Fémezés – vezetékhálózat kialakítása

Monolit technika

2

Követelmények

• Ohmikus – ne függjön az áramiránytól• Belső elemek összekötése• Lehetőség a külvilághoz való kapcsolódáshoz

3

Lehetőségek

Galvanikus• Ohmikus – ne függjön az áramiránytól• Schottky – fém-félvezető átmenet egyenirányító

Kapacitásos• Gate – tranzisztor vezérlő elektródája

4

A fémezés jellemzői

• Soros ellenállás (négyzetes ellenállás, fajlagos

ellenállás)

• Tapadás

• Köthetőség

• Ellenálló képesség

• Zárt áramkör

• Egyéb kívánalom:– g → ∞

– r → ∞ ideális kontaktus

5

MOS tranzisztor felépítése

kapacitiv

galvanikus

Elméleti áttekintés

7

Fém – félvezető kontaktusok

• n ohmikus• p nemlineáris

8

Fém – félvezető kontaktusok

• n nem ohmikus• p ohmikus

9

Alagúthatáson alapuló ohmikus kontaktus működése

10

A potenciálgát magassága különböző kontaktusokra

Típus Fém qΦM (eV) qΦB (eV)

n Al 4,10 0,69

p Al 0,38

n PtSi 5,30 0,85

p PtSi 0,25

n W 4,50 0,65

n Au 4,75 0,79

p Au 0,25

Si 4,2 - 5,3

11

IC gyártásban használt fémek fajlagos ellenállása

Fém Fajlagos ellenállás (μΩcm)

Al 2,60

Au 2,04

Ag 1,60

Mo 5,7

Ni 6,84

Pt 9,9

Cu 1,67

Ti 55

Si 1000

12

A vezeték hálózat kialakításának technológiai lépései

• Ablaknyitás – hozzáférés az alsó réteghez, vagy a hordozóhoz

• Rétegfelvitel – gőzölés, katódporlasztás, CVD (jó lépcsőfedés)

• A mintázat kialakítása – fotoreziszt, maratás, rétegeltávolítás

• Hőkezelés – Al-SiOx-Si Al-Si

13

A fémréteg felvitele 1.

14

A fémréteg felvitele 2.

0,1…0,01μm/perc 1 μm/perc

15

A fémrétegek marása 1.

• Korlát a szemcseméret

Fém Marószer Marási sebesség

Mo 1 ccHNO3

1 ccH2SO4

3 H2O

38 H3PO4 (85%) 0,5 μm/min

15 HNO3

30 CH3COOH

75 H2O

Pt 8 H2O 0,05 μm/min

7 HCl 85°C

1 HNO3

16

A fémrétegek marása 2.Au 4 g KI 0,5-1 μm/min

1 g I

40 ml H2O

Ti 9 H2O 12 μm/min

1 HF 32°C A HF oldat töménységével szabályozható

W 34 g KH2PO4 0,16 μm/min

13,5 g KOH

33 g K3Fe(CN)6

H2O-val 1l-re feltölteni

Al H3PO4 buborék!

HNO3

izopropil alkohol

17

Material to be Etched Chemicals Ratio Comments

Molybdenum (Mo) HCl : H2O2 1:1 ---

Molybdenum (Mo) H2SO4 : HNO3 : Water 1:1:1 ---

Nichrome H2SO4 --- use at 100 C

Nichrome HCl :  HNO3 : Water 1:1:3 ---

Nickel (Ni) HCl :  HNO3 5:1  ---

Nickel (Ni) HF:  HNO3 1:1  ---

Palladium (Pd) HCl :  HNO3 3:1Aqua Regia;

discard after use

Platinum (Pt) HCl :  HNO3 : Water 3:1:4 use at 95 C

Platinum (Pt) HCl :  HNO3 8:1age for 1 hour;

use at 70 C

Polysilicon (Si) HNO3 : Water : HF 50:20:1remove oxide first;540 nm/min @ 25C

Polysilicon (Si) HNO3 : HF 3:1remove oxide first;

high etch rate:4.2 micron/min

18

Material to be Etched Chemicals Ratio Comments

Aluminum (Al)H3PO4 : Water : Acetic

Acid : HNO3

16:2:1:1PAN Etch;

200 nm/min @ 25 C;600 nm/min @ 40 C

Aluminum (Al) NaOH : Water 1:1may be used at 25 C but etches faster at a higher temperature

Aluminum (Al) H3PO4 ---must be heated to 120

C

Chromium (Cr) HCl : Water 3:1 ---

Chromium (Cr) HCl:Glycerin 1:1 ---

Copper (Cu) HNO3 : Water 5:1 ---

Copper (Cu) Ammonium Persulphate --- ---

Gold (Au) KI : I : Water115 g : 65 g :

100 ml---

Gold (Au) HCl :  HNO3 3:1Aqua Regia;

discard after use

Iron (Fe) HCl : Water 1:1 ---

Iron (Fe) HNO3 : Water 1:1 ---

Lead (Pb) Acetic Acid : H2O2 1:1for dissolving solder

connections

Lead (Pb)Acetic Acid : H2O2 :

Water2:2:5 ---

19

A fémezés hibái 1.

20

A fémezés hibái 2.

21

A fémezés hibái 3.

22

Tervezési szabályok kialakulása 1.

23

Tervezési szabályok kialakulása 2.

24

Tervezési szabályok kialakulása 3.

25

A válaszidő függése a gate hosszúságától

26

A gate és a hozzávezetések késleltetése a méret függvényében

27

A fémezés kialakítása

28

A parazita kapacitások méretfüggése 1.

29

A parazita kapacitások méretfüggése 2.

30

Az órajel függése a csíkszélességtől

31

Fémezés készítése

32

Dual damascene: egyszerre átvezetés és vezetékek

33

Különleges fémezések 1.

34

Különleges fémezések 2.

35

Különleges fémezések 3.

36

Multichip modulok 1.

37

Multichip modulok 2.