteledecursalestudentuluiAndreiNicoras,S.I.A.,2009

Curs1

CURATAREA/SPALAREATRANSELORDESILICIU

Spalareatranselordesiliciupoatefide2feluri:

a) Cea care pregateste un proces tehnologic in cadrul caruia nu vom avea

temperaturimaimaride5006000C

b) Cea in care apare un proces tehnologic in care avem temperaturi de 500

6000C(oxidari)

Pentru spalarea A se folosesc exact in aceasta ordine cate minim 5 minute

fiecare:tricloretilena;acetona;metanolul;apadeionizata.Cuajutorulacesteispalarise

va elimina materia organica, spalarea facanduse in special pentru a se indeparta

eventualelegrasimi.

Tricloretilenaesteunsolventputerniccareprezinta insasicatevadezavantaje:

nuestemiscibilinapa(dizolvabila)sideciestenebiodegradabil,lasaunfilmsubtireca

nistepetedupaevaporareadepetransadeSi,nuesteincurajatafolosireaincantitati

mariatricloretileneidatoritaproblemelordeproteciamediului,dareste foartebuna

pentruindepartareagrasimilor.

Acetona nu este un solvent puternic solubil in apa si deci biodegradabil, iar

resturiledeacetonainurmaevaporariisuntsolubileinmetanol.Dezavantajulfolosirii

acetoneiestepericulozitateamare,la600Ciafoc,sifaptulcaseevaporafoarterapid.

Metanolul este un solvent mai putin puternic decat primele 2, dar prezinta

avantajuldeafiperfectsolubil inapa,astfelcadupaclatireacuapa,petransenuva

mai exista nici o urma de solvent. Metanolul nu este un solvent care sa inlature

grasimile,darestefoarteeficientpentrusaruri,acizisibaze.

PentruspalareaBsefolosesteacidsulfuric(H2SO4)inamesteccuapaoxigenata

(H2O2) inproportiede50% fiecare, la1050C timpde10minute.Sepoate folosisi in

proportiade7030%dardevinepreapericulos.

Seclatestecuapadeionizatalatemperaturaambianta(190Cincleanroom).

Urmeaza o baie de apa deionizata cu apa oxigenata si hidroxid de amoniu

(NH3OH)inproportiede502525%laotemperaturade750Ctimpde10minute,dupa

careurmeazaonouaclatirecuapadeionizatalatemperaturaambianta.

Semaiintroducetransainapadeionizata,apaoxigenatasiacidclorhidric(HCl)in

proportiede502525%latemperaturade750C,timpde10minute.Onouaclatirecu

apadeionizatadupacareinfinalsefolosesteacidfluorhidric(HFl)cuapainproportie

de 298% la temperatura ambianta timp de 15 minute si o noua clatire cu apa

deionizata.

Acidul sulfuric in amestec cu apa oxigenata inlatura si dizolva fotorasina si

contaminarile organice de dimensiuni mari, dar avem si inconveniente cum ar fi

atacareaAl.

Amoniacul in combinatie cuapaoxigenata si/sauapa se folosestepentrua se

inlaturarezidurileorganicesipentruaneutralizadinpunctdevedereelectricsuprafata

Si(vaneutralizaimpuritatilecareatuncicandtransaesteincalzitalatemperaturimari

arputeasadevinaactiveelectric).

Acidulclorhidricincombinatiecuapaoxigenatasiapadeionizataestefolositin

specialpentruinlaturareaionilormetalici.

Acidulfluorhidricestecelmaiputernicfolosindusedeobiceiintroconcentratie

de2%inapa,atacandlentoxiziisiasigurandosuprafatahidrofoba(carenuvaabsorbi

apa)atuncicandsefolosestepeSi.FolosireaHFlfoartediluatseexplicaprinfaptulca

suprafataSiaretendintadeaabsorbiionideFl.

Curs2

FOTOLITOGRAFIA

Sefolosestepentruaobtinezoneperfectdelimitatedemetalpeunsubstratde

siliciu (Si) saupeun substratpe caremai avemdeja alte zone acoperite cudiverse

metale.Aceastasereusesteincazulfotolitografieicuajutorulrasinilorfotosensibilesi

aaparatelordeexpunereinzoneperfectdelimitatecuultraviolete.

