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

LIMPEZA

LÂMINA DE SILÍCIO

Deposição de filmes finos

LITOGRAFIA

CORROSÃO

LÂMINA PROCESSADA

OXIDAÇÃO

DIFUSÃO DE DOPANTES

Processos de Fabricação

TRANSISTORES CMOS (nMOS e pMOS )

FILMES FINOS – THIN FILMS

É UMA CAMADA DE MATERIAL ISOLANTE,

CONDUTOR, SEMICONDUTOR OU ORGÂNICO,

CUJA ESPESSURA VARIA DE 1 nm A 20000 nm,

DEPOSITADA SOBRE UM SUBSTRATO.

- ISOLANTES: SiO2, SiXOYNZ, SiXNY, CARBONO

- CONDUTORES: Al, Cu, Ti, W, TiSi2, etc

- SEMICONDUTORES: Si POLICRISTALINO E

MONOCRISTALINO

- ORGÂNICOS: FOTORRESISTE, POLIMEROS,

ORGANO-SILANOS (POLIMÉROS E SILICONES)

OBTENÇÃO DE FILMES FINOS

- DEPOSIÇÃO FÍSICA A VAPOR (PVD)

- SPUTTERING

- EVAPORAÇÃO

- DEPOSIÇÃO QUÍMICA A VAPOR (CVD):

• APCVD (ATMOSPHERIC PRESSURE)

• LPCVD (LOW PRESSURE)

• PECVD (PLASMA ENHANCED)

INDEPENDENTE DA TÉCNICA DE DEPOSIÇÃO DE FILMES FINOS, O

PROCESSO DEVE SER ECONÔMICO E OS FILMES RESULTANTES

DEVEM APRESENTAR AS SEGUINTES CARACTERÍSTICAS:

- Boa uniformidade;

- Alta pureza e densidade (sem porosidades);

- Perfeição estrutural;

- Boas propriedades elétricas;

- Boas propriedades mecânicas (baixa rugosidade,

aderência, cobertura de degrau, baixo estresse);

OBJETIVO: OBTER FILMES METÁLICOS, DIELÉTRICOS, POLIMÉRICOS

E SEMICONDUTORES, CRISTALINOS OU AMORFOS, DE ESPESSURA

UNIFORME E DE CARACTERÍSTICAS COMPATÍVEIS À SUA

UTILIZAÇÃO.

OBTENÇÃO DE FILMES FINOS

-BOA UNIFORMIDADE DE ESPESSURA

Um gradiente de cores indica um filme

desuniforme.

OBTENÇÃO DE FILMES FINOS

- ALTA PUREZA E DENSIDADE

Densificação do filme: diminuição da porosidade

- ESTEQUIOMETRIA E COMPOSIÇÃO QUÍMICA CONTROLADA

Si3N4, SiO2, SiC, WSi2, SnO2, Ta2O3, TiSi2

OBTENÇÃO DE FILMES FINOS

- ALTO GRAU DE PERFEIÇÃO ESTRUTURAL

Nitrogênio

Silício

AMORFACRISTALINA

- BOAS PROPRIEDADES ELÉTRICAS

- CONDUTORES (METAIS)

- ISOLANTES E/OU PASSIVANTES (SILICA)

- SEMICONDUTORES (SILÍCIO DOPADO)

-BOAS PROPRIEDADES MECÂNICAS

- Baixa rugosidade

-Aderência do filme

OBTENÇÃO DE FILMES FINOS

- BOA COBERTURA DE DEGRAU

A

B

C

A

B

C

CONFORME

B/A = C/A = 1

NÃO CONFORME

B/A < 1

OBTENÇÃO DE FILMES FINOS

OBTENÇÃO DE FILMES FINOS

- TENSÃO MECÂNICA

- ANÁLISE VISUAL NO MICROSCÓPIO ÓPTICO

OBTENÇÃO DE FILMES FINOS

- ANÁLISE VISUAL NO MICROSCÓPIO ELETRÔNICO

OBTENÇÃO DE FILMES FINOS

- Medida de espessura / elipsometria

OBTENÇÃO DE FILMES FINOS

- Medida índice de refração / elipsometria

OBTENÇÃO DE FILMES FINOS

-Medida altura de degrau

e rugosidade

perfilometria

OBTENÇÃO DE FILMES FINOS

PONTA

DE CONTATO

V

I-Medida de resistência

elétrica, resistividade e

tipo de dopante (N ou P)

medidor 4 pontas

-Análise elétrica

Medida capacitores

OBTENÇÃO DE FILMES FINOS

ALUMÍNIO

Si ÓXIDO DE

SILÍCIO

V

0 10 20 30 40 50

1E-12

1E-10

1E-8

1E-6

1E-4

0,01

1

IDEAL

REAL - CONDUTOR

REAL - ISOLANTE

Co

rren

te (

A)

Tensão (V)

TENSÃO DE RUPTURA

RESISTIVIDADE

-20 -10 0 10 200

100

200

300

400

500 1,4

4,3

7,2

9,5

Cap

acitâ

ncia

(p

F)

Tensão (V)

CONSTANTE DIELÉTRICA

ESPESSURA

OBTENÇÃO DE FILMES FINOS

-Análise elétrica

Medida capacitores

Fonte He+

Detetor

RUTHERFORD BACKSCATTERING (RBS)

FilmeSubstrato

OBTENÇÃO DE FILMES FINOS

ESTEQUIOMETRIA

ESPESSURA E DENSIDADE

50 100 150 200 250 300

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

NH3/SiH

4=7,2

E = 1,2 MeV

Unid

ades a

rbitra

rias

Canal

C

N

Si

Profundidade

Energia

Filme: SiN

Substrato: Si

RUTHERFORD BACKSCATTERING (RBS)

OBTENÇÃO DE FILMES FINOS