Silizium-Halbleitertechnologie

Das vorliegende Studienskript "Silizium-Halbleitertechnologie" ist aus der Vorlesung "Halbleitertechnologie" entstanden, die seit dem Winter semester 1989/90 an der Universität Dortmund und seit 1999 auch an der Universität Paderbom gelesen wird. Um die rasante Entwicklung der Prozesstechnik berücksichtigen zu können, ist der Inhalt der inzwischen auf zwei Semester ausgedehnten Vorlesung um fortschrittliche Integra tionstechniken erweitert worden. Ziel dieses Buches ist es, den Studenten der Elektrotechnik, Informatik, Physik, aber auch den Schaltungstechnikern und den Ingenieuren in der Prozesstechnik sowie den Auszubildenden in den Zweigen der Mikro technologie, die Realisierung und den Aufbau integrierter Schaltungen zu veranschaulichen. Es umfasst die Kristallherstellung, die verschiedenen Prozessschritte der Planartechnik einschließlich der CMOS-Prozess führung und die Montagetechniken für integrierte Schaltungen. Die Übungsaufgaben sollen zur Überprüfung des Verständnisses dienen und gleichzeitig dazu beitragen, die Größenordnungen der verwendeten Parameter abschätzen zu können. Ergänzend zu den grundlegenden Verfahren der Mikroelektronik sind wichtige weiterführende Integrationstechniken berücksichtigt worden, um dem interessierten Leser die Verfahren der Höchstintegration verständlich darlegen zu können. Neben den seit Jahren zur Verfügung stehenden Basisprozessen sind heute durch die Einführung neuer Materialien veränderte Arbeitsschritte erforderlich geworden.

1 Einleitung. - 1. 1 Aufgabe. - 2 Herstellung von Siliziumscheiben. - 2. 1 Silizium als Basismaterial. - 2. 2 Herstellung und Reinigung des Rohmaterials. - 2. 3 Herstellung von Einkristallen. - 2. 4 Kristallbearbeitung. - 2. 5 Aufgaben zur Scheibenherstellung. - 3 Oxidation des Siliziums. - 3. 1 Die thermische Oxidation von Silizium. - 3. 2 Modellierung der Oxidation. - 3. 3 Die Grenzfläche SiO2/Silizium. - 3. 4 Segregation. - 3. 5 Abscheideverfahren für Oxid. - 3. 6 Aufgaben zur Oxidation des Siliziums. - 4 Lithografie. - 4. 1 Maskentechnik. - 4. 2 Belackung. - 4. 3 Belichtungsverfahren. - 4. 4 Lackbearbeitung. - 4. 5 Aufgaben zur Lithografietechnik. - 5 Ätztechnik. - 5. 1 Nasschemisches Ätzen. - 5. 2 Trockenätzen. - 5. 3 Endpunktdetektion. - 5. 4 Aufgaben zur Ätztechnik. - 6 Dotiertechniken. - 6. 1 Legierung. - 6. 2 Diffusion. - 6. 3 Ionenimplantation. - 6. 4 Aufgaben zu den Dotiertechniken. - 7 Depositionsverfahren. - 7. 1 Chemische Depositionsverfahren. - 7. 2 Physikalische Depositionsverfahren. - 7. 3 Aufgaben zu den Abscheidetechniken. - 8 Metallisierung und Kontakte. - 8. 1 Der Metall-Halbleiter-Kontakt. - 8. 2 Mehrlagenverdrahtung. - 8. 3 Zuverlässigkeit der Aluminium-Metallisierung. - 8. 4 Kupfermetallisierung. - 8. 5 Aufgaben zur Kontaktierung. - 9 Scheibenreinigung. - 9. 1 Verunreinigungen und ihre Auswirkungen. - 9. 2 Reinigungstechniken. - 9. 3 Ätzlösungen zur Scheibenreinigung. - 9. 4 Beispiel einer Reinigungssequenz. - 9. 5 Aufgaben zur Scheibenreinigung. - 10 MOS-Technologien zur Schaltungsintegration. - 10. 1 Einkanal MOS-Techniken. - 10. 2 Der n-Wannen Silizium-Gate CMOS-Prozess. - 10. 3 Funktionstest und Parametererfassung. - 10. 4 Aufgaben zur MOS-Technik. - 11 Erweiterungen zur Höchstintegration. - 11. 1 Lokale Oxidation von Silizium (LOCOS-Technik). - 11. 2 MOS-Transistoren für die Höchstintegration. - 11. 3 SOI-Techniken. - 11. 4Transistoren mit Nanometerabmessungen. - 11. 5 Aufgaben zur Höchstintegrationstechnik. - 12 Bipolar-Technologie. - 12. 1 Die Standard-Buried-Collector Technik. - 12. 2 Fortgeschrittene SBC-Technik. - 12. 3 Bipolarprozess mit selbstjustiertem Emitter. - 12. 4 BiCMOS-Techniken. - 12. 5 Aufgaben zur Bipolartechnologie. - 13 Montage integrierter Schaltungen. - 13. 1 Vorbereitung der Scheiben zur Montage. - 13. 2 Schaltungsmontage. - 13. 3 Kontaktierverfahren. - 13. 4 Endbearbeitung der Substrate. - 13. 5 Aufgaben zur Chipmontage. - Anhang A: Lösungen der Aufgaben. - Anhang B: Farbtabelle Oxiddicken. - Stichwortverzeichnis.