Substratul de Si va trebui sa fie foarte bine spalat si uscat inaintea inceperii

fotolitografiei.Incazulincareincadrulproceselortehnologiceulterioarefotolitografiei

intervineoxidarea,spalareavatrebuisafieunacomplexa.

Transaspalatasevaintroduceintrunsistemdecentrifugare.Dupacentrifugare

transeleseintroducintroETUBA.Etubaesteunspatiuincareputemobtinefievidfie

unfluxdeanumitegazesitemperaturicontrolate.

Dupa minimum 30 de minute transa se scoate din etuba si se aseaza pe un

dispozitivdespincoating.Dispozitivuldespincoatingneajutacafolosindopompade

vidsaputemcentrifugatranselefaracaacesteasadepaseascadispozitivul.

Dupafixareatranseipedispozitivaceastapoateficentrifugatasubunfluxdegaz

de aderenta, rolul acestui gaz este de a ajuta la o mai buna aderare a rasinii de

suprafata/suprafeteletransei.

Dupaaceastase lasacatevapicaturiderasina fotosensibilasiserotestetransa

pentrucarasinasaseuniformizeze.Grosimeastratuluiderasinafotosensibiladepinde

deviteza,acceleratiasitipulrotirii.Pentrucasolventuldinrasinasubformalichidasa

seevapore complet si rasina sa ramana sub forma solida (dura), transava fi tratata

termicpeoplitapreincalzita.

Duparidicareatranseidesiliciudepeplita incalzita,transasedepunefie intro

cutiepentrutranse,fieintroetuba.Intretimpsespalacuacetonasiprinrotiremasca

pecareovomfolosi intimpulexpunerii laultraviolete.Mascamecanicaserealizeaza

inprincipiudinplatina.

Dupa spalarea mastii, aceasta se fixeaza in aparatul pentru expunere la

ultraviolete, submasca seaseaza transa si sealiniaza inpozitiadoritaunbinocular.

Dupasetareatimpuluisiamoduluideexpunere(cumasca laoanumitadistantasau

lipitadetransa)serealizeazaexpunerea laultraviolete, inzonele incarerasinaafost

expusalegaturilechimicealeacesteiavorfimodificate.

Prin introducerea transei intrun developer rasina din aceste zone va parasi

suprafata transei.Dupa scoaterea transelordindeveloper, transa va fi tinuta inapa

puraprincaretreceunfluxdeazot(N)gazos,iarapoivafispalatasiuscata.

Cuajutorulfotolitografieiputemprotejazonepecarenudorimsaevaporamalte

metale sauputemproteja cu rasina fotosensibila zonepe care a fostdejaevaporat

metalsipecarenudorimsaleindepartampringravare.

Inprimulcazvatrebuicastratuldemetalevaporatpetransasasedepunape

aceasta in asa fel incat atunci cand in final indepartam rasina cu ajutorul acetonei

contururile metalice de pe transa sa nu fie afectate. Pentru aceasta forma rasinii

protectoaretrebuiesafieunacadestreasina.

Pentruaobineoatfelde forma, incadrulprocesuluide fotolitografie, imediat

inainteaetapeideexpunerelaultravioleteprinmascasevarealizaoexpunerescurta

de0,20,3secundeprintromascacomplettransparenta.

metal

rf

Si

UV

Stratintarit

!!!

masca

Acesttipdefotolitografiesenumestefotolitografieliftoff,denumireavenindde

lafaptulcaatuncicandesteindepartatarasinafotoprotectoare,aceastavaducecuea

straturile metalice de care nu avem nevoie, fara a influenta conturul straturilor

metalicedecareavemnevoiepetransa.

Atuncicandinfinaltransaseintroduceintrobaiedeacetona,bucatifoartemici

demetalcaresegaseauperasinavorumplebaiadeacetona iaruneledintreelevor

aveatendintasaseatasezedetransa,deaceeaestebinecadupascoatereatranseidin

baia de acetona, sa se actioneze simecanic cu ajutorul unui jet lichid pentru a se

indepartatoateacestebucatimetalicemicinedorite.

Curs3

LITOGRAFIAELECTRONICA

Litografia electronica este o alternativa la fotolitografie, cu ajutorul acestei

tehnicipot fiexpusezonemaimicidecat incazul fotolitografieiajunganduse la linii

subtiricuolatimedesub50nanometri,limitainferioarafiindundevala15nanometri

pentruoacuratetefoartebuna.

Pentru protectia zonelor se va folosi un polimer PMMA

(PollyMethylMethacrilate)carevafidepusinformasalichidaprindiluareintoluenpe

transadeSiprinacelasiprocedeucasiincazulrasiniifotosensibile(spincoating).

Un spincoating obisnuit se realizeaza la 5000 rpm timp de 60 secunde, cu

acceleratia de 1000 rpm/s. Esantionul este apoi depus intrun spatiu vidat la

temperaturi de 1800C pentru cateva ore. Dupa aceea va fi introdus inmicroscopul

electronicundedinnou trebuie asteptatpana cand seobtineun vid foartebun. In

interiorulmicroscopului fascicululdeelectroniemisdeun filamentva trebuisacada

perpendicularpetransa,pentruaceastasevorrealizareglajealeastigmatismuluisiale

focalizarii, iarapoicuajutorulunuicalculator,fascicululvafidirijatstrictpezonele in

caredorimsadistrugem legaturilechimicealepolimerului.Timpuldeexpunereva fi

multmaimaredecatexpunereacuUVdincazulfotolitografiei,daravemavantajuldea

putea modfica designul zonelor de expunere mult mai usor (decat in cazul

fotolitografieiundeavemomascacenupoatefimodificata)

Dupace fascicululdeelectroniamaturat toatezoneledorite, transasescoate

dinmicroscopsivafiintrodusasuccesivin:

1. MethylIsobustylketone:Isopropanol1:3timpde1min30sec

2. Isopropanoltimpde30sec

3. Apapuratimpde45min

Prima solutie va juca rolul developerului din cazul fotolitografiei si va face ca

PMMAul carea fot in interactiunecu fascicululdeelectroni sa fie indepartatdepe

transa.Isopropanolulsiapapuraauroluldeaspala,respectivdeaclatitransa.Atunci

cand fasciculul de electroni penetreaza polimerul, electronii vor avea tendinta de a

difuza (imprastia) si in altedirectii decat ceaperpendicularape transa,dardatorita

vitezeilor,afaptuluicastratuldepolimeresteunulsubtiresiprostconducatorelectric

si a faptului ca de obicei sub stratul de polimer avem straturi bune conducatoare

electric,formazoneiafectatadeelectronivafiunadepicatura.

Obtinanduseastfeldeformealepolimeruluivazuteinsectiunidupadevelopare,

litografiaelectronicaestefoarteindicatapentruadepunedupaaceeastraturimetalice

cugeometriifoartesubtiri/mici.

Dacadorimsafolosimlitrografiaelectronicapentruaprotejazonemetalicesia

grava zonele unde dorim sa indepartam metalul, trebuie avut grija ca zonele de

gravare sa nu fie foarte foarte mici. Aceasta deoarece portiunile de metal care se

desprindde transa inmomentulgravariipotobturaaccesulsolutiilorpentrugravare

datoritaformeipolimeruluideprotectie.

Curs4

GRAVAREA

Este operatiunea prin care se indepareaza inmod controlat straturi metalice

carenusuntprotejate.Indepartareastraturilorpoatefitotalasaupartialaatuncicand

dorimdoarsasubtiemstratulmetalic.

Gravarea poate sa fie umeda sau uscata. Intotdeauna gravarea este

reproductibila.Gravareaumedaserealizeazaprinscufundareatranselorinsolutiicare

atacaanumitemetale.Totgravuraumedaestecosideratagravareainmediudevapori.

Gravarea inmediude vapori se realizeazaprin tinereaprobei cu substratulpe care

vremsa ilgravam in jospepostdecapac,alunuivas incareavemunamestecde

solutii care genereaza vapori pe post de agent de gravare. Si aceasta gravare este

reproductibila daca toti parametrii care intervin (marimea vasului, concentratia

solutiilor,temperatura)suntaceeasi.

Gravarea uscata se realizeaza intro substanta gazoasa, puternic ionizata

(plasma).

Gravareainplasmaserealizeazaprinaplicareauneidiferentedepotentialmare,

deordinulacatorvasutedevolti intrungaz lapresiunemicasauprinaplicareaunui

potentialalternativlafrecventefoartemari(radio).

proba

anod

gaz

Totulserealizeazainconditiidepompajcontinuu.catod

Exempledegravari:

OxiduldeSiliciu(SiO2)segraveazacuajutoruluneisolutiideacidfluorhidric(HFl)

+fluoruradeamoniuNH4Fl

Siliciulpolicristalinsegraveazacuacidazotic(HNO3)+HFl

SiliciulmonocristalinsegraveazacuN2H4(65%)+H2O(35%)

NitruradesiliciusegraveazacuH3PO4

AluminiulsegraveazacuH3PO4+HNO3+CH3COOH+H2O

Cromul segraveaza cu200gCe(NH4)2(NO3)6+35mlCH3COOH(95%)+1000ml

H2Odeionizata

Aurul se graveaza cu HCl(30%):HNO3(70%) si are o viteza de gravare sau cu

HCl(30%):HNO3(70%)+H2Osirezultaovitezadegravaremaimaredecatprecedenta.

Gravareauscatapoatesa fieanizotropasau izotropa in functiedeconditiile in

careareloc.

rasinametalsubstrat

izotropaanizotropa

Pentru Sisefolosesc: CF4;SF6;HBr;U2;NF3 |SiF4

SiO2 CHF3;C4F6;C2F6;SF6;NF3 |SiCl2

Al BCl3;HCl;Cl2 |Al2Cl6;AlCl3

GaAs Cl2;BCl2 |Ga2Cl6

Unavantajalgravarii lichideesteacelacasepotgravacantitatifoartemaride

substraturiinacelasitimp.Insaincadrulgravariiumedevafinevoiesideoadouasio

atreia,adicaspalareacuapadeionizata,respectivuscarea.

Intimpulspalariicuapadeionizatasemasoararezistivitateaapeipentruaputea

cunoastecantitateadeionicareocontamineaza,proveninddinmediultransei.Atunci

cand rezistivitatea creste peste o anumita valoarea, spalarea poate fi oprita. Iar

uscareava fi realizataprincentrifugareputernicasauprinsuflareacuun jetdeazot

gazossauaer.

Gravarea uscata prezinta avantajul de a avea imediat dupa gravare o transa

curatasiuscata.

Inanumitecazurigravareauscatapoateafectastructurarasiniisauapolimerului

deprotectieatatdetareincatacesteanuvormaiputeafiindepartatecuusurinta.In

cazul rasinii se poate incerca indepartarea cu ajutorul acetonei incalzita la 500C,

aplicareaultrasunetelorinjurulbaiideacetona,sidacatotnupoatefiindepartatase

va introduce intrunmediu de plasma de oxigen, dar aceasta doar daca plasma de

oxigennuafecteazaeventualelestraturimetalicedepetransa.

Curs5

METALIZAREA

Metalizarea este o evaporare si se realizeaza prin evaporarea unui metal cu

ajutorulunei radiatii termiceputernice intrunmediu vidat in care seafla transape

caredorimsadepunem.

Peretii interioriaievaporatoruluitrebuieraciti (criogeniccuN lichid)pentruca

rezidurilemetaliceramasedelaevaporarileprecedentesanuseevaporesisaafecteze

stratulpecareildepunem.

Exempluderealizareauneitranse:

Dorimsaavem:

M2

SiM1

DeveloperulrasiniifotosensibileatacaM1siM2

AcidulA1atacaM1siM2

AcidulA2atacaM2sinuatacaM1

metalizareRasinaf.s.Spincoating UVSi

M1+tratament

termic+developer

M1

Liftoff

Cuacetona

PentrudepunereaM1saalesFOTOLITOGRAFIALIFTOFFdeoareceestemai

rapidadecatlitografiaelectronica.Nusaalesfotolitografiaurmatadegravaredin

cauzafaptuluicadeveloperulatacaM1sideciamfipatrunspesubrasinaprotectoare

afectandmarginiledisculuimetalicM1.

RepereledincolturipotfifacutefiedeodatacuprocesultehnologicpentruM1,fi

deodatacucelpentruM2.Dacanuesteneaparatcareperelesafiededimensiuni

foartemiciestepreferabilsasefoloseascafotolitografia(lafelcapentruM1).

PentruM2,observamcaavemdimensiunifoartemici,astfelcavomalegesa

folosimLITOGRAFIAELECTRONICA.Fotolitografianuputeafioricumfolositadeoarece

developerulatacaM1siM2.

PMMA

Bombardamentelectronic

e

Si SpincoatingM1developare

PMMA

PMMA M2

M1

M2Si

MetalizareM2 Liftoff

Curs6

TEHNICAMBE(MOLECULARBEAMEPITAXY)

Figuraprezintaoschemaaprincipalelorcomponente,acamereidepreparare,a

sistemuluiMBEincaresepreparaprobele.Aceastasectiuneasistemuluiprezintao

vederedesusaincintei.

Sistemulesteconstruitdinotelinoxidabilsiesteconectatlaunasaumaimulte

pompedevidcarefunctioneazaincontinuu.Vidulcaretrebuieobtinutesteunulde

sub1010tori.Substratulestecrescutincentrulincintei,intresursadecaldurasi

celulelededirectionare.Acestecelulerezistentelatemperaturimarisuntplinecu

elementepurificatecevorfievaporatespresubstrat.Intrunmediufoartebinevidat,

fluxurileelementaredinsprecelulesuferacoliziunineglijabilepedrumulspreproba

astfelcafluxuldepuneriipoateficontrolatcuungradinaltdeprecizie.

Pentrucasaobtinemunstratcureteacristalinatrebuiecasisubstratulpecare

facemdepunereasaaibaostructuradereteacristalina.Pentruarealizacusucceso

structurasemiconductoarecuajutorulmetodeiMBEesteesentialapotrivirea

temperaturiiprobeicuceaacursuluimolecular.Inafaraasigurariiunuimediucu

presiunefoartemica,unaltcriteriudecaretrebuietinutseamaesteasigurareaca

elementulunicceatingeprobavinedelasursacontrolatasinuprovinedela

emanarilesuprafetelorfierbinti,delaperetiicamereisaudelapompe.

Camijlocderealizareaacesteinecesitati,peretiiinterioriaicamereidecrestere

aufostcaptusiticriogeniccuN2lichid.Acestblindajcriogenicasigurasiopomparemai

bunasideasemeneaoizolaretermicaintrecelulelededirectionare.Acesteareduc

semnificativcontaminareaesantioanelorcuelementestrainedeoareceoriceimpuritati

carenusuntemanatedinspresurselesitemuluitrebuiesasuferecelputinociocnirecu

peretii.Dacablindajulcriogenicacoperaoportiunemaredesuprafatainterioaracele

maimultedintreimpuritatiauoprobabilitatemaredeacondensainaintedeaatinge

esantionul.

Intregulsistemconstadin3camerecuvidinalt,separateprinintrariprevazutecu

valve.Inmodnormaldoarunadintreacestecamereestepermisafideschisala

presiuneatmosferica,siaceastadoaratuncicandseschimbaesantioanele,folosindo

gluga.Prinaceastaintrareseintroducsicapsulelececontinelementelepurecevor

ajungeincelulecuajutorulunuitrenuletmobil.Dupacesepompeazapanalaunvid

catmaibun,trenulestedeplasatinurmatoareaincintadenumitacameradeseparare.

Dacavreunadinultimele2camereestedeschisalapresiuneaatmosferica,pompajul

pentruaserevenilavidulnecesardepunerilordureazapesteolunalatemperaturide

peste2000C.Acestedeschideriaulocdoardacasuntdescoperitescurgerisaufisuri

esentialeininterior.

Invedereaasigurariiuneipresiunicatmaiscazutesefolosesteunsistemde

pomparealcatuitdinopompaionicastandardde400l/ssi2criopompecucircuit

inchiscuHede3000l/2.VerificareapresiuniisefacecuunmanometrucurazeXcare

poatemasurapanalaaproximativ1012tori.

Atuncicandcelulelesuntincalzite(Al=8300C,Ga=6350C,As=1350C,Si=6350C,

substratul=1300C)presiuneasevadegradacuunordindemarime.

Curs7

OXIDAREA

Oxidareapoateservicasi:

Mascapentruimplantaresaudifuziededopant

StratdeprotectielasuprafataSi

Zonadeizolareelectricaintrediferitecomponentealeuneistructuri

integrate

StratactivincazultranzistoarelorMOS(oziddegrila)

Existamaimultetehnicideobtinereaoxidului:

OxidareatermicainprezentaO2numitaoxidareuscata

OxidareatermicainprezentaO2sivaporilordeapaoxidareumeda

Oxidareatermicanumaiinprezentavaporilordeapaoxidarein

vapori

Oxidareapecaleelectrochimicaoxidareanodica

OxidareacuajutorulplasmeideO2

OxidareaTermicainPrezentaO2Oxidareauscata

Oxidareasiliciuluiareloclatemperaturidepeste6000C

Si(s)+O2(g)>SiO2(s) sau Si(s)+2H2O(g)>SiO2+2H2(g)

Oxidareaestemairapidainprezentavaporilordeapadecatinatmosferauscataa

oxigenului.Oxidareainprezentavaporilorserealizeazalatemperaturijoasesipentru

straturimaisubtiriaoxiduluidorit,procesulfiindlimitatdedegajareadehidrogen

gazos.Pentrustraturimaigroasealeoxidului,oxidareaestelimitatadoardecatre

difuziaoxigenuluiinstratuldeoxiddejaformat,stratulnemaicrescandliniarcutimpul

cicuradicaldinacesta.

Oxidareaserealizeazadinspresuprafataspreinteriorulsubstratului.

Saanalizamtransferuldeoxidendinfazagazoasaspresuprafataexterioaraa

suprafeteipecaredorimsaooxidamsauspreoxiduldejaformat.Vitezaacestui

transferesteproportionalacudiferentaconcentratieideoxigenlasuprafataoxidului

(C0)siinfazagazoasa(C*)respectandofunctieF1=h(C

*C0)undeh=coeficientulde

transportdemasadegaz.

C1

C0

SiO2 Si

Gaz(O2)

C*

F1 F2 F3

Transportuloxigenuluiprinoxidarelocprindifuziesiesteproportionalcu

gradientulconcentratieidinoxid,respectandfunctia: ;D=coeficientde

difuzieaoxigenuluiinoxiddeSi.

CeadeatreiafunctiedepindedoardeconcentratiadeoxigenF3=KC1;

K=constantacinetica.

Oxidulsefolosestesipentruizolarealateralaintrediferitedispozitivealeunui

circuitintegrat.MaidemultpentrutehnologiapMOSserealizacrestereaunuistratde

oxidfoartegroscaresegravainlocurileincaretrebuiausaseafletranzistoarele.Un

astfeldeprocedeufaceasaaparaodistantaintreSisiOxigenceeacepuneaprobleme

atuncicandsedoreaacoperireaacestorzoneprinmetalizare.

TehnicaLOCOS(LOCalOxidatinSilicone)rezolvaaceastaproblema.Sedepuneun

stratdeNitrurapeSi,nitruraconstituindobarieracontradifuzieioxigenuluichiarsila

temperaturimari.Intimpuloxidarii,oxigenulcrestedoarinafarazoneloractive,

trecereadelaSilaOxigenrealizandusemaitreptat.Sefolosesteunstratfindeoxid

subnitrurapentruarelaxatensiunilemecanicedintreSisinitruradatorare

coeficientilordedilatarediferiti.

DemascadenitrurasepoateprofitapentruaimplantaBorlasuprafataregiunii

detipppentruaseevitaprolemedeinversiedecampcarepotducelascurtcircuitarea

surselorsigrilelortranzistoarelorcircuitului.IntimpulcresteriiLOCOSasistamlao

tendintadedesprindereanitruriicauzatadedifuziaoxigenuluisubnitrurasprela

marginiatuncicandtraverseazastratuldeoxid.RezultaunprofilaloxiduluinumitCioc

depasaredatoritaformeisale